В целом все коды состоят из двух видов: перестановки и подстановки. Перестановка знаков послания обеспечивается сменой мест их расположения в нём, в результате чего получается анаграмма. Короткое послание, содержащее, к примеру, одно слово, перестановкой кодируется слабо и легко декодируется простым перебором имеющихся знаков. Например, три знака можно расставить только шестью методами.
Но с увеличением их количества число перестановочных вариантов сильно увеличивается, и восстановление изначального послания будет невозможным при неизвестном точном способе кодирования. Так, если текст содержит 36 знаков, то число перестановочных вариантов будет: ~50000000000000000000000000000000.
Можно подумать, что случайный вариант перестановки может гарантировать высокую безопасность, так как дешифровка даже короткого сообщения будет невыполнимой. Но перестановка может образовать очень сложную анаграмму, и в случае случайной путаницы знаков, ни получателю, ни перехватчику не удастся её декодировать. Конечно, используемую систему перестановок отправителю послания надо заранее обсудить с его адресатом, сохраняя при этом её в секрете от посторонних.
Первое шифровальное устройство, дошедшее до нашего времени, реализует систему перестановки и называется скиталой или сциталой. В 6-5-м веке до н.э. такое устройство использовали граждане Спарты - древнего государства в Греции.
Скитала состояла из деревянного цилиндра, на который наматывали кожаную или пергаментную полосу. Отправители писали сообщения на всю длину сциталы, а потом разматывали полосу, после чего на ней читалась непонятная «абракадабра». После такого шифрования полоска наматывалась гонцом на своём поясе посланием внутрь, т.е. к криптография добавляли стеганографию. Получателю послания для прочтения исходного сообщения надо было намотать кожаную полосу на скиталу, которая должна была иметь такой же диаметр, как и скитала отправителя.
В начале 5-го века до н.э. военачальник и флотоводец Спарты Лисандр дождался того часа, пока один из пяти гонцов, оставшийся в живых при пересечении вражеской персидской территории, прибыл к нему с зашифрованным посланием. Гонец передал кожаную полоску полководцу, который с помощью своей сциталы смог прочитать, что генерал персидской армии Фарнабаз собрался атаковать его. Таким образом спартанцы подготовились и отбили атаку.
Изображение ПлутархаДревнегреческий философ Плутарх о применении сциталы рассказывал в своих сочинениях. Начальник флота или сухопутных войск перед отправкой на место назначения получал отрезок круглой палки. Другой отрезок этой палки с такой же длиной и толщиной оставался в штабе. Эта палка и называлась сциталой. Когда возникала необходимость передачи какой-нибудь важной тайны, вырезалась длинная и узкая, как ремень, папирусная полоса, затем она наматывалась на штабную сциталу, после чего на ней писали сообщение. По завершении полоса разматывалась и отправлялась адресату.
Полученная полоса наматывалась военачальником на собственную сциталу, таким образом, чтобы, читая сообщения на палке на разных её сторонах, получить читаемое послание. Этот способ означает, что знаки в строке сообщения переносятся вправо через какое-то количество знаков до той поры, пока сообщение не завершится. Текст «ВРЕМЯ ВЫСТУПАТЬ» при палке с диаметром в три и длиной в пять букв превращается в шифротекст без пробела «ВВПРЫАЕСТМТЬЯУ».
Чтоб прочитать шифровку надо быть в курсе принципа кодирования и количества букв переноса (иметь или сделать палку с определённым диаметром). Эта криптосистема была очень популярна у спартанцев и постоянно совершенствовалась в дальнейшем. О её важности и распространённости свидетельствует Плутарх в труде «Сравнительные жизнеописания». В нём древнегреческий философ рассказывает о том, что военачальнику Лисандру с помощью сциталы приказали избавиться от полководца Алкивиада.
Этот простой принцип часто использовали по причине оперативности дешифровки таких посланий. Древнегреческий математик, физик и инженер Архимед предложил даже «антискиталу», с помощью которой можно было просто и быстро расшифровывать подобные послания без требуемой палки. Полоска наматывалась на «копьё» в виде конуса и двигалась снизу вверх и наоборот, пока не находился требуемый диаметр и сообщение становилось читаемым.
Сложнее шифров перестановок являются шифры подстановки, при использовании которых каждый символ исходного текста заменяется другим символом. Первое описание таких шифров фигурирует в древнеиндийском трактате «Kamasutra», который написал в IV веке н.э. индийский учёный и философ Ватсьяяна Малланага на основе манускриптов 4-го века до н.э.
Согласно «K;mas;tra» женщина должна знать 64 искусства, среди которых кулинария, одевание, массаж, приготовление ароматов. В этом перечне присутствовало искусство колдовства, шахматной игры, переплётного дела и плотничества. Не обошлось в перечне и без искусства тайнописи «mlecchita-vikalpa» (№ 45), предназначенного в помощь женщине для сокрытия подробностей своей любовной связи.
Хитрость одного из методов тайнописи заключалась в попарном и случайном расположении алфавитных букв и последующем замещении каждой буквы исходного сообщения её парной (метод симметрии). Текст «UZHGOROD» превращается в шифротекст «QLVICNCX».
Первоначальный шифр замены Ближнего Востока разработали древние евреи и назвали «темура» (в переводе с иврита - «замена»). Двадцать два знака иврита можно разделить на 2 половины, причём первая располагается над второй. В процессе шифрования верхние знаки замещаются нижними и наоборот. Возможны любые комбинации, зависящие от линии алфавитного раздела и направленности перемещения знаков.
Проще всего было поделить алфавит в середине так, чтобы два начальных символа иврита «алеф» и «бета» совпали с последними «тав» и «шин». Этими буквами и назвали метод шифрования - «Atbash», который был простым шифром замены в одном еврейском алфавите - иврите. Текст «UZHGOROD» превращается в шифротекст «FASTLILW».
В другом шифре, названном «Альбамом», алфавит также разбивался на две половины, которые располагались друг под другом, но использовалось другая направленность расположения знаков. Текст «UZHGOROD» превращается в шифротекст «HMUTBEBQ».
Первым документальным подтверждением использования шифров подстановки букв на войне можно найти в записках «Commentarii de Bello Gallico», которые написал Гай Юлий Цезарь в 1-м веке до н.э. Он писал, как отправил послание Марку Туллию Цицерону, находившемуся в осадном положении и уже готовому капитулировать. В своём письме Гай Юлий Цезарь заменил знаки латиницы на греческие, поэтому врагу не удалось его прочитать.
При Цезаре тайнопись была очень распространённой, поэтому Марко Авлерий Проб издал книгу о применении шифров, но она не сохранилась. А вот произведение «Жизнь двенадцати цезарей», написанное Гаем Светонием Транквиллом во 2-м веке н.э., можно почитать и понять, какой шифр применял Юлий Цезарь. Чтобы понять процесс такого засекречивания, надо сначала выписать буквы в алфавитной последовательности, а затем под ними выписать буквы того же алфавита, но сдвинуть их влево на 3 знака.
При засекречивании буква «A» замещалась на букву «D», «B» - «E», «C» - «F» и так далее. Таким путём слово «UZHGOROD» превращалось в шифротекст «XCKJRURG». Получатель засекреченного сообщения находил эти буквы в нижней строчке и, используя буквы над ними, читал исходный текст. Ключом в шифре была размер сдвига в нижней строчке алфавита, то есть цифра 3. Наследник Гая Юлия Цезаря - Октавиан Август - применял такой же шифр, но со сдвигом в 4 буквы...