Лекция для школьников "История шифров" (45 минут)

Идея взята из тоненькой книжки Виктории Журавлевой "История шифров" (изд. Настя и Никита) и дополнена самодельными наглядными материалами

Что такое криптография?

Криптография (от др.-греч. «криптос» - скрытый и «графо» - пишу, «тайнопись») - наука о методах шифрования (кодировки данных) и защиты информации.

Изначально криптография изучала методы шифрования информации - обратимого преобразования открытого (исходного) текста на основе секретного алгоритма или ключа в шифрованный текст (шифротекст).

1. Послание из Древней Спарты

Одним из первых шифров можно назвать шифр-перестановку под названием «скитала». В V в. до н.э. правители греческого государства Спарты имели хорошо отработанную систему секретной военной связи и шифровали свои послания с помощью скитала, первого простейшего криптографического устройства

Принцип использования шифра «скитала»

Шифрование выполнялось следующим образом. На стержень цилиндрической формы, который назывался скитала, наматывали спиралью (виток к витку) полоску кожи и писали на ней вдоль стержня несколько строк текста сообщения. Затем снимали со стержня полоску - буквы на ней оказывались расположенными вразнобой. Кстати, расположить текст можно как горизонтально, так и вертикально.

Вестник обычно прятал сообщение, используя кожаную полосу как пояс. Чтобы получить исходное сообщение, полоску кожи надо намотать вокруг скиталы того же диаметра. Ключом этого шифра является диаметр стержня. Зная только вид шифра, но не имея ключа, расшифровать сообщение непросто.

Способ взлома этого шифра предложен Аристотелем. Надо изготовить длинный конус и, начиная с основания, обертывать его лентой с шифрованным сообщением, постепенно сдвигая к вершине. В какой-то момент начнут просматриваться куски сообщения. Диаметр конуса в этом месте соответствует диаметру скиталы.

Примечание: Чтобы показать скиталу, я использовала тесьму и детскую хлопушку. Первую букву выделила другим цветом. Сообщение было такое: Срочно/ приходи/ к/ школьному/ стадиону/ Есть/ дело

2. Шифр Цезаря. Диск Леона Альберти. «Энигма»

Широко известна система шифрования, предложенная Юлием Цезарем и описанная им в «Записках о галльской войне» (I век до н.э.). Принцип шифрования был весьма прост. Шифруемую букву сообщения необходимо было заменить на букву алфавита, отстоящую от нее на 3 позиции правее. Для удобства шифрования можно переписать алфавит так, как показано на рисунке

А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л Ь Н...

Г Д Е Ж З И Й К Л Ь Н О П Р...

В 15 веке итальянский ученый Леон Баттиста Альберти придумал шифровальный диск, усовершенствовав шифр Цезаря. Такой диск можно изготовить самостоятельно. Для этого достаточно взять два картонных диска разного диаметра и на каждый по кругу нанести алфавит. Затем соединить их в центре. Нижний диск (бОльшего диаметра) используется для открытого текста, малый внутренний диск (подвижный) - для шифровки. Теперь достаточно договорится с адресатом какой букве шифроалфавита соответствует буква «А».

Разгадать такой шифр не сложно, учитывая, что в русском алфавите 33 буквы, сдвигов будет 32. Пробуя разные варианты, достаточно быстро можно найти «ключ». Поэтому участники тайной переписки договариваются о ключе, в котором каждое слово смещается на различные расстояния. Например, ключ «СОНЯ» говорит о том, что в первом слове букве «А» соответствует «С», во втором - «О», в третьем «Н» и в четвертом «Я».

Примечание: Нашла на просторах Интернета готовый файл с кругами. Маленький круг вырезала самостоятельно для всех детей, большой разместила на вспомогательном файле.

Спустя столетия, в начале 20 века, на смену шифровальному диску пришли шифровальные машины. Развитие техники позволило создать электромеханическую машину «Энигма» (с др. греческого - загадка) - самую сложную систему шифрования. Шифровальных дисков в такой машине было несколько и по-новому шифровалось уже не слово, а каждая буква. Сложность машины делала ее практически неуязвимой. «Энигма» была придумана в Германии и использовалась немцами во Второй мировой войне.

3. Решетка Кардано. Письма «с секретами»

Решетка Кардано была предложена в 1550 году итальянским математиком Джероламо Кардано. Известно о достаточно широком использовании решётки в переписке XVI-XVIII века, она считается очень практичной и удобной. Этим шифром предпочитали пользоваться многие известные личности, например кардинал Ришелье и русский драматург и дипломат Александр Грибоедов.

Сделать решетку Кардано «без мусора» (т.е. так, чтобы читались все буквы) очень легко даже за несколько минут. Возьмите тетрадный лист в клетку или разлинуйте квадрат, например со стороной в восемь клеток. В каждой части квадрата есть набор цифр. Необходимо в произвольном порядке закрасить цифры от 1 до 16 так, чтобы числа не повторялись в разных частях решетки (например, если в первой зоне закрашена двойка, то в других зонах ее закрашивать уже не нужно).Закрашенные клетки - это отверстия, которые необходимо вырезать. Квадратная решетка Кардано «без мусора» готова.

Примечание: Опять же решетки я вырезала самостоятельно, чтобы не тратить на это время на уроке. Взяла бумагу для скрапбукинга (из ФП, 15 на 15 см), для каждой буквы, соответственно, получился квадрат 1,88 на 1,88 см)

Накладываем решетку на лист бумаги и в вырезанные клетки вписываем буквы предложения. Затем поворачиваем решетку на 90 градусов по часовой стрелке и снова вписываем буквы и т.д.

Что написано?

Г З О Я В А Х Г

А Р А Д З Э Т Г

Т О О О К А Т Д

Ч И М Д Е В А М

Т И Л Н Р Ь О Ы

В Х Е Е П К М О

М Н С О К Ж Е О

М Т У И О Л И Е

Ответ: Загадок /дивных/ много/ в/ этом/ мире/Может/ я/ тот/ человек/ кому/ их/ разгадать/ по/ силе

4. Пляшущие человечки

Шифр, встречающийся в рассказе Артура Конан-Дойля о знаменитом сыщике Шерлоке Холмсе.

Зашифруйте с помощью «пляшущих человечков послание: «Криптография»5. Геометрический шифрНа этом лекция закончилась. Но...

Для дополнительного «разговора» (проекта или продолжения темы) можно рассказать о:

• частных объявлениях в газетах (опять же у Артура Конан-Дойля Холмс все время просматривает эти объявления, находя в них много интересного)

«Все мои письма возвращаются обратно, даже с полным именем и адресом» (скорее всего это послание означает, что "явка провалена")

«Книга будет восстановлена к первой неделе апреля» (тут в качестве книги зашифровано что-то иное, например, военный корабль или танк)

• Акростихах и Телестихах (художественное шифрование)

• Бесцветных чернилах и способах их изготовления

• Логине и пароле в компьютере. Тут же можно и о хакерах немного рассказать.

__________________

Вот такая насыщенная лекция получилась. Проводила для учеников 5 класса, я люблю работать в формате лекции-беседы. Дети активно включились в процесс шифрования и дешифровки, за партами работали, выходили к доске с получившимися шифрами. Мы вместе с учителем помогали разобраться тем, кто что-то не понял. Принесенные мной листы кто-то сдал, а кто-то оставил себе. Надеюсь, заинтересовались)