Сатурн, Венера и анаграммы
Одним из ранних примеров использования криптографии для доказательства авторства можно считать анаграммы Галилея. С их помощью он объявлял о своем открытии, но суть его раскрывал только после тщательной проверки. Однако в случае появления другого претендента на то же открытие, Галилей мог доказать свое первенство. Такой способ напоминает так называемую «патентную оговорку» — документ, дающий приоритетное право запатентовать устройство, когда оно наконец готово. Для составления анаграмм Галилей использовал простейший шифр перестановки, то есть менял буквы местами, однако догадаться, что скрывалось под этим шифром было практически невозможно. Пока современники пытались расшифровать анаграмму, ученый мог провести дополнительные исследования и проверить свое открытие, а удостоверившись в правильности своей идеи, он раскрывал секрет анаграммы.
Например, в 1610 году Галилей обнаружил, что у Венеры, как и у Луны, есть фазы, то есть ее яркость и видимый с Земли размер меняются в зависимости от ее положения относительно Солнца (так же, как у Луны есть новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть). Это открытие было одним из очередных подтверждений гелиоцентрической модели Коперника. Галилей захотел поделиться своим открытием, не дожидаясь его проверки в следующую фазу Венеры, и отправил своим коллегам-астрономам и меценатам, в числе которых был Иоганн Кеплер и Джулиано Медичи, следующую анаграмму: Haec immatura a me iam frustra leguntur o.y. («Мои тщетные наблюдения пока слишком незрелые, чтобы о них сообщить»).
К новому 1611 году Венера вошла в предсказанную Галилеем следующую фазу «нововенерия», и ученый раскрыл смысл своей анаграммы: Cynthiae figuras aemulatur mater amorum («Фигурам Цинтии подражает Мать любви»), то есть Венера движется подобно Луне. Точно так же поступил Галилей, когда в том же 1610 году увидел два неясных пятна по бокам от Сатурна (сейчас мы знаем, что он открыл его кольца, но тогда он предположил, что это два спутника). На этот раз анаграмма, которую он «опубликовал» для своего узкого круга, была бессмысленной: SMAISMRMILMEPOETALEUMIBUNENUGTTAUIRAS. Когда наблюдения подтвердились, он раскрыл смысл своей анаграммы: altissimum planetam tergeminum observavi («Самую высокую планету наблюдал из трех частей») — Сатурн был самой удаленной планетой от Солнца из известных на тот момент.
Интересно, что Иоганн Кеплер неправильно расшифровал обе анаграммы и прочитал их как сообщения о существовании двух спутников Марса (которые были открыты только в 1877 году) и о наличии большого красного пятна на Юпитере (оно впервые описано в 1665-м) — то есть в результате ошибки он стал уверен в истинности двух еще не открытых фактов.
Однако по-настоящему востребованной в области авторского права криптография стала только с появлением средств технической репродукции — звукозаписи, кино, фотографии. Причем первая крупная война пиратов и антипиратов произошла ещё до появления цифровых массмедиа — в аналоговом мире платного телевидения.
Телевизор против паяльника
Стандартное телевещание не дает возможности отследить, кто просматривает телепередачу — для приема достаточно иметь совместимый со стандартом вещания телевизор и антенну. Поэтому телеканалы с открытым вещанием окупаются за счет рекламы и государственных средств. Для того, чтобы получать деньги непосредственно от телезрителей, телекомпаниям понадобился способ «закрыть» вещание от несанкционированного просмотра. Делалось это с помощью скремблирования — обратимого искажения телевизионного сигнала.
Что такое скремблирование? С точки зрения современной криптографии, скремблирование не является шифрованием, поскольку обработке подвергаются не дискретные значения (буквы, цифры, биты), а непрерывный (аналоговый) сигнал. Телевизионный сигнал состоит из трех ключевых элементов: звукового сигнала, собственно изображения (информации об изменении яркости и цветности в строках на экране) и служебных сигналов — синхронизационных импульсов (информации о том, когда заканчивается кадр и отдельная строка внутри кадра), а также дополнительной информации (субтитров и т.п.). Алгоритмы скремблирования могут искажать все три элемента — мешать телевизору понять, когда начинается один кадр и заканчивается другой, искажать картинку и звук. Методы скремблирования можно разделить на четыре типа: модуляция (добавление сигнала другой частоты), инверсия (инвертирование яркости и цветности, потеря синхронизации), клэмпинг (искажение или обрезка синхронизационного сигнала) и временные перестановки (строки или части строк меняются местами). В поздних системах методы могли комбинироваться.
Искаженное с помощью аналоговых скремблеров видео выглядит достаточно причудливо, поскольку картинка продолжает быть частично узнаваемой, однако удовольствия от просмотра такой передачи получить сложно. Многие из алгоритмов используются до сих пор, например, в видеоарте.
Иллюстрация: Телевизионный сигнал, скремблированный с помощью системы Nagra+ Syster, которая использовалась на первом российском спутниковом телеканале НТВ+
Телекомпании транслировали искаженный сигнал, а для его восстановления продавали или предоставляли своим клиентам специальные устройства — дескремблеры (декодеры). Они начинали восстанавливать сигнал только тогда, когда клиент подтверждал оплату подписки, например с помощью смарт-карты.
