Student World

pravidelné páteční „přetištění“ staršího článku

Následující lehce kratochvilný text je úryvkem z knihy P. Vondruška: Kryptologie, šifrování a tajná písma.

Při popularizaci kryptografie je s oblibou zmiňován Turing a Enigma, smrt skotské královny Marie, PGP či problém faktorizace a kvantových počítačů. Pojďme se podívat na téma trochu hravější, které snad potěší všechny, kdo si (alespoň v mladším věku) rádi hráli v chemických i domácích laboratořích. Vzpomeňme s trochou nostalgie/sentimentality na vlastní pokusy. Jaký neviditelný inkoust měli v oblibě čtenáři Science Worldu?

***

Mezi známé a základní steganografické metody, tedy metody, kdy se odesílatel a příjemce snaží utajit před nepovolanou osobou samotné předávání senzitivních informací, patřilo již odedávna použití neviditelných neboli sympatetických inkoustů. Jejich použití zajišťuje, že zapsaný text není při běžném pohledu viditelný. Příjemce zobrazí neviditelný text jemu známým způsobem, což může být např. zahřátí, působení nějakých chemikálií, případně osvícení ultrafialovým nebo infračerveným světlem.

Obliba tohoto jednoduchého a relativně bezpečného způsobu přetrvala až dodnes. Výhodou, mimo utajení šifrové komunikace mezi odesílatelem a příjemcem, je také velice jednoduchý způsob použití, který nevyžaduje složité zaškolení. Je možné jej použít i v situacích, kdy by jiné metody nebyly možné. Typickým příkladem je zasílání zpráv z vězení. Pokud by v dopise vězně byla nalezena šifra, nebyl by doručen. Tedy použití této metody zajišťuje samotné utajení senzitivní komunikace, což je v některých situacích rozhodující pro výběr zabezpečeného spojení. Další výhodou je možnost v případě potřeby využít k vytvoření neviditelného písma zdroje, které jsou lehce dostupné (močovina, mléko, ocet …).

Typy inkoustů

První skupinu tvoří organické kapaliny jako moč, mléko, citrónové šťávy, ocet a ovocné šťávy (např. cibule); a text lze zviditelnit lehkým zahřáním. Tepelným rozkladem organických látek (cukrů, popř. bílkovin) dochází ke zbarvení produktu dohněda. Podobně je tomu u roztoku cukru (sacharózy) okyseleném kyselinou sírovou.

Druhou skupinou jsou chemické látky, které sice nejsou organického původu, ale text jimi zbarvený se zviditelňuje také zahřáním. Sem patří např. nasycený roztok dusičnanu draselného, který zanechá na papíru po odpaření malé bezbarvé krystalky. Tato sloučenina je silným oxidačním činidlem a po zahřátí papíru dojde k procesu podobnému spalování – papír v místech s inkoustem zuhelnatí. Jiným případem může být chlorid kobaltnatý, který se vyskytuje buď v podobě hydrátu nebo bezvodé soli. Hydrát je jen slabě růžový, takže na papíru není téměř vidět, avšak po zahřátí se rozloží a dojde k jasně modrému zbarvení.

Třetí skupinou je využití chemických reakcí k zviditelnění písma. Využití je založeno na tvorbě barevných produktů po reakci s jinou chemickou látkou. Takových inkoustů lze vytvořit celou řadu, stačí, když výchozí látka bude bezbarvá nebo jen slabě zbarvená a produkt po chemické reakci bude mít naopak výraznou barvu. Např. píše-li špion síranem železnatým, nebude nic vidět, dokud text nepotřeme kyanidem sodným. Obě sloučeniny spolu začnou reagovat a vytvoří ferrokyanid neboli pruskou modř.

Poslední skupinu tvoří neviditelné inkousty, kde se ke zviditelnění zapsaných zpráv nevyužívá ani teplo ani chemikálie, ale ultrafialové (UV) nebo infračervené záření. Kupříkladu text napsaný kyselinou salicylovou je viditelný pouze po dopadu ultrafialového záření. Toto záření příjemce snadno získá např. z lampiček, které se prodávají na ověřování pravosti bankovek nebo z horského sluníčka, případně ze speciálních k tomuto účelu prodávaných zařízení. Obyčejné papíry pod UV zářením „svítí“, proto je nutné používat neklížený speciální papír (lze jej však nahradit i pijákem nebo filtračním papírem). Jev, který v tomto případě umožňuje zviditelnění písma, se nazývá fluorescence. Látka, která fluoreskuje, pohltí záření o vyšší energii (v tomto případě neviditelné UV záření) a vyzáří světlo o nižší energii (zde fialové světlo).

Umění výroby dokonalého neviditelného inkoustu spočívá v nalezení sloučeniny, která bude reagovat s co nejmenším počtem chemikálií – ideální by bylo, aby to bylo pouze s jedinou. Při testech na neviditelný inkoust se dopis postupně na různých částech potíral vybranými chemikáliemi, které byly známé jako běžné „vývojky“ pro neviditelná písma. Používané vývojky měly tak široké spektrum, že vyvolávaly i takové věci jako mastné skvrny, otisky prstů a kapky potu. Dopisy byly dále zkoumány infračerveným a ultrafialovým světlem. D. Kahn v knize The Codebreakers (Luštitelé kódů) uvádí, že za druhé světové války bylo v USA při systematických i náhodných prohlídkách pošty zachyceno a FBI předáno 4600 podezřelých dopisů a z nich 400 skutečně obsahovalo informace psané neviditelným písmem.

