Прочитать письмо XVII века, не открывая конверт

За тысячелетия существования наш вид прошел долгий и тяжкий путь прогресса, повлиявшего на многие аспекты нашей жизни. Многое перестало быть необходимостью, а что-то и вовсе исчезло: мы больше не стираем в реках, не ездим верхом, не лечим все болезни кровопусканием и не чистим зубы веточками. Конечно, все это мы можем делать, но есть куда более эффективные, безопасные и удобные современные эквиваленты. Подобное преобразование не обошло стороной и общение на расстоянии. В наше время всегда можно, если есть такая возможность, отправить e-mail, написать человеку в мессенджер, позвонить по скайпу. Но до недавнего времени не было ни этих причудливых слов, ни технологий, стоящих за ними. Безоговорочными лидерами в сфере общения были письма. Безопасность содержания письма часто была приоритетной задачей, а потому появились восковые печати, конверты на липких лентах и т.д. Однако в эпоху Возрождения (XV—XVI век) не было конвертов, а конфиденциальность обеспечивалась за счет специального метода складывания бумаги (letterlocking), в результате которого письмо становилось собственным конвертом. Прочитать такое послание без развертывания бумаги было невозможным, но для современных технологий нет невозможных задач. Ученые из Лондонского университета королевы Марии (Великобритания) использовали рентгенографию и создали виртуальную модель развернутого письма, при этом не разворачивая и не повреждая оригинал 300-летней давности. Какие тонкости рентгенографии необходимо было учесть, насколько точна виртуальная копия письма, и что было в нем написано? Об этом мы узнаем из доклада ученых. Поехали.

Основа исследования

Письма существуют в культуре человека со времен древнего Египта. Писали их буквально на всем, что попадалось под руку: на деревянных дощечках, покрытых воском, на металле, на керамике, на коже животных, на папирусе и т.д. К примеру, древние шумеры делали письма и конверты к ним из глины.

Образцы шумерских писем и конвертов, хранящиеся в Лувре.

Передать такое письмо голубиной почтой, конечно же, было бы проблематично, но подобные послания обладали невероятной долговечностью, а посему дошли до наших дней на радость историков и археологов.

Более современный вид послания в конверте появился лишь в 1820 году. В этот период времени стало модным отправлять друг другу послания на небольших листах бумаги. Один смекалистый предприниматель из города Брайтон (Англия) по имени С. К. Брюэр решил вместе с бумагой для писем продавать то, что мы сейчас называем конвертами.

Конверт это определенным образом сложенный лист бумаги, в который помещалось письмо. Но до 1820 года такой тип упаковки посланий отсутствовал, потому большинство писем упаковывались сами в себя за счет специальной техники складывания «запечатывание писем» (letterlocking). Любопытно, что данная техника была распространена по всему миру на протяжении многих столетий. Это свидетельствует о том, что многие народы одинаково трепетно относились к понятию конфиденциальности переписки, а потому самый очевидный метод ее обеспечения (т.е. letterlocking) появился буквально одновременно в разных местах.

Прочитать такое письмо без его разворачивания, конечно же, крайне проблематично. Просвечивание обычным светом не поможет, поскольку сложенное письмо имело много слоев, а бумага использовалась достаточно плотная и толстая. Не говоря уже о том, что попытки развернуть такое письмо, учитывая его возраст, может привести к его повреждению и, как следствие, к повреждению текстов.

В данном же исследовании ученые проанализировали порядка 250 000 писем. В ходе анализа были выявлены уникальные методы предотвращения несанкционированного прочтения, когда попытка вскрыть письмо приводила к его повреждению, а посему получатель мог понять, что оно было прочтено до него.

Но особого внимания были удостоены коллекции Бриенна, состоящей из недоставленных писем 300-летней давности. Коллекция состоит из 3148 предметов: 2571 открытых писем, фрагментов писем и других документов, а также 577 писем-конвертов. Ниже представлены 4 письма-конверта (50х80 мм) из данной коллекции, которые демонстрируют разные методы складывания, несмотря на схожесть окончательной формы.

