Hakkarin koulu 8.A (kevät 2015)/Salakielet

Yleistä

Salakielet ovat viehättäneet ihmisiä jo tuhainsien vuosien ajan. Jo Rooman diktaattori Julius Caesarilla oli oma salakielensä. Hän lähetti salakielisiä viestejä kaikkialle valtakuntaansa. Hänen vihollisensa eivät pystyneet ymmärtämään tai lukemaan salakielisiä viestejä saadessaan niitä käsiinsä. Salakielet ovat suojattua viestintää. Salakeliä käytetään myös poliittisiin tarkoituksiin. Sotilas- ja tiedustelupalveluilla on myös omat salakielten asiantuntijansa.

Salakieli on sovittuihin muuntamismenetelmiin tai merkkeihin perustuva viestintäjärjestelmä, jonka tarkoituksena on salata viesti sivullisilta. Salakieli tarvitsee kuitenkin levitäkseen jonkin käyttäjäyhteisön, joka käyttäisi sitä ja hyötyisi siitä. Salakieli voi olla kirjoitettua tai puhuttua. Yhdysvaltain armeija käytti esimerkiksi toisessa maailmansodassa radisteja, joiden käyttämä koodikieli perustui navajoen kieleen, jota kukaan ei juurikaan ymmärtänyt intiaaniyhteisön ulkopuolella.

Salakielet

Salakieliä ovat esim. leikkikielet, kuten:

Kontinkieli

Kontinkieli on "leikkikieli" jonka joka sanan jälkeen lisätään sana "kontti". Kontinkielessä kirjaimet ja tavut vaihtuvat kuin sanamuunnoksessa. Esim. lause "Minä osaan puhua suomea!" muuntuu muotoon "Könä-mintti kosaan-ontti kohua-puntti koomea suntti!

Vitikieli

Vitikielessä sanan eteen lisätään sana "viti", jonka jälkeen suoritetaan samanlainen kirjainten ja tavujen vaihdos, kuin sananmuunnoksessa (yleensä kahdesta sanasta koostuvassa yhdyssanassa olevien sanojen ensimmäiset 2 kirjainta vaihtavat paikkojaan). Toimii seuraavasti: Esimerkiksi sanan "kirja" eteen laitetaan sana "viti" (vitikirja), jonka jälkeen sana käännetään sanamuunnoksella (kitivirja).

Vede-kieli

Vede-kielen tarkoitus on toimia sisäpiiri- tai salakielenä. Toimii samanlailla kuin viti- ja kontinkieli. Esimerkiksi sana kynä ja vede = venäkyde (kun sana kynä ja vede yhdistetään, (kynävede) suoritetaan tavujen vaihdos = vedäkyne).

Jargon

Jargon on jonkin ryhmän tai yhteisön ammatti- tai erikoiskieli. Jargon voi tarkoittaa myös sekavaa tai jokeltavaa puhetta, josta voi olla vaikea saada selvää. Jargonin yhteinen erikoissanasto voi luoda sitä puhuville yhteenkuuluvuuden tunnetta ja voi toisaalta sulkea sanastoa tuntemattomat ja ymmärtämättömät tai tiedonsaannin ulkopuolelle.

Verlan

Verlan on ranskalainen yhä käytettävä salakieli, joka syntyi kun nuoriso ja rikolliset halusivat pystyä kommunikoimaan keskenään ilman, että vanhemmat ja poliisit eivät ymmärrä sitä. Verlanissa sanojen tavut käännetään (esim. kir-ja = ja-kir).

Salakirjoitus

Caesarin koodi

Tunnetuimpiin salakirjoituksiin kuuluva Julius Caesarin salakirjoitus(tunnetaan myös nimellä Caesarin koodi tai Caesar-salakirjoitus) on hyvin laajalti tunnettu ja erittäin yksinkertainen salausmenetemä. Tässä menetelmässä salattavan tekstin jokainen kirjain korvataan sitä aakkosissa tulevan sovitun kirjainmäärän mukaisesti. Kun aakkosto päättyy, jatketaan aakkosten alusta siten, että viimeistä kirjainta aakkosissa seuraavaksi katsotaan aakkosten ensimmäinen. Salakirjoitus on nimetty Caesarin mukaan siksi, sillä Suetonius kertoi Caesarin käyttäneen kirjeenvaihdossaan hieman kuvatunkaltaista salakirjoitusta, jossa siirryttiin kolmen kirjaimen verran eteenpäin.

