Chapter 91. [TRÜK=100%] Krüptoloogia--mis see on? Nicolai Liventhal

Table of Contents
Krüptoloogia iseloomu ja ajaloo üldjooni
Krüptoloogia riikide saatuste kujunemisel

Alljärgnev on alb2000 toimkonna selle peatüki planeerimise märkmestik. Seda märkmestikku summutatakse kilede valmistamise ajal. (The following is alb2000 editorial-team planning material. This material will be suppressed when alb2000 goes to press.)

REDIGEERIMISE KROONIKA
* 20010323T024918Z
  __{tkarmo} tegi pisiparandusi laduminses
    nagu soovitatud paberiposti teel
    ex{nl}ad{tk}@20010117

KVALITEEDIKONTROLLID
!_{{kkulm} kontrolligu m\~oningaid punkte
  __TEHTUD@20000622T143600Zumbesumbesumbes
    __{kk} leidis k\"atte puuduv "XYZ" Caesari alteksti t\"ahestikus
    __{kk} parandas Midway: mitte saarestik, vaid atoll
!_{tkarmo} heitku pilk rhetoorikale ning esiletoodud faktidele
  __TEHTUD@20000728T004925Z
    __{tk} jagas pala kahte alamossa
      (_luues alamosade pealkirju: seda s\~onastust 
        {krunnel}, v\~oi {nliventhal} ise, tahab v\~oib-olla 
        hiljem timmida) 
      ja demoveeris 
      lugemismaterjali soovitusi kehatekstist note-elemendi sisustusse 
    __{tk} pehmendas tooni PISUT, j\"attes maha m\~oningauid hyyum\"arke 
      (_hyyum\"argid lubatavad, kuid ei tohi nendega liialdada) 
    __{tk} lisas pisiseletust RSA kohta
      (_sest muidu lugeja v\~oib kaevata, et RSA, kui 
        uue "asymmeetrilise" kryptograafia rajaja, on vaid yhekylgselt
        valgustatud):
     <__TSITAAT>
      (ja kus
      üldpublik saab enshifreerida nn. avaliku
      võtmega, kuid ainult sõnumisaaja saab
      deshifreerida oma
      nn. privaatvõtmega)
      </__TSITAAT> 
    __{tk} muutis Zimmermanni telegrammikriisi analyysis termin "provintsid" 
       terminiks "osariigid" 
      (_Kanadal on provintse, USA-l aga osariike) 
    __{tk} asendaas "Inglismaa" keelendeid "Suurbritannia" keelenditega
      __tegemist ei ole siin spetsiifiliselt Inglismaaga: ka Shotimaa 
        on m\"angus, kuna tegemist on tegelikult Westminsteri (Londoni) 
        valitsusinstantsidega  
    __{tk} tegi paaris kohas selgemaks, kas tegemist on esimese v\~oi, 
      pigemini, teise maailmas\~ojaga
      __insereerides terminit nagu "esimene" 
    __{tk} \~ogvendasa delikaatset de jure/de facto Balti-riikide 
      1918-1940.a. iseseisvuse kysimust j\"argmise kirurgiaga:
      asendada <__TSITAAT> enda iseseisvust kuulutada, mis kestis 1940
      aastani</__TSITAAT> lyhema tekstiga 
      <__TSITAAT>enda iseseisvust kuulutada</__TSITAAT>
      __praegu hr Putin on vist seisukohal, et iseseisvus katkes de jure 1940, 
        Washington aga vist seisukohal, et ta katkes vaid de facto 
    __{tk} \~ogvendas Colossuse loo: masin oli arvutiTAOLINE, kuid mitte
      arvuti kitsas m\~ottes 
      (tema programm ei l\"ainud suvap\"o\"ordusm\"allu); masin ei murdnud
      Enigma shiffri (seda tegid lihtsamad "Bombe" masinad), vaid
      Enigma j\"arglase, Hitleri viimase shiffri 
      (shiffer nimega, umbes, "Lorenz": sellist peensust meil pole aga vaja)  
!_{oshihalejev} kontrolligo keelt ja {tkarmo} kandku parandused sisse
  __TEHTUD@20000916
    __oli v\"ahe muudatusi, kuid siiski kohati n\"ait.
      "peale fuufuud barrbarr oli zarrzarr" -> 
      "peale fuufuud oli zarrzarr barrbarr"
!_{tkarmo} kontrolligu pala {nliventhal}-i masinkirja
  ja ka kirja 
  ex{nliventhal}ad{tkarmo}@20000815
  __TEHTUD@20000916
    __{tk} leidis vist KOLM halba viga 

