Таблиця Віженер. Метод полиалфавитного шифрування буквеного тексту

Опубликованно 17.01.2018 04:59

У цій статті ми розглянемо таблицю Віженер для російського алфавіту, а саме її значення в розвитку. Ознайомимося з термінологією, історичними фактами. Вивчимо дешифрацию та її методи, а також багато іншого, що в кінцевому результаті дозволить нам чітко визначати поняття таблиці Віженер.Введення

Існує поняття «шифрування інформації» - воно являє собою певний механізм інтерпретації інформації в іншу форму, яку можна дізнатися лише знаючи спосіб її дешифрування.

Шифр Віженер являє собою один з таких методів полиалфавитного способу шифрування інформації шляхом внесення змін у буквеному тексті, які можна прочитати лише знаючи ключі. Ця многоалфавитная заміна була винайдена не одномоментно. Першим вченим, який написав цей метод, що став Дж. Баттіста Беллазо. Він зробив це на сторінках книги La cifra del. Sig. у 1553 році, однак метод був названий ім\'ям Б. Віженер, дипломата з Франції. Його методологія досить проста в розумінні і виконанні. А також є недоступною для звичайних засобів криптоаналізу. Історичні дані

Л. Альберті, відомий фахівець областей архітектури і філософії, в 1466 р. надав на огляд і оцінку трактат, в якому містилася інформація про шифрування, його направили в канцелярії Папи Римського. Інформація оповідала про різні способи виконання даної дії. Кінцевий результат роботи був представлений ним в розробленому особисто способі кодування даних, який він називав «шифром, гідним королів». Даний механізм шифрування представляв собою многоалфавитную структуру, образовавшую шифрувальний диск. Винахід друкарського пристрою в Німеччині в 1518 р. дало новий простір для розвитку криптографії.

В 1553 році був зроблений ще один крок, що дозволяє даній галузі людської діяльності розвиватися. Це здійснив Дж. Беллазо. Свою роботу він назвав «Шифром синьйора Беллазо». Тут в якості ключа використовували фразу або окреме слово, яке служило паролем. В майбутньому ці ідеї були преображены співвітчизником Беллазо, а саме Дж. Б. Порту. Головною зміною була пропозиція відмови від стандартного дотримання алфавітного порядку у першій рядку табличної і, отже, перехід на порядок, взятий з довільних тематик, які можна використовувати в якості ключа, необхідного для дешифрування. Згідно з уроками криптографії, рядки таблиць зберегли колишню циклічність зрушень. Книга «Про таємних листуванні», випущена Портою, включала в себе інформацію про биграммном шифрі.

Середина XVI століття, Італія. Тут з\'явилося книжкове видання роботи Дж. Кардано, націленої на відображення нововведення в криптографічні ідеї. Наприклад, з\'явилося поняття «решітки Кардано».

Після того як Блез ознайомився з роботами Беллазо, Кардан та ін. мислителів, він теж захопився криптографічним справою. У майбутньому він створив шифр Віженер. Ще однією значущою його роботою стало написання трактату про шифрах. В ньому автор намагався викласти основи комп\'ютерної криптографії. Відгуки про шифрі

Таблиця Віженер і способи кодування даних, які випливали з її використання, були надзвичайно стійкими до злому «ручного» типу. Спеціаліст математики і письменник Л. Керролл присвоїв цій системі шифру звання «невзламываемого», що висловив у статті про «Алфавітному шифрі», опублікованій в 1868 р.

Через 59 років один з американських журналів відгукувався про метод полиалфавитного шифрування буквеного тексту, придуманого Виженером, так само, як і Керролл раніше. Однак в XIX столітті був винайдений метод Касиски, який дозволив спростувати ці твердження, зламавши систему шифру.

Гілбертом Вернамом була здійснена спроба, спрямована на поліпшення зламаного шифру, але навіть з урахуванням її удосконалення він так і залишився нестійкий до криптоаналізу. В майбутньому сам Вернам створив дійсно систему, яку неможливо розкодувати.

Загальні відомості

Таблиця Віженер для англійського алфавіту мала безліч різних форм інтерпретації в способах експлуатації. Наприклад, шифр Цезаря передбачав собою наявність алфавітного зсуву на певну кількість позицій. Наприклад, зсув на три букви означав би, що літера A стала б D, а B перетворилася б в E. Шифр, створений Виженером, утворюється з ряду послідовно розташованих декількох систем шифрування Цезаря. Тут будь зрушення може мати різне значення. Процес кодування може припускати в собі використання особливих алфавітних табличок або квадратів (таблиць) Віженер. Для алфавіту латинської мови було створено двадцять шість знаків, і будь-яка наступна рядок у них зрушила на якусь кількість позицій. Символ слова, службовця ключем, обумовлює вибір використовуваного алфавіту.Дешифровка