Julius Caesarin salakirjoitus on erittäin helppo murtaa esimerkiksi frekvenssianalyysillä.

Atbash-koodi

Atbash-koodi on yksi vanhimmista salakirjoituksista. Siinä kirjaimistossa vaihdetaan viimeinen kirjain ensimmäiseen, toiseksi viimeinen toiseen ja niin edelleen. Nimi atbash tulee heprean kirjaimista alef-tav-bet-shin. Suomenkielen aakkosissa se toimisi niin, että A:sta tulisi Ö, ja B:stä Ä. Atbash-koodausta käytettiin varsinkin tietyissä piireissä satoja vuosia ennen kuin ajanlasku alkoi, ja onpa Jeremian kirjassa(Raamatussa) Atbash-koodattuja nimiä. Jotkin salaseurat tai sen kaltaiset käyttävät vieläkin Atbash-koodia, jotka ilmaisevat olevansa pitkän perinteen vaalijoita.

Copialen käsikirjoitus

Copialen käsikirjoitus on salakirjoituksella kirjoitettu käsikirjoitus, joka yhteensä sisältää 75 000 käsinkirjoitettua merkkiä 105 sivulla niteessä, joka löytyi aikoja sitten Berliinistä DDR:n tiedeakatemiasta kylmän sodan loputtua, ja on nyt yksityismuseossa. Sen arvellaan olevan vuosilta 1760-1780. Vaikka sitä tutkittiin 1970-luvulla DDR:n tiedeakatemiassa, se on ollut nykyihmisille tuntematon vuoteen 2011, jolloin kansainvälinen tutkijaryhmä ilmoitti saaneensa murrettua sen. Copialen käsikirjoituksessa on abstrakteja symboleja sekä niiden ohella kirjaimia kreikkalaisesta kirjaimistosta sekä melkein kaikki latinalaisen aakkoston kirjaimet.

Tekstin purki huhtikuussa 2011 nykyaikaisen tietotekniikan avustuksella Kevin Night Etelä-Kalifornian yliopistosta yhdessä Uppsalan yliopiston Beáta Megyesin ja Christiane Schaeferin kanssa. He yhdessä totesivat sen olevan erittäin monimutkainen purkaa.

Voynichin käsikirjoitus

Voynichin käsikirjoitus on tunnistamattomilla kirjaimilla tehty salaperäinen kuvitettu kirja, jonka sisältöä kukaan ei ymmärrä. Tuntematon kirjoittaja on käyttänyt sen tekemiseen täysin tunnistamatonta kieltä ja käsittämätöntä kieltä. Kirja sai nimensä puolalais-amerikkalaisen Wilfrid M. Voynichin mukaan, joka sai sen vuonna 1912 haltuunsa. Kirja on tällä hetkellä nähtävissä Yalen yliopistossa. Vuonna 2005 kirjasta julkaistiin ensimmäinen näköpainos.

Kokonaan muistiin on merkitty historiansa ajan Voynichin käsikirjoitus on ollut sekä harrastepohjaisten sekä ammattimaisten salakirjoitukien ratkaisijoiden tärkeä tutkimuskohde. Yrittäjiin kuuluu esimerkiksi muutamia brittiläisiä ja amerikkalaisia toisen maailmansodan tehtävissä kunnostautuneita koodinmurtajia, jotka olivat huipputasoa, mutta edes he eivät pystyneet ymmärtämääntai lukemaan sanaakaan. Onkin useasti epäilty, että Voynichin käsikirjoitus onkin pelkkä huijaus, että Voynichin käsikirjoitus onkin pelkkä kasa mielivaltaisia kirjaimia, joita ei edes pidä ymmärtää.