Изображение №1

Как заявляют сами ученые, до этого момента все письма подобного типа исследовались исключительно путем их разворачивания, что неминуемо ставило под угрозу их целостность.

В данном же труде описывается метод изучения запечатанных писем, основанный на высококонтрастной интегрированной рентгеновской микротомографии с временной задержкой (XMT).

Результаты исследования

В ходе создания виртуальной модели развернутого письма система не имела никаких предварительных данных об оригинале (метод складывания, число слоев, типы складок и т.д.). В ходе своей работы система выполняла следующие задачи (изображение №2):

• создание трехмерной модели сложенного письма;
• создание соответствующего двухмерного эквивалента, представляющего плоское состояние письма;
• картирование (сопоставление) 3D и 2D вариантов;
• создание изображений поверхности подложки письма;
• создание изображений для каждого изгиба бумаги.

Изображение №2

Процесс виртуального развертывания был разбит на несколько этапов.

Этап I. Во время XMT сканирования создавался набор данных, представляющий плотность материала в трехмерном пространстве. Чернила, содержащие элементы с более высокой долей Z (например, железо, медь и ртуть), приводят к появлению ярких (с высокой плотностью) областей на изображении (изображение №3). Необработанные XMT данные масштабировались и квантовались, в результате чего был получен объемный массив из 8-битных вокселей в оттенках серого.

Изображение №3

Этап II. Сегментация идентифицировала слои субстрата для письма (т.е. бумаги), отделяя их друг от друга и окружающей среды (например, воздуха). Были сгенерированы точки интереса, которые лежат на медиальной поверхности подложки с субвоксельной точностью.

За счет локальной геометрической информации (например, трехмерная ориентация подложки), а также за счет данных объемного сканирования, удалось оценить толщину записывающей подложки около каждой точки интереса. Далее удалялись точки, которые превышали максимальную ожидаемую толщину (что указывает на наличие нескольких сжатых слоев, клея, восковых уплотнений или других артефактов сканирования, 3c–3h). Оставшиеся токи связывались воедино для формирования трехмерной сетки (4e).

Изображение №4

Поверхность с сеткой, создаваемая сегментацией, обычно покрывала ~50–80% от всего письма-конверта в зависимости от того, насколько сильно уплотнение бумаги и артефакты сканирования влияли на видимость слоя.

Фактически, типичное письмо из используемого набора данных генерирует от 10 000 до 20 000 связанных компонентов, размер которых варьируется от небольших фрагментов с 50 вершинами* до ячеек с почти 20 миллионами вершин (4m и 4n).

Вершина* — фундаментальная единица, образующая графы, которые могут состоять из множества вершин и множества ребер.

Этап III. Процесс сглаживания вычислял 2D-вложение результата сегментации, соответствующее развернутому состоянию документа (4f). Система сопоставляла вершины сетки от ℝ³ до ℝ², помещая начальный треугольник в начало координат ℝ² и постепенно добавляя вершины, с учетом ограничений ориентации и расстояния.

Этап IV. Распространение гибридной сетки устранило неоднородности в результате сегментации одновременно на свернутых и уплощенных вложениях (4g и 4h) и автоматически объединило уплощенные связанные компоненты в общую систему отсчета в ℝ² (4m).

Данный метод позволяет понять, что соседние вершины сетки в 3D расположены далеко друг от друга при генерации 2D варианта (изображение №5). Значит, если вершины удалены друг от друга в 2D, они не должны быть соединены в 3D.

Изображение №5

Этап V. Текстурирование создало двумерное изображение виртуально развернутого письма путем сопоставления исходных вокселей объемного сканирования с их соответствующими плоскими эквивалентами (4i и 4j). При текущем разрешении сканирования результаты текстурирования можно сравнить с цифровым изображением с разрешением 668 dpi.

