Дети шпионов: что такое криптография и как увлечь ей юного математика

В День шифровальщика изучаем изнутри самую продвинутую и романтичную профессию в области защиты информации — криптографию. Криптограф — не просто технический специалист, а почти что человек искусства, создающий совершенные механизмы защиты. Где этому учат, что нужно уметь и причем тут античность, рассказывает Степан Давыдов, 25-летний специалист группы компаний «Криптонит» — места, куда идут работать выпускники математических факультетов, предпочитающие теории практику.

Однажды — кажется, это было в средней школе — одноклассник передал мне зашифрованную записку. Изначально на листе печатными буквами была написана фраза, но затем бумагу разрезали по горизонтали пополам — прямо по центру текста. Мне досталась нижняя половина, которая выглядела как набор случайных знаков. И нужно было догадаться, что за слова там были зашифрованы.

Я довольно долго бился с этим посланием, а потом получил один небольшой намек — и тут же решил задачку. Тогда я еще ничего не знал о криптографии, но интерес к разгадыванию подобных загадок, к поиску практических решений, наверное, в итоге и привел меня в эту область.

От математики к криптографии

Я с детства увлекался математикой. В старшей школе учился в профильном классе, постоянно участвовал в олимпиадах. Но до конца не понимал, как сделать увлечение профессией — фундаментальная математика не была мне так интересна, потому что там я не видел реального практического результата, а получать его хотелось.

Классе в 10 или 11 я попал на очередную олимпиаду, где участникам давались задачки по криптографии. Организаторы олимпиады, конечно же, понимали — в ней участвуют обычные школьники, поэтому задания были составлены так, что решить их мог даже человек без специальной подготовки (но с хорошей математической базой). Мне эти задачки очень понравились, я даже занял тогда какое-то место и тогда же понял: это то, чем я хочу заниматься дальше.

Как призеру олимпиады мне подарили книжку — сборник задач и интересных фактов из истории криптографии. Она стала для меня чем-то вроде пособия для подготовки в вуз. Интересно было прочитать о разных древних способах сокрытия информации. Людям ведь еще в античности нужно было как-то общаться друг с другом, но чтобы другие об этом не знали. Например, человека брили налысо, на коже его головы писали какие-то секретные данные, затем ждали, когда у него отрастут волосы и далее этот человек, как гонец, отправлялся передавать информацию. Соответственно, когда его на том конце принимали, то снова брили налысо и читали тайное послание. В общем, с одной стороны, криптография (та, которой я сам сейчас занимаюсь) — это очень молодая наука, которая возникла после появления компьютеров. А с другой — корни у нее очень древние.

Упражнения для начинающего криптографа

Люди стали шифровать записи почти сразу после того, как научились писать, бурное развитие криптографии началось в Ватикане в XV веке и продолжается до сих пор. Расскажите ребенку о других древних способах сокрытия информации и попробуйте вместе составить зашифрованные послания на их основе.

  • Сцитала. Во время войны против Афин в конце V века до н. э. спартанцы наматывали узкую пергаментную ленту на деревянный стержень определенного диаметра. Сообщение писали на ленте по одной из граней стержня, все остальное пространство заполняя любыми буквами в любом порядке. Потом лента разматывалась — и на ней оставался хаотический набор символов. Чтобы его прочесть, нужно было намотать ее на стрежень точно такого же диаметра.

Сцитала / Фото: Wikimedia Commons
  • Квадрат Полибия. Шифр, придуманный греческим историком и полководцем Полибием в III веке н.э — это элементарная матрица алфавита. Квадрат 5×5 (количество рядов может меняться в зависимости от количества букв в алфавите), с цифрами по горизонтали и вертикали, все клетки внутри заполнены буквами. Каждая буква обозначается сочетанием двух цифр (А = 11, B = 12, L=31), а зашифрованный текст представляет собой длинную цепочку цифр.

Один из вариантов русского алфавита в квадрате Полибия
  • Решётка Кардано. Таблица-карточка с вырезанными в ней ячейками — она накладывается на текст, в котором зашифровано послание, и позволяет его прочесть. Решетку Кардано, к слову, показывают в титрах советского фильма о Шерлоке Холмсе. Этот способ шифрования придумал итальянский врач, математик и астролог Джероламо Кардано, живший в XVI веке.

Пример применения решётки Кардано. Текст записки: Сэр Джон высоко ценит Вас и снова повторяет, что всё, что доступно ему, теперь ваше, навсегда. Может ли он заслужить прощение за свои прежние промедления посредством своего обаяния. Шифрованное послание: В мае Испания направит свои корабли на войну. Фото: Wikimedia Commons (Stevebkk)
  • «Энигма». Эту переносную электромеханическую роторную машину активно использовали еще в нацистской Германии во время Второй мировой войны. Принцип работы машины довольно прост, в его основе лежит элементарный шифр замены, которым пользовался еще Гай Юлий Цезарь (когда А заменяется, например, на М — и чтобы расшифровать послание, нужно знать ключ). По такому же методу можно зашифровывать послания и вручную.

Шифровальная машина «Энигма»

От шпионских шифров к защите персональных данных

Современная криптография — это, конечно, уже не шпионские штучки и не тайные шифры. Это скорее история про получение (или сокрытие) неких сведений при помощи математических методов.

Одна из текущих задач лаборатории криптографии, например, — подготовка протоколов защиты персональных данных. В последнее время объем персональной информации, которую люди предоставляют каким-либо сервисам, становится все больше и больше, и для того, чтобы она не утекала куда-то, не попадала к третьим лицам — ее нужно надежно защищать. Еще одна история, которой я сейчас занимаюсь — это ускорение наших отечественных алгоритмов шифрования. Например, если я кому-то в мессенджере пишу «Привет», то я хочу, чтобы это сообщение дошло до адресата мгновенно, а не спустя, скажем, десять секунд. То же самое со звонками — в некоторых случаях десятисекундное ожидание соединения может быть судьбоносным. Я как раз сейчас думаю, при помощи каких математических методов можно это ускорить.

Учеба, работа и карьерные перспективы

Сам я окончил факультет прикладной математики по специальности криптография — можно пойти моим путем, либо получить фундаментальное математическое образование (я бы советовал МГУ, МФТИ, ВШЭ), а потом пройти дополнительные курсы повышения квалификации. Для криптографа важно быть усидчивым, очень любознательным, готовым проводить много исследований, читать массу статей и документации на английском языке, по крупицам собирать данные. То есть необходимы качества, свойственные скорее ученым, потому что обычные технари, гики нацелены на быстрый результат, а криптография — кропотливая работа.

Сейчас она развивается достаточно активно, внедряется практически во все сферы человеческой жизни. Какие-то звонки, сообщения, те же персональные данные, интернет-трафик — все это защищено криптографией. У этой науки, особенно у ее прикладной составляющей — достаточно большие перспективы. А значит, перспективы есть и у меня, поэтому о развитии, карьере, востребованности криптографам переживать не приходится.


..Следующая страница->