Ülaltoodu on alb2000 toimkonna selle peatüki planeerimise märkmestik. Seda märkmestikku summutatakse kilede valmistamise ajal. (The foregoing is alb2000 editorial-team planning material. This material will be suppressed when alb2000 goes to press.)

Artikli pealkirjas leiduvat küsimust olen ma kuulnud ikka ja jälle isikutelt, kes pole kunagi varem kohanud seda sõna. Ma püüan lühidalt selgitada selle vähetuntud teadusala tähendust, iseloomu, ajalugu ja poliitilist tähtsust maailma riikide saatuste kujunemisel.

Krüptoloogia iseloomu ja ajaloo üldjooni

Enam tuntud termin krüptograafia tähendab salakirjade loomist, nende kasutamist, s. t. lugemist salakirja võtme abil või ka salakirja «murdmist» (krüptoanalüüsi, code breaking), kui kasutatud salakirja võti on tundmata. Salakirja süsteemide (shifrite, krüptogrammide, koodide) loomine, tõlgendamine ja süsteemide murdmine teiste teadusalade (peamiselt matemaatika, kaasa arvatud statistika) abil on krüptoloogia (cryptology).

Kes tegutseb selle enam-vähem saladusliku teadusalaga? Kõik teavad muidugi, et spioonid--salakuulajad--on alati kasutanud salakirju, kui nad teistest riikidest teateid saadavad oma kontorile kodumaal või kui nad üksteisega välismaal kirjavahetust peavad. Riiklikud julgeoleku organid nagu näiteks FBI, NSA või CIA USA-s ja KGB (nüüd Venemaal FSB) püüavad salakuulajatelt saadetud teateid kinni ja proovivad shifreeritud teksti murda.

Sõjaväele on krüptograafia ja krüptoloogia kunstide tundmine suure tähtsusega. Eriti sõja ajal on salakirjaga tegutsevate isikute töö riikidele hädavajalik. Sõjaväe üksused peavad üksteisega ühenduses olema shifreeritud (krüpteeritud) krüptogrammidega ja ülalmainitud riiklikud asutused annavad tööd kümnetele tuhandetele ametnikele, kes vastaste kirjavahetust püüavad nii ruttu kui võimalik lahendada.

Miks avalikkus kuuleb nii vähe krüptoloogide tegevusest? Sellepärast, et iga riik sunnib neid vannet andma, et nad kunagi oma tegevusest ei tohi midagi rääkida. Me teame, et mitmetel endistel salakirja ametnikel, kes peale pensionile jäämist on isegi oma tegevusest raamatuid kirjutanud, on hiljem olnud palju häda, et vältida kohtulikku karistust ja tagakiusamist julgeoleku organite poolt.

Kurjategijatel, nagu varastel, röövlitel, narkokauplejatel ja teistel sarnastel isikutel, on alati põhjust omavahelist kirjavahetust pidada salakirjades. Üks anarhistide salakirja süsteem, nn. «anarhistide asendusshiffer» andis kunagi peavalu tsaristlikul Venemaal. Tänapäeval me oskame seda süsteemi päris kergelt deshifreerida (murda). Kurjategijate paljastajatel--politseil--on salakirjade kunsti tundmine olulise tähtsusega nende võitluses kuritegevuse vastu.

Salakirjade kasutamine alagas juba aastatuhandete eest. Palestiinas kirjutatud piiblis leidub näiteid salakirjade tarvitamisest. Jeremia raamatu 25. peatükis, 26. salmis ja ka 51. peatüki 41. salmis on Babüloonia maa millegi pärast shifreeritud SHESHAK, kus õige sõna BABYLON on asendatud heebrea tähestikust ümberpööratud järjekorras võetud tähtedega. --Miks? Seda me ei tea.