Kryptologia/koodaustiede

Kryptologia eli salakirjoitustekniikka, viittaa turvalliseen viestinnän tai kommunikaation menetelmien harjoittamiseen ja tutkimiseen kolmansien osapuolien (eli esim. vastustajien) läsnäolossa.Se tarkoittaa yleensä vastustajien vaikutusvallan ylittävien protokollien analysointiin ja kehittämiseen. Usein näissä sovelletaan useaa näkökohtaa tietoturvasta.

Ennen modernimpaa aikakautta kryptografia oli käytännöllisesti katsoen melken synonyymi salauksen kanssa. Salaus on prosessi, jonka avulla muutetaan luettavissa sekä ymmärrettävissä oleva tieto täydeksi hölynpölyksi. Salatun viestin lähettäjä jakoi mahdolliset salauksen purkuun tarvittavat tiedot ja välineet vain viestin vastaanottajan kanssa.

Steganografia

Steganografialla tarkoitetaan viestin tai tiedon piiloittamista. Termi "Steganografia" johtaa juurensa muinaiskreikan adjektiiveista [stegan'os]=katetty, peitetty. Tieto joka tarvitsee piilottaa voidaan kätkeä muun tiedon sekaan, tai ihan mihin tahansa, mistä sen huomaaminen tai löytäminen olisi hankalaa. Yleisimpiä toteutumistapoja ovat esimerkiksi tiedon piilottaminen viesti-, musiikki-, video- tai tekstitiedostoon. Digitaaliseen kuvaan voidaan hyvinkin kätkeä tieto esimerkiksi muuttamalla kuvan jokaisen pikselin väriarvoa vain hieman, siten että yhden piilotettavan viestin merkki jakaantuu useammalle pikselille. Tällä tavalla kuva näyttää aivan normaalilta ihmiselle, mutta toisaalta viesti joka sisältyy kuvassa voidaan purkaa vertaamalla kuvaa alkuperäiseen kuvaan.

Steganografiaa käytetään tälläkin hetkellä suojaamaan kuvia tekijänoikeusrikkomuksilta. Internetissä julkaistuun kuvaan "piilotetaan" vesileima, joka on mahdollista lukea siitä automaattisesti. Vesileima sisältää tiedot ja oikeudet kuvan omistamasta tahosta. Näin kuvia luvattomasti "lainanneet" teikjät saadaan helpommin kiinni.

Salausalgoritmi

Salausalgoritmi eli salausjärjestelmä (tai pelkästään salaus) viittaa kryptologiassa prosessiin, jolla koodataan tietoja tai viestejä niin, että vain niille tarkoitetut osapuolet voivat lukea niitä. Salaamalla pyritään tekemään viesti jota ei kykene kukaan muu lukemaan tai tulkitsemaan, paitsi ne osapuolet, joilla on avain salauksen purkuun. Salausalgoritmeja on kahdenlaisia: epäsymmetrisiä ja symmetrisiä. Symmetrinen salaus voidaan purkaa sillä tavalla kuin se on tehtykin. Epäsymmetrisellä salauksella saman viestin purkamiseen saman viestin purkamiseen tarvitaan eri avain kuin millä se on salattu. Epäsymmetristä salausta käytetäänkin usein siten, että kuitenkin vain toinen avaimista välitetään julkisuuteen.

Yleistä salausalgoritmeistä

Jo antiikin aikana tunnettujen symmetristen salakirjoitusmenetelmien idea oli se, että vain viestin lähettäjä ja viestin vastaanottaja pystyivät käyttämään viestin salaamiseen ja salakirjoitetun viestin purkamiseen siihen kuuluvaa avainta. Nykyisten tietolähteiden, erityisesti Internetin, toiminta perustuu hyvin vahvasti epäsymmetrisiin (julkisiin) salakirjoitusmenetelmiin pohjautuviin PKI- (public key infrastructure). Klassisia esimerkkejä käytetyistä järjestelmistä ovat Diffie-Hellmanin avaimenvaihtoprotokolla ja RSA- ja ElGamal kryptosysteemit. Protokollien tehtävänä on määrittää, miten luoteeltaan salakirjoitusjärjestelmiä käytetään.

