Криптологиянинг фан сифатида шаклланиши

Қадимги шифрлаш услублари ҳар-хил жадвалларга асосланган бўлиб, бу жадваллар маълумотлар матнидаги алифбо белгиларининг маълум тартибдаги ўрин алмаштиришларини ифодаловчи оддий амаллардан иборат бўлган. Бунда калит вазифасини жадвалнинг ўлчами, алифбо белгиларининг алмаштирилишини таминловчи бирор аниқ жумла ёки жадвалнинг ўрин алмаштиришларини тартибловчи алоҳидалик хусусияти ва шу кабилар ўтаган.

Мисол учун, АНГЛАШИЛМОВЧИЛИК ТУШИНАРСИЗЛИККА ОЛИБ КЕЛДИ жумла устунларининг сони 5 та ва сатрларининг сони 8 та бўлган жадвалнинг устунлари бўйича ёзиб чиқилса, сўнгра шу жадвалнинг сатрлари бўйича гуруҳланса: 

А М Т И Л, Н О У З И, Г В Ш Л Б, Л Ч И И К, А И Н К Е, Ш Л А К Л, И И Р А Д, Л К С О И каби шифрланган сўзлар ҳосил бўлади. Маълумотларни шифрлаб муҳофаза қилишнинг турли мақсадларда қўлланиб ривожланиб бориши, шифрлаш услубларининг фойдаланувчилар томонидан алоқа тармоқларида қўллаш учун қулай бўлишини талаб қилиниши билан бирга, унинг бардошлилигига бўлган талабнинг ҳам кучайишига олиб келди. XIX асрда алоқа коммуникацияларининг ривожланиб бориши, табиий равишда, шифрлаш жараёнларини автоматлаштирилишини талаб эта бошлади. Телеграф алоқа тизимлари вужудга келди ва улар ҳам, ўз навбатида, маълумотларни шифрлашни талаб эта бошлади. Махсус ғилдирак кўринишидаги, сонли шифрлаш қурилмаси 1790 йилда Америка қўшма Штатларининг (АҚШ) давлат котиби, кейинчалик эса АҚШнинг учинчи Президенти Томас Жефферсон томонидан яратилган ва шунга ўхшаш сонли шифрлаш қурилмалари иккинчи жаҳон уруши йилларидан кейин ҳам АҚШ қуролли кучларида қўлланилиб келинган. Бундай қурилмаларнинг ишлаши, етарли даражада узун берилган калит бўйича маълумотлар матнини кўп алифболи алмаштиришга асосланган бўлиб, арифмометрнинг ишлаш асосларига ўхшашдир. Калитнинг (даврий) узунлиги шифрлаш қурилмасининг махсус ғилдиракларини бир марта тўла айланишларининг умумий даври билан аниқланади. Масалан, мос ҳолда 13, 15, 17, ва 19 даврий айланишларга эга бўлган махсус тўртта ғилдиракли қурилма 62985 (даврий) узунликка эга бўлган калитни беради. Яъни, қурилма ғилдираклари бирор аниқ ҳолатда турган бўлса, мана шу ҳолатга қайтадан кетма-кет 1-ғилдиракни 13 марта, 2-ғилдиракни 15 марта, 3-ғилдиракни 17 марта, 4-ғилдиракни 19 марта айлантириш билан эришилади.

Ҳозирги замон криптографик машиналари асосини, 1917 йилда Эдвард Хеберн томонидан яратилган, «Enigma - Энигма» («Жумбоқ» маъносини англатувчи) деб аталувчи роторли криптографик машинанинг ишлаш тамойиллари ташкил этади.

