Lekce VI / 05 - Tajné písmo

Cíl lekce:

Žáci se seznámí s principem kryptografie a sami si vyzkouší napsat několik typů tajných vzkazů.

Zeptejte se Vašich dětí:

• Můžeme napsat vzkaz tak, aby si ho mohla přečíst pouze osoba, pro kterou je určen?
• Jakou metodu použijeme pro takovéto tajné vzkazy?
• Jaké šifry znáte?
• Jak se jmenuje věda, která se zabývá šifrováním?
• Jakými způsoby (za využití „chemikálií“) můžeme napsat tajné vzkazy (popište způsoby použité během experimentů)?
• Vyluštěte šifru:

Kryptografie

Kryptografie neboli šifrování je nauka o metodách utajování smyslu zpráv převodem do podoby, která je čitelná jen se speciální znalostí. Slovo kryptografie pochází z řečtiny – kryptós je skrytý a gráphein znamená psát. Někdy je pojem obecněji používán pro vědu o čemkoli spojeném se šiframi jako alternativa k pojmu kryptologie.

Příklad šifry
Obrázek One-time pad od Mysid [Public domain], via Wikimedia Commons

Kryptografie se po staletí vyvíjela k větší složitosti zároveň s lidskou civilizací a mnohokrát ovlivnila běh dějin. Zejména utajení či vyzrazení strategických vojenských informací může mít zásadní vliv. První důkaz o zašifrování zprávy pochází z roku 480 př. n. l. z období řecko-perských válek v bitvě u Salamíny. Do historie kryptografie se zapsal i významný římský vojevůdce a politik Julius Caesar, a to vynalezením šifry, která byla pojmenována jako Caesarova šifra.

Celé období kryptografie můžeme rozdělit do dvou částí. Tou první je klasická kryptografie, která trvala přibližně do poloviny 20. století a vyznačovala se tím, že k šifrování stačila pouze tužka a papír, případně jiné jednoduché pomůcky. Během 1. poloviny 20. stol. ale začaly vznikat různé sofistikované přístroje, které umožňovaly složitější postup při šifrování. Tím přibližně začala druhá část, kterou nazýváme moderní kryptografie. V dnešní době se k šifrování zpravidla nepoužívají žádné zvlášť vytvářené přístroje, ale klasické počítače.

Neviditelné písmo

Možná jste někdy chtěli poslat důležitý vzkaz a přitom bylo nutné, aby si váš dopis nepřečetl nikdo nepovolaný. Tajné (neboli synpatetické) inkousty se používaly odedávna k zaznamenávání důležitých zpráv. Nevýznamný text dokumentu byl proložen mezi řádky nebo na okrajích papíru jiným textem, který nikdo bez znalosti speciálního postupu nepřečetl. Správný detektiv musí rozluštit každé tajemství. A proto by měl znát i různé techniky tajného písma a hlavně jak je odtajnit.

Příklad tajného písma
Obrázek Pokus

K zamaskování napsaného textu slouží různé druhy šifer. Chemici však žádné šifry nepotřebují, mají svá tzv. tajná písma. Tajná písma spočívají v reakci dvou látek, které jsou v podstatě bez barvy, ale při společné reakci tvoří barevnou sloučeninu. Druhů písma je samozřejmě obrovské množství, my si dnes ukážeme pouze nejznámější.

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).

Inkousty
Obrázek Harmaline Harmine od Coaster420 [Public domain], via Wikimedia Commons

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.

Dva vzkazy v jednom (obyčejně psaný pro „zvědavce“ a napsaný inkoustem viditelným pod UV světlem pro „tajné agenty“)
Obrázek Invisible Ink od Felix E. Guerrero [CC-BY-SA-2.0], via Flickr

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více:

• http://cs.wikipedia.org/wiki/Kryptografie http://www.scienceworld.cz/neziva-priroda/ze-zakulisi-neviditelnych-inkoustu-1227/