Araablastel oli omal ajal suur ja huvitav kirjandus. Nemad kasutasid ka salakirja kunsti, kuna on säilinud aastast 790 kirjutatud Raamat Salakirjast(Kitab al-mu'amma), kus teadlane Al-Khalil sai inspiratsiooni talle Bütsantsi keisri poolt saadetud kreekakeelsest krüptogrammist. Araablaste suures 14-köitelises entsüklopeedias aastast 1412 leidub täpsem kirjeldus krüptograafiast peatükis Salajane Teadete Varjamine Kirjades, kus tutvustatakse seitset shifrit.

Kreeklane Polybios (200 enne Kristust) leiutas päris moodsa shifreerimisruudu, nn. Polybiose ruudu. Sellesse kirjutati hiljem sisse ladinakeelsed 25 tähte (I = J) ja iga ruutu nummerdati ridades ja veergudes ühest viieni. Minu ettepanek selle ruudu tarvitamiseks eesti keeles on selline, kus täht A on 11, G on 22 jne. Ladinakeelsest ruudust me eemaldame tähed Q, W, X, Y, Z, asendades need eesti tähtedega Õ, Ä, Ö, Ü ja lisaks veel J.

-12345
1ABCDE
2FGHIJ
3 KLMNO
4PRSTU
5 VÕÄÖÜ

Lugeja osakab muidugi ruttu deshifreerida, et siin on Polybiose ruudus shifreeritud numbrireaga 51244235342411 tuntud Eesti korporatsioon. Deshifreerimise «võti» on siin nii ridades kui ka veergudes 1-5. Kui me aga 1-5 kohad ära muudame, näiteks ridadeks 4-2-3-5-1 ja veergudes 5-2-4-3-1, siis on krüptogrammi (shifri) lahendamine päris keeruline, kui me õiget võtit ei tunne.

Vanad roomlased ei tahtnud kreeklastest rumalamad olla ja nad leiutasid omi shifreid. Tuntud ja tänapäeval naeruväärseks saanud roomlaste shiffer loodi keisri ja väejuhi Julius Caesari poolt. See on järgmine:

Algteksti tähestikABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Shifri tähestikXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW

Shifri tähestik on nihutatud 3 kohta paremale nii, et iga shifri täht leitakse 3 kohta vasemal algtähest: V = S, I = F, R = O, O = L, N = K, I = F, A = X. Deshifreerimisel me loeme shifritähtede peal leiduvatest algteksti tähtedeks VIRONIA.

Shifritähestikku (näiteks kirjutatud papiribal kahekordse tähestikuga) on võimalik nihutada 25 korda, nii, et Caesari shifriga võib teha 25 mitmesugust salasõnumit. Igaüks neist on aga kiiresti lahendatav, kui me tähestikku nii kaua nihutame, kuni algteksti tähed selles leitakse. Caesari shiffer ei jäänud kauaks saladuseks tema vaenlastele, kes tema teateid oskasid lugeda. Seda shifrit võib aga raskemaks teha «võtmesõna» kasutamisega, näiteks selliselt:

V I R O N A B C D E F G H J K L M P Q S T U W X Y Z .

Võtme kasutamine (mida tunnevad vaid saatja ja vastuvõtja) on soovitav, kuna täiesti segipaisatud tähti on raske meeles pidada.

Euroopas levis krüptograafia kasutamine eriti 13-18 sajandil päris kiiresti. Juba 13. sajandist alates hakkas paavstiriik Vatikan oma kirjavahetuses tarvitama salakirju. Ka doodzhide palees Veneetsias töötas eriline kontor «shifrisekretäridega». Veneetsia eeskujul asutas paavst Paulus III Roomas 1580. aastal shifribüroo kuulsa krüptoloogi Giovanni Battista Argenti juhtimisel.