Kryptologian keskeisimpänä maksimiina voidaan pitää ns. Kerchoffin periaatetta. Kerchoffin periaatteen mukaan järjestelmän tulee perustua avaimen salassa pitämiseen. Vihollisen on luultava, että hän tuntee varsinaisen salakirjoitusmenetelmä. Tämän periaatteen seuraus on se, että aivan kuka tahansa voi kokeilla järjestelmän turvallisuutta. Turvallisuus joutuu tässä tapauksessa melkoiseen koetukseen (ruuvipenkkiin). Kuitenkin kaikista turvallisimmat ja luotettavimmat julkisissa tietoverkostoissa käytettävät salakirjoitusmenetelmöt noudattavat hyvin vahvasti Kerchoffin periaatetta. Nykyisin kuitenkin erityisesti mobiilin tietoliikenteen ja sotilassovellutuksen puolella pyritään edistämään järjestelmiä, jotka Kerchoffin periaatteen vastakohtaisesti perustuvat kuitenkin itse salakirjoitusjärjestelmän salassapitämiseen.

Kryptoanalyysi

Abu Yusuf al-Kindin kryptoanalyyttinen menetelmä.

Kryptoanalyysi on tieteenala, joka pyrkii keksimään keinoja purkamaan salakirjoituksia. Sen eräänlainen vastakohta on kryptografia, joka vastaavasti pyrkii kehittämään salakirjoitustekniikoita. Tietokoneiden käytössä siitä käytetään nimeä dekryptaus. Kryptoanalyysillä yritetään murtaa salaus tuntematta salauksen purkavaa oikeaa avainta. Purkuavainta kuitenkin etsitään salausalgortimien ominaisuuksien ja siirrettävän datan perusteella. Salatun viestin purkaminen "raa'alla voimalla" tarkoittaa kuitenkin, että salauksen purkuun ei tunneta muuta menetelmää kuin kaikkien mahdollisten avainavaruuden kokeileminen. Tätä jatketaan siihen asti, kunnes viesti saadaan ymmärrettävään ja luettavaan muotoon.

Kryptoanalyysin historiaa

Giovanni Soro oli yksi hyvin ensimmäisiä suuria eurooppalaisia kryptoanalyytikkoja. Soro nimitettiin Venetsian salakirjoitussihteeriksi vuonna 1506. Soro sai erittäin paljon mainetta ja huomiota, ja häneen turvauduttiin yleensäkin Venetsian ulkopuolellakin. Mm. Vatikaani pyysi hänelä hyvin usein apua ja palveluksia. Soro ei ollut kuitenkaan paavia kohtaan täysin vilpitön: Hän mm. väitti paaville, että Vatikaanin salausjärjestelmä olisi mahdotonta murtaa, jonka seurauksena hänen mahdollisuutensa onnistua tuudittamaan Vatikaanin kryptografit valheelliseen turvallisuudentunteeseen olisivat pienet. Osoittamalla Vatikaanin salakirjoituksen heikkoudet, Soro olisi samalla kehottanut heitä luomaan uuden ja tehokkaamman systeemin, jota hän ei itsekään varmasti sanottuna pystyisi murtamaan.

Ennen arabialaisen Abu Ysuf al-Kindin keksimää kryptoanalyyttistä menetelmää olivat salauksella suojatut salakirjoitusviestit täysin mahdottomia purkaa ilman koodiavainta. Hänen keksimänsä uudenaikaiset menetelmät kuten frekvenssianalyysi, mahdollistivat kryptoanalyytikkojen synnyn. Keskiajalla kryptoanalyysi levisi Eurooppaan, missä muutama kryptoanalyytikko tuli erittäin tunnetuksi.

Kryptoanalyysi tänä päivänä

Kvanttitietokone pystyisi tänä päivänä mahdollisesti avaamaan suurten lukujen jaollisuuteen perustuvat asymmetriset salakirjoitustekniikat nykyistä paljon tehokkaammin. Koneet ovat ainakin vielä kuitenkin melko alkeellisella tasolla. Kvanttitietokoneiden ei uskota kykenevän murskaavan nopeaan symmetristen salakirjoitusmenetelmien murtamiseen. Symmetristen algoritmien yleisimmät tekniikat murtamiseen olivat diffentriaalinen kryptoanalyysi sekä lineaarinen kryptoanalyysi.