 «Энигма» машиналарининг саноат наъмуналари Siemens фирмаси томонидан ишлаб чиқилиб, дастлаб битта ўққа ўрнатилган тўртта айланувчи ғилдиракдан иборат бўлиб, бирор аниқ ҳолатнинг, оддий алмаштиришлар ёрдамида, миллиондан ортиқ шифрланган ҳолатини олиш имконини берган. Ҳар бир ғилдиракнинг иккала томонида 25 тадан (лотин алифбосининг белгилари (ҳарфлари) сонича) электр боғланиш тугунлари жойлашган бўлиб, ғилдираклар айланганда электр боғланиш импульслари рўй бериб, ҳарфларнинг алмашув жараёни юзага келади. Шифрлаш жараёни бошланиши олдидан ғилдираклар калитни белгиловчи сўзни аниқлаш ҳолатига ўрнатилади. Алифбо ҳарфларини белгиларини бошқа белгилар билан алмаштириб шифрлаш жараёни, шифрланиши керак бўлган белгининг тугмачаларини босиш натижасида амалга оширилган. Бунда шифрланиши керак бўлган белгининг тугмачаларини босиш натижасида, аввал 1-ғилдирак, сўнгра 2-ғилдирак бир қадамга бурилган ва ҳоказо. Натижада, калитнинг узунлиги очиқ матн узунлигига нисбатан узун бўлган. Масалан, чап ва ўнг томондаги ғилдиракларнинг U белгисига мос келувчи электр боғланиш тугунлари ғилдиракларнинг бошқа томонидаги F белгига мос келувчи электр боғланиш тугунлари билан боғланган. Агар ғилдирак бир қадамга бурилса, бу ҳолат U белгидан кейинги V белгини F белгидан кейинги G белгига алмаштириш жараёнини ифодалайди. Тўрт ғилдиракли криптографик машиналарда алифбо белгиларини шифрлаш жараёнида ҳамма белги ҳар бир ғилдиракда ўзгариш жараёнидан ўтиб, тўрт карра шифрланади. Дешифрлаш жараёнини мураккаблаштириш мақсадида ғилдиракларнинг ўрни вақти-вақти билан алмаштирилиб турилган. Кейинчалик эса ғилдиракларнинг сони 5 ва 6 тага кўпайтирилиб, уларнинг ҳаракатининг маълум маънода тартибсиз бўлиши таъминланган. Бу қурилманинг ҳажми катта бўлмаганлиги ҳамда ундан фойдаланиш мураккаб эмаслиги сабабли, оддий алоқа хизматчилари ҳам ишлата олганлар. Шу даврга келиб, маълумотларни ишончли шифрлаш масаласи тўла ҳал қилингандек эди. Лекин, Англия криптографик хизматининг хизматчилари Лондондан 80 км шимолда жойлашган «Блетчли Боғ» қароргоҳида иккинчи жаҳон уруши йиллари давомида немислар шифрмаълумотларини ўқиб боришга муваффақ бўлганлар. Бунга Польша разведка хизмати томонидан 1939 йилда қўлга киритилган «Энигма» криптографик машинасининг чизмалари асос бўлди. Гитлерчиларнинг Польшага хужумидан сўнг машина чизмалари Англиянинг тегишли хизмат ташкилотларига берилди. Тез орада, Англия криптотаҳлил хизмати ходимлари, «Энигма» машинасининг шифрлаш калитини билиш учун, машина махсус ғилдиракларидаги электр боғланиш тугунларининг схемасини билиш кераклигини аниқладилар. Шундан сўнг, «Энигма» машинасининг қурилма наъмунасини қўлга киритиш учун ҳаракатлар бошланди. Биринчи намунани Германиянинг жанубийшарқий қисмида жойлашган заводдан олинишига эришилди, иккинчиси Норвегия ҳаво ҳудудларида уриб туширилган немис ҳужумчи самолётларидан, учинчиси эса Франция учун бўлган жангларда аср тушган немис ҳарбий алоқачи аскаридан олинган. Кейинги намуналар эса ғоввослар махсус қисмлари томонидан немис сув ости кемаларидан олинган. 1942 йилда Алан Тьюринг томонидан махсус электрон ҳисоблаш машинаси яратилгунга қадар, «Энигма» шифрларини дешифрлаш анча мураккаб бўлди. Алан Тьюрингнинг дешифрлаш учун махсус яратган ва «Колосс» деб номланган ушбу машинаси инсоният дунёсида биринчи тез ишловчи электрон ҳисоблаш машинаси (ЭҲМ) эди. Шундан сўнг Англия криптотаҳлилчилари, намуналари олинган «Энигма» машиналарининг ғилдиракларидан фойдаланиб, қисқа вақт ичида мумкин бўлган барча калитларни танлаб чиқиб, дешифрлаш масаласини ҳал эта бошладилар. Немислар эса дешифрлашда ЭҲМнинг қўлланилишини ҳисобга олмаган эдилар. Шуни ҳам айтиб ўтиш керакки, 1930 йилда немис криптотаҳлилчиси Георг Шредернинг «Энигма» криптографик машинасининг шифрлаш услубига ишончсизлик билдириб келтирган далиллари кўпчилик масъул мутахассислар назаридан четда қолган. 1926 йилда Америка телефон ва телеграф компанияларидан бирининг маҳандиси Г.С. Вернам ўзининг иккилик саноқ тизимси асосида яратган шифрлаш алгоритмини эълон қилди .