Přehled neviditelných inkoustů

UPOZORNĚNÍ !

V následujících popisech výroby neviditelných inkoustů jsou použity některé chemikálie (louhy, kyseliny, …), které mohou ohrozit bezpečnost. Pokud se přesto pokusíte tyto sloučeniny podle uvedených návodů vyrobit, provádějte to vždy pod dohledem dospělých! Nedopusťte, aby se chemikálie dostaly do styku s kteroukoli částí těla, zejména do úst a do očí! Po ukončení pokusů si dobře umyjte ruce. Během pokusů nejezte a nepijte.

Inkousty, které se vyvolávají teplem

· Hnědě zbarvené písmo

o mléko

o kostka cukru rozpuštěná ve lžíci vody

o šťáva z cibule, citronu nebo třešní

o močovina

o ocet

o roztok jedlé sody

· Modré písmo

o 1 g chloridu kobaltnatého a 2 g glycerinu se rozpustí v 90 ml vody. Písmo po zahřátí zmodrá.

· Zelené písmo

o 8 g chloridu nikelnatého a 2 g chloridu kobaltnatého se rozpustí v 90 ml vody. Zahřáním písmo zezelená a po ochlazení opět zmizí.

· Žluté písmo

o Připraví se 20% roztok chloridu měďnatého ve vodě. Nápis provedený tímto inkoustem není za běžných okolností viditelný. Zahříváním nad tepelným zdrojem vystoupí žluté zabarvení písma. Po vychladnutí zabarvení zmizí.

· Černé písmo

o 1 g kyseliny sírové a 2 g cukru se rozpustí ve 100 ml vody. Písmo zahřáním zčerná.

Inkousty, které se vyvolávají chemickou reakcí

· Černé písmo

o 1 g síranu železnatého se rozpustí v 25 ml vody. Písmo zčerná potřením roztokem taninu nebo kyseliny galové ve vodě.

o 1 g octanu olovnatého se rozpustí v 25 ml vody. Písmo se vyvolá sirovodíkem nebo sirovodíkovou vodou.

o 3 g octanu olovnatého se rozpustí ve 100 ml vody. Písmo se vyvolá potíráním roztokem sirníku draselného.

o 5 g dusičnanu nebo octanu olovnatého se rozpustí ve 100 ml vody. Písmo se vyvolá roztokem 10 g sirníku sodného ve 100 ml vody.

· Modré písmo

o 1 g ferrokyanidu draselného se rozpustí v 25 ml vody. Písmo se vyvolá roztokem chloridu železitého.

o 1 g chloridu kobaltnatého se rozpustí v 25 ml vody. Písmo se vyvolá roztokem chloridu železitého ve vodě.

o 10-15 g bramborového škrobu se rozpustí ve 100 ml vody. K vyvolání se používá roztok jódu. Modré zbarvení vznikající působením jódu na škrob je způsobeno vznikem zvláštního, tzv. inkluzního komplexu. Molekuly škrobu obsahují místa, kam se může jód výhodně navázat, avšak nejedná se o běžnou chemickou reakci, protože molekuly jódu jsou pouze uzavřeny uvnitř řetězců škrobu.

o K psaní lze použít síran železnatý, který se dá vyvolat kyanidem sodným. Barevnou viditelnou sloučeninu tvoří vzniklý ferrokyanid (pruská modř).

· Červené písmo

o 0,5-1 g fenolftaleinu rozpustíme ve 25 ml etylalkoholu. Písmo je neviditelné a vyvolává se roztokem uhličitanu sodného (sody) nebo uhličitanu draselného (potaše).

o 5 g chloridu železitého se rozpustí v 25 ml vody. Vyvolá se slabým okyseleným roztokem rhodanidu draselného.

o K psaní se dá využít i síran měďnatý, který lze vyvolat parami čpavku.

· Hnědé písmo

o Jako inkoust se dá využít octan olovnatý. Vyvolává se siřičitanem sodným.

Inkousty viditelné v UV záření

· Jeden acylpyrin se rozpustí ve 2 ml vody a přidá se trochu hydroxidu sodného (pozor při manipulaci, jedná se o silnou žíravinu). Směs se zahřeje a za stálého protřepávání se udržuje ve varu nejméně jednu minutu. Po ochlazení se přidá 2 ml octa a inkoust je hotový. Účinnou složkou inkoustu je kyselina salicylová, která vznikla rozkladem kyseliny acetylsalicylové z acylpyrinu.

· Kvalitní inkousty viditelné pomocí UV záření lze v současné době také poměrně levně zakoupit. V nabídce jsou různá balení inkoustů, vyvolávacích typů UV diod a třeba i fix pro neviditelné psaní.

Papír

Jako papír je pro většinu neviditelných písem nejvýhodnější využívat papír neklížený nebo ještě lépe filtrační. Běžný kancelářský papír obsahuje pojiva, která někdy nevhodně ruší příslušné chemické reakce.

***

Tento text je úryvkem z knihy:

P. Vondruška Kryptologie, šifrování a tajná písma,

Nakladatel: Albatros, edice: OKO

podrobnosti o knize a další úryvky: http://crypto-world.info/oko/

Anotace

Kniha předního českého kryptologa dokazuje, jak fascinující a dobrodružná může věda o kódech a šifrách být. Provází čtenáře po jednotlivých kódovacích systémech, uvádí jej do taju šifrování, dešifrování a neviditelných písem, vybízí jej k praktickému použití a krátkou exkurzí do dějin dokazuje, že utajované texty provází lidstvo od nepaměti.

autor