Järgevatel sajanditel asutati Euroopa suurriikides erilised shifrikontorid, nn. «mustad kambrid». Eriti kuulus oli Viini must kamber. See oli tähtis salaluure ja krüptograafia keskus 17.-18. sajandil. Igal hommikul kell 7.00 ja hiljem 10.00 toodi kotitäied posti kogu keisririigist kontorisse Geheime Kabinetskanzlei, kus kõik kirjad registreeriti ja tarviduse korral deshifreeriti. Huvitavate kirjade sisu pandi kirja ja siis saadeti kirjad originaalümbrikutes edasi adressaatidele. Austria keisrinna Maria Theresa oli väga huvitatud selle asutuse tööst ja kasutas saadud väärtuslikku informatsiooni oma sõdades Friedrich Suure vastu.

Eelpool kirjeldatud Julius Caesari shiffer ja sellest tuletatud keerulisemad shifrid võtme kasutamisega olid vaid esimesed primitiivsed salakirjad. Shiffer, kus iga täht asendatakse alati sama tähega nimetatakse monoalfabeetiliseks substitutsioonshifriks (asendusshifriks).

Neid lahendatakse tavaliselt statistilise tähesageduse analüüsiga. Igas keeles leidub tabeleid tähtede esinemissageduse kohta. Näiteks on ETOAS jne. sagedamini esinevad tähed võrreldes XYZ. Inglise keeles esineb täht E 13-protsendiga pikemates tekstides, Z vaid 0,1 protsendiga. Tähtede esinemissageduse analüüs paljastab varsti algteksti, kui see on paraja pikkusega.

Algteksti varjamine imelike märkidega, nagu näiteks kirjeldab Arthur Conan Doyle Sherlock Holmes'i novellis The adventure of the dancing men (kus tähed asendati kujunditega), ei aita midagi, kuna «tantsijate» erinevad asendid paljastatakse sageduse analüüsiga, millega leitakse õiged tähed.

Hoopis keerulisem on lugu, kui shifreerimisel kasutatkse polüalfabeetilist substitutsioonshifrit. Tuntud prantsuse diplomaat ja krüptoloog Blaise de Vigenère (1523-96) uuris kõiki seni leiutatud salakirja süsteeme ja oma 600-leheküljalises teoses Traicté des Chiffres ta soovitas kasutada tabelit, mis on saanud nimeks Vigenère'i tabel. Tabel koostatakse järgmiselt:

- A B C D E ...X Y Z
A a b c d e...x y z
B b c d e f...y z a
Cc d e f g ...z a b
Yy z a b c ...v w x
Zz a b c d ...w x y

Tabelis on 26 rahvusvahelise alfabeedi rida, iga rida nihutatud üks kord vasakule. Shifreerimisel võetakse valitud võtmesõna tähed välja vasakust A-Z veerust ja algteksti tähed ülemisest A-Z reast ja nende kahe tähe kohtumisel horisontaalsest reast ja vertikaalsest veerust saadakse shifritäht. (Näiteks: võtmesõna reast võetud täht B kohtub algteksti tähega D ülemisest reast andes tabelis shifritähe e, täht C annab kohtumisel E-ga tähe g, täht Y annab kohtumisel A-ga y jne.) Võtmesõna pikkus otsustab kui raskelt või kergelt on analüüsitav krüptogramm lahendatav. Võttes võtmesõnaks näiteks VIRONA shifreeritakse iga algtäht 6 erineva tähega. See tähendab, et shiffer on siin 6-perioodiline. Shifri õige vastuvõtja tunneb võtmesõna ja selle pikkust ja siis tükeldab saadud teksti 6 veergu ja loeb välja tabelist algtähed.

Seda geniaalset shifreerimismeetodit peeti paljude aastate jooksul lahendamatuks. Siis leidsid aga teised krüptoloogid, kuidas võib välja arvestada perioodi pikkust ja siis tükeldada salakiri selle alusel veergudesse (näiteks 6 VIRONA võtmesõnas), kus siis iga veerg on muudetud monoalfabeetiliseks shifriks, mis lahendatakse sagedusanalüüsiga.