Вернамнинг шифрлаш алгоритми Цезарнинг шифрлаш алгоритмига ўхшаш бўлиб, у қуйидаги y=xz, (1.1) тенглама билан ифодаланади ва бунда x, y, z ўзгарувчилар иккилик саноқ тизимси алифболарида қийматлар қабул қилади,  белги эса 2 модуль бўйича қўшиш амалини билдиради, яъни:

00=0, 01=1, 10=1, 11=0

Бу алгоритмнинг моҳияти дешифлаш калитининг фақат бир марта ишлатилишига асосланган бўлиб, бунда шифрлаш ҳар сафар янги тасодифий битлардан иборат калит билан амалга оширилади. Бундай шифрлаш услубидан кўриниб турибдики, шифрлаш ва дешифрлаш учун очиқ матн узунлиги билан тенг бўлган битта калитдан фойдаланилади, ҳамда бу калитнинг фойдаланувчига муҳофазаланган алоқа канали орқали узатилиши талаб этилади. Бундан ташқари, шу усул билан шифрланган матнни дешифрлаш имконияти мураккаб бўлиб, бу унингмуаллифи Г.С. Вернам томонидан ҳам таъкидлаган бўлсада, исботи келтирмаган. Криптология соҳасидаги илмий ишларнинг муаллифлари, 1949 йилгача бўлган даврни қатъий исботсиз - фақат интуиция ва «ишончга» асосланган - илмий асосланмаган криптология даври, деб атайдилар. Таъкидлаб ўтиш жоизки, Англия криптология хизмати иккинчи жаҳон уруши йиллари даврида математиклар криптологиянинг ривожланишига ўзларининг катта ҳиссаларини қўшишлари мумкинлигига иқрор бўлдилар. Алан Тьюринг ҳам криптология хизмати мутахассисларидан бири бўлган. К.Э. Шенноннинг 1949 йилда чоп этилган «Махфий тизимларда алоқа назарияси» , деб номланган илмий мақоласи илмий асосланган махфий калитли криптография даврини бошлаб берди. Шеннон ўзининг электротехника ва математикага оид билимларидан келиб чиқиб, махфий алоқа тизими назариясининг асосини 1948 йилда эълон қилинган – ахборотлар назариясига бағишланган илмий мақоласи асосида яратди.

Шеннон ўзининг бу илмий мақолаларида Вернам услубида шифрлашнинг ишончлилиги даражасига тўхталиб, дешифрлаш максимал мураккабликка эгалигини, ҳамда шу услубда шифрлашдан фойдаланувчига махфий алоқа канали орқали узатиладиган махфий калит ҳажми (узунлиги) учун аниқ қуйи чегаранинг қандай бўлишини илмий асосда исботлаб берди Шенноннинг 1948 йилда эълон қилинган илмий мақоласи криптология соҳасидаги илмий мақолаларнинг пайдо бўлишига олиб келди. Унинг томонидан 1948-1949 йилларда эълон қилинган илмий мақолалари катта аҳамиятли бўлсада, криптология соҳасидаги илмий мақолаларнинг сезиларли кўпайишига олиб келмади. Бунга сабаб, эҳтимолки, Шенноннинг махфий тизимларда алоқа назариясининг махфий калитга асослангани бўлиб, махфий калитни фойдаланувчига етказиш масалалари ечимининг мураккаблиги билан боғлиқлигидадир. 1976 йилда У. Диффи ва М.Е. Хеллманнинг «Криптографияда янги йуналиш», деб номланган мақоласининг эълон қилиниши шу соҳадаги очиқ илмий ишлар ривожининг жуда юқори поғонага кўтарилишига сабаб бўлди. Улар ушбу ишлари орқали, махфий алоқа тизимларида маълумотларни шифрлаш ва дешифрлашда махфий калитнинг тизим фойдаланувчилари орасида махсус муҳофазаланган алоқа канали орқали узатилиши ва қабул қилинишига ҳожат бўлмайдиган илмий-амалий услуб асосларини яратиб, бугунги кунда ҳам ривожланиб ва долзарблашиб бораётган очиқ (махфий бўлмаган) калитли криптография даврини бошлаб бердилар. Таъкидлаб ўтиш жоизки, Р. К. Мерклининг У. Диффи ва М.Е. Хеллманга боғлиқ бўлмаган ҳолда, лекин улар билан деярли бир пайтда бошқа илмий журналга берган мақоласида ҳам маълумотларни очиқ калитли шифрлаш ғоясининг асослари келтирилган. Аммо Р. К. Меркли мақоласининг нашриётда узоқ вақт эълон қилинмай тўхтаб қолиши, уни муаллифлик ҳуқуқидан деярли маҳрум этди.