Аналогичный метод, но уже с преобразованием средней кривизны трехмерной сетки в 2D, был использован для визуализации схемы складывания (4k и 4l). Знак кривизны соответствует направлению (выпуклость или вогнутость) складки, обозначенному красным или синим цветом соответственно. Насыщенность цвета определяет величину кривизны, а белый цвет указывает на нулевую кривизну.

В сочетании с трехмерной реконструкцией письма-конверта модель складок позволила понять схему складывания, которая применялась для преобразования плоского листа бумаги в результирующее письмо-конверт (1d).

Результатом всех этих манипуляций удалось не только понять, как именно складывалось письмо, но и прочитать его содержимое. К примеру, в письме DB-1627 (архивный номер) содержится запрос Жака Сеннака от 31 июля 1697 года к его двоюродному брату Пьеру Ле Перу, французскому купцу в Гааге, о заверенном экземпляре уведомления о смерти некоего Даниэля Ле Перса. До проведения данного анализа было известно только имя предполагаемого получателя, написанное на внешней стороне письма-конверта.

Внешний вид письма DB-1627.

Ниже представлена расшифровка текста письма, выполненная учеными, и его перевод.

Изображение №6

Виртуальное развертывание позволило получить практически полное развертывание некоторых исследуемых писем: DB-1538 (2b–2f), DB-1627 (6a и 6b), DB-1976, а также потный текст DB-2040 (частично показан на 6c). Результаты были дополнительно подтверждены сопоставлением реконструкции письма DB-2040 с его фотографией, что показало наличие незначительного геометрического искажения (6c и 6d).

Видео, демонстрирующее виртуальное развертывание письма-конверта.

Помимо прочего, ученые провели анализ вариантов «запечатывания» (т.е. letterlocking или летерлокинг), которые применялись на исследуемых письмах.

Изображение №7

Методика визуализации позволяет понять, как именно письмо складывалось, без необходимости его разворачивания. Ранее понять метод складывания можно было только за счет сравнения запечатанного письма с открытым. По этой причине далеко не все методы складывания были ранее изучены.

Анализ коллекции Бриенна насчитывает 3148 предмета: 1706 открытых, которым приписывается летерлокинг (в том числе и 5 частично открытых писем); 865 открытых, которые не показывают признаков летерлокинга; 577 неоткрытых писем.

1706 документов, которые считают примерами летерлокинга, были идентифицированы с использованием таблицы категорий и форматов летерлокинга (изображение №7). В результате было обнаружено 7 различных форматов складывания, среди которых большую часть занимают прямоугольники, но также есть и квадраты (10 писем), равносторонние ромбы (3 письма) и пятиугольник (1 письмо).

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В данном исследовании ученые смогли разработать систему визуализации писем, которые были запечатаны методом летерлокинга более 300 лет тому назад. Суть такого складывания письма заключается в том, что оно становится в результате собственным конвертом, а его разворачивание часто приводит к повреждению бумаги (так получатель может понять, читал ли кто-то его письмо до него или нет).

Для историков, археологов и архивариусов нет ничего важнее, чем сохранность старинных документов. Но куда сильнее желание узнать, что же написано в письмах, которые так необычно сложены.

Использование рентгенографии в совокупности с компьютерным моделированием дает такую возможность, при этом сохраняя целостность исследуемых писем.

Стоит также отметить, что необычное складывание писем, обеспечивающее конфиденциальность их содержимого, можно по праву считать примером ранней криптографии. А разработанная методика позволяет куда лучше понять ее принципы и различные техники.

Данный труд является ярким примером того, что все тайное рано или поздно становится явным. Если же учесть, что в коллекции ученых имеется порядка четверти миллиона неоткрытых писем, то кто знает, какие шокирующие, исторически важные и невероятные истории они могут нам поведать.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! 🙂

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?