Teine suur ja palju kasutatud shifrite süsteem asendusshifri kõrval on transpositsioonshiffer (ümberpaigutusshiffer), kus tähti ei asendata teiste tähtedega, vaid paigutatakse ümber mitmesuguste süsteemide alusel. Võtame näiteks lause EESTI ON MU ISAMAA. Shiffer sellest võiks ehk olla ITSEE NO UM AAMASI. Sellist ümberpööramist lahendab iga väike laps. Ta võiks aga ka olla näiteks sarnane: ESINUSMA ETOMIAA--mida on tunduvalt raskem lahendada. Kirjutades algteksti ruudu kujuliselt ja paisates tähed ringi mingi kokkulepitud süsteemi alusel, muudetakse shifri murdmine päris tülikaks ettevõtteks. Vene anarhistid tarvitasid transpositsioonishifrit, kus algteks muudeti esimeseks shifriks, mis siis teistkordselt ümber paigutati.

Siin pole võimalik igasuguseid teisi shifreid ja koode tutvustada, nagu näiteks morsetähestikul baseeruvad shifrid; shablooni- või võrkshifrid, kus algtekst shifreeritakse shabloonide abil (seda tarvitati Eesti sõjaväes enne Teist maailmasõda); shifri teistkordne üleshifreerimine kordumatu numbrijadaga (one-time-pad system, armastatud Nõukogude Vene salakuulajate poolt välismaal), ...

Paberi ja pliitasiga tehtud shifrid kohandati hiljem mitmesugustele aparaatidele, mis võimaldavad tähtede asendamist lükatitega, ketastega ja silindritega. Viimase maailmasõja ajal kasutati kõikides sõdivate riikide sõjavägedes mitmesuguseid mehaanilisi instrumente: Ameerikas rootslase Hagelini shifrimasinat, mille ta salaja USA-sse viis, kus seda kasutati tuhandetes eksemplarides muudetud masina «converter M-209» kujul; Saksamaal väga keerulist «Enigma» masinat, mida ka jaapanlased muudetud kujul tarvitasid.

Peale Teise maailmasõja lõppu asendati mehaanilised masinad elektrooniliste arvutitega. Täna leiduvad arvutid igas kontoris ja paljudes kodudes. Kirjavahetus arvutite kaudu on aga riskantne tegu, kui kirjutajad ei soovi oma saladusi (pankades, firmades, sõjaväes jne.) reeta. Sellepärast on arvutite krüpteering muutunud igapäevaseks asjaks. Mitmed «crypto»-ettevõtted tegelevad arvutite kindlustamisega (turvamisega). Me teame, et ameeriklastel ja teistel rahvastel on olemas sõjaväelised pealtkuulamiskeskused, kus varem kontrolliti vastaste telegramme, raadio kaudu saadetud morsesõnumeid ja ka telefonikõnesid. Tänapäeval püüavad need asutused kontrollida arvutitevahelist kirjavahetust. Kuulujutud ütlevad, et Echelon-i nimeline koostöö teatud riikide vahel kontrollib isegi ärisaladusi. USA ülikoolides on leiutatud geniaalsed arvuti turbesüsteemid--IBM-i Data Encryption Standard; ja RSA kood, kus shifri võtmed leitakse lihtarvude korrutamisel, saades 200-kohalised arvud, mis saavad arvutite võtmeks (ja kus üldpublik saab enshifreerida nn. avaliku võtmega, kuid ainult sõnumisaaja saab deshifreerida oma nn. privaatvõtmega). Riigiasutused pole aga huvitatud liiga rasketest koodidest, kuna nende hiigelarvutid (näiteks NSA-s National Security Agency) ei jaksa liiga keerulisi shifreid murda. Sellepärast sõlmisid 33 juhtivat riiki maailmas 1998. aastal Wassenaari lepingu, mis lubab riike keelata liiga raskete krüpteeringu süsteemide eksporti. See tähendab, et riigi kodanikud ja erafirmad ei tohi krüpteerida kommunikatsiooni oma tahtmise järgi. Igivana võitlus shifriloojate ja shifrimurdjate vahel kestab edasi!