Первая система платного телевидения — Phonevision компании Zenith — была разработана в 1947 году, а запущена в 1951-м. Перед началом просмотра зритель должен был позвонить по специальному номеру телефона, а затем подключить к телефону декодер сигнала. Ключ для декодера передавался по телефонной линии, а оплата за каждую просмотренную программу включалась прямо в телефонный счёт. Позже декодеры оснастили кардридерами, и после покупки специальной карточки зритель получал доступ к просмотру определённых каналов на определённый срок. С помощью Phonevision можно было смотреть без рекламы фильмы, бродвейские спектакли, спортивные мероприятия и другие специальные программы. Сигнал Phonevision транслировался как и обычные телепередачи — по радио.
Иллюстрация: Патент на позднюю систему Phonevision со слотом для оплаты монетами (1961 год)
Кабельное телевидение должно было решить проблему несанкционированного просмотра, но, как оказалось, подключиться к телевизионному кабелю достаточно легко, а найти, где именно к каналу подключились нелегальные зрители — трудно. Поэтому кабельное телевидение только способствовало распространению скремблирования. Наибольшего расцвета технологии скремблирования достигли с появлением спутникового телевидения — например, в 1983-1992 годах телеканал HBO для скремблирования спутниковых передач использовал скремблер VideoCipher и VideoCipher II. Небольшая коллекция скремблеров и дескремблеров, включающая VideoCipher II, представлена в экспозиции Музея криптографии.
Однако большую часть аналоговых методов можно было обойти, используя устройства, которые можно было смастерить даже в домашних условиях, или модифицируя официальные дескремблеры так, чтобы они не требовали оплаты подписки. Пользуясь законом о свободе печати, пираты беспрепятственно обменивались информацией о методах взлома алгоритмов скремблирования — схемы пиратских дескремблеров публиковались в популярных журналах и книгах. Такие публикации обязательно сопровождались лукавым дисклеймером о том, что производство и тем более продажа устройств для несанкционированного просмотра платных телеканалов — преступление, а публикация носит исключительно информационный характер.
В Музее криптографии представлено одно из таких изданий — «Черная книга. Европейские скремблирующие системы: схемы, тактика и методы» Джона Маккормака (1998 год). Отдельные главы книги посвящены хакерской этике: Маккормак подчеркивает, что поддерживает взлом телевизионных систем только в исследовательских целях, а не ради перепродажи пиратских дескремблеров.
Иллюстрация: Инструкция по сборке универсального телевизионного дескремблера из журнала Radio Electronics (май 1990 года).
Тем не менее продажа пиратских дескремблеров и взломанных карт доступа стала настолько крупным бизнесом, что сами пираты стали добавлять дополнительные слои защиты для своих контрафактных карт, чтобы другие пиратские группы не могли копировать их разработки.
Схожие методы искажения аналогового сигнала использовались и для защиты от копирования видеокассет (например, с помощью добавления лишних импульсов в синхронизационный интервал), но от них быстро отказались производители из-за падения качества изображения и возможности легко их обойти с помощью доступных устройств. Для борьбы с производством такой аппаратуры некоторые компании, например Macrovision, стали сами патентовать методы обхода своих систем, чтобы преследовать их производителей не за пиратство, а за нарушение патентных прав.
К началу девяностых годов большинство алгоритмов телевизионного скремблирования стало динамическим: параметры искажения изображения регулярно менялись, и пиратам приходилось постоянно подстраивать свою аппаратуру. Правильные настройки для восстановления изображения транслировались вместе с телевизионным сигналом. Эти настройки были зашифрованными, а ключи для их расшифрования записывались на смарт-карты, которые покупали пользователи.
Многие методы защиты видеосигнала стали такими сложными, что без использования компьютера восстановление изображения стало невозможным. Тогда взломщики поняли, что гораздо проще получить ключ доступа и воспользоваться официальным дескремблером, чем пытаться восстановить телевизионный сигнал, взламывая и копируя карты доступа. В «Черной книге» Маккормака приводится схема для самостоятельного изготовления устройства под названием Lazarus («Лазарь»), которое позволяло «воскресить» заблокированную карту с истекшим сроком годности, чтобы продолжать просмотр передач без оплаты подписки. Для подбора ключей от спутниковых телеканалов использовались распределенные сети из множества компьютеров, а подобранные ключи сразу же раздавались через интернет.
С середины девяностых годов начался постепенный переход на цифровые методы трансляции и шифрования телесигнала. К концу 2010-х почти все страны мира отказались от аналогового вещания (в России это произошло в 2019 году). Но гонка «вооружений» между спутниковыми и кабельными телекомпаниями и паратами так и не прекратилась.
В следующем материале мы расскажем о «героях исходного кода и магии» — первых игровых пиратах и о борьбе игровых компаний с ними, о новой жизни старинных шифровальных дисков и кодовых книг, а также о подпольных хакерских сетях, история которых началась еще до появления интернета.