За допомогою шифрування методом Віженер відбувається «розмиття» загальної характеристики частоти повторення символів в джерелі. Проте залишаються особливості, поява яких у тексті регулярно відтворюється. Головною слабкістю даного кодування є повторення ключів. Це дозволяє побудувати процес криптоаналізу, що складається з двох етапів: Визначення довжини пароля. Це робиться за допомогою аналізу частоти розподілу різних текстових прореживаний. Іншими словами, беруть джерело з шифром, в якому кожна друга буква є частиною коду, потім використовують третю і т. д. Якщо вдалося дійти до моменту, де частотний розподіл має дуже велику відмінність у рівномірності, то можна визначити довжину слова, використовуваного в якості ключа.Використання коштів криптоаналізу, що являє собою загальну кількість шифрів Цезаря, які можна легко зламати, розглядаючи їх окремо один від одного.

Довжина визначається за допомогою тестів Касиски і Фрідмана.Спосіб Касиски

Першим, хто зміг розробити алгоритм для злому шифрувального способу Віженер, був Ч. Беббидж. В якості стимулу він використовував інформацію, отриману в ході обміну листами з Дж. Твейтсом, де той стверджував, що зміг розробити нову систему кодування. Чарльз Беббидж довів своєму співрозмовнику зворотне шляхом зведення його до окремого випадку праць Віженер. Після цього Твейс порадив Чарльзу зламати исходник. Розшифровка тексту приховувала в собі слова поеми А. Теннісона, а ключовим словом служило ім\'я його дружини – Емілі (Emily). Публікація відкриття так і не відбулася за бажанням самого зломщика. Цей алгоритм був відкритий офіцером армії Пруссії Фрідріхом Вільгельмом Касиской, в честь якого і названий.

Ідея базується на методиці періодичного ключового потоку. Природна форма мови містить у собі буквосполучення, які можуть часто повторюватися і називаються биграммами і триграмами. Їх частота повторення дозволяє з\'явитися шансу, який допоможе визначити ключ для дешифрування. Відстань, що залягає між повторенням певних структур, повинна відповідати кратності довжини гасла. Обчисленням найбільшою загальної тривалості кожного такого відстані можна отримати робочу гіпотезу довжини ключа.Каппа-тест

Ще одним способом дешифрування таблиці Віженер і випливає з неї кодування можна вважати тест, створений Ст. Фрідманом. Цей метод був розроблений в 1920 році. Тут було використано поняття індексу співпадінь, який міг виміряти частоту повторення конкретних знаків, що дозволила б зламати систему шифру. Розташовуючи інформацією про те, що випадково обрані символи можуть збігатися з шансом, приблизно рівним 0.067% (для англійської мови), можна і визначити ймовірність їх збігу в тексті. Завдяки цьому можна створити оцінку довжини ключа.Аналіз частоти

Після того як вдається визначити розмір довжини ключа, можна приступати до вписуванню тексту в різні стовпці, в яких вони будуть відповідати якому-небудь ключового символу. Всі стовпчики утворюються завдяки вихідного тексту, закодированному за допомогою шифру Цезаря. А ключем до такого способу кодування служить одна мовна одиниця для Виженерской системи. Використовуючи засоби, що дозволяють зламати шифр Цезаря, тим самим зробимо повну дешифрацию тексту.

Удосконалена форма тесту Касиски, відома під назвою методу Кірхгофа, заснована на порівнянні частот появи з певними символами в кожному стовпці. Завдяки їм відбувається зіставлення частоти повторення символу у вихідних текстах. Як користуватися таблицею Віженер, знаючи всі символи ключів, криптоаналитику стає зрозуміло і не складе праці в кінцевому процесі розшифровки його прочитати. Засоби методу Кірхгофа не застосовуються у випадках, коли дана решітка букв є скремблированной. Тобто відбувається відхід від стандартної послідовності букв в алфавіті. Однак важливо знати, що тест збігу все ще можна порівняти з методом Касиски, а тому за їх допомогою можна визначати довжину ключів для приватних випадків.Варіативність

Алфавітну систему можна засновувати на безлічі інших квадратів, яких існує чимало, і вони прості у запам\'ятовуванні. Застосовуються нарівні з квадратом Віженер. До відомих аналогій можна віднести квадрат, названий на честь адмірала Ф. Бьюфорда. Він являє собою рядки таблиці Віженер, але спрямовані в зворотному напрямку. Сер Френсіс Бьюфорт був людиною, який створив шкалу для визначення швидкості потоків вітру.Підводячи підсумки

Приклад таблиці Віженер можна побачити на малюнку нижче.

Маючи загальними даними про цьому способі шифрування, його історії, розвитку та взаємозв\'язку з різними вченими, способи дешифрування, переваги і недоліки, ми тепер можемо чітко визначити це поняття як особливий спосіб перетворення інформації з однієї форми в іншу з метою приховування вихідних даних від певного ряду осіб. Вміння кодувати послання було важливим стратегічним складовим елементом всіх воєн людства.

Категория: Новости