В этой статье мы рассмотрим таблицу Виженера для русского алфавита, а именно ее значение в развитии. Ознакомимся с терминологией, историческими фактами. Изучим дешифрацию и ее методы, а также многое другое, что в конечном итоге позволит нам четко определять понятие таблицы Виженера.
Введение
Существует понятие «шифровки информации» - оно представляет собой определенный механизм интерпретации информации в другую форму, которую можно узнать лишь зная способ ее дешифровки.
Шифр Виженера представляет собой один из таких методов полиалфавитного способа шифровки информации путем внесения изменений в буквенном тексте, которые можно прочитать лишь зная ключи. Эта многоалфавитная замена была изобретена не одномоментно. Первым ученым, описавшим данный метод, стал Дж. Баттиста Беллазо. Он сделал это на страницах книги La cifra del. Sig. в 1553 году, однако метод был назван именем Б. Виженера, дипломата из Франции. Его методология довольно проста в понимании и исполнении. А также является недоступной для обычных средств криптоанализа.
Исторические данные
Л. Альберти, известный специалист областей архитектуры и философии, в 1466 г. предоставил на осмотр и оценку трактат, в котором содержалась информация о шифровании, его направили в канцелярию Папы Римского. Информация повествовала о различных способах выполнения данного действия. Конечный результат работы был представлен им в разработанном лично способе кодировки данных, который он называл «шифром, достойным королей». Данный механизм шифрования представлял собой многоалфавитную структуру, образовавшую шифровальный диск. Изобретение печатного устройства в Германии в 1518 г. дало новое пространство для развития криптографии.
В 1553 году был сделан еще один шаг, позволяющий данной области человеческой деятельности развиваться. Это совершил Дж. Беллазо. Свою работу он назвал «Шифром синьора Беллазо». Здесь в качестве ключа использовали фразу или одно слово, которое служило паролем. В будущем эти идеи были преображены соотечественником Беллазо, а именно Дж. Б. Порта. Главным изменением было предложение отказа от стандартного следования алфавитному порядку в первой табличной строке и, следовательно, переход на порядок, взятый из произвольных тематик, которые можно использовать в качестве ключа, необходимого для дешифровки. В соответствии с уроками криптографии, строчки таблиц сохранили прежнюю цикличность сдвигов. Книга «О тайных переписках», выпущенная Портой, включала в себя информацию о биграммном шифре.
Середина XVI века, Италия. Здесь появилось книжное издание работы Дж. Кардано, нацеленной на отражение нововведения в криптографические идеи. Например, появилось понятие «решетки Кардано».
После того как Блез ознакомился с работами Беллазо, Кардано и др. мыслителей, он тоже увлекся криптографическим делом. В будущем он создал шифр Виженера. Еще одной значимой его работой стало написание трактата о шифрах. В нем автор постарался изложить основы кибернетической криптографии.
Отзывы о шифре
Таблица Виженера и способы кодировки данных, которые вытекали из ее использования, были чрезвычайно стойкими к взлому «ручного» типа. Специалист математики и писатель Л. Кэрролл присвоил этой системе шифра звание «невзламываемого», что выразил в статье об «Алфавитном шифре», опубликованной в 1868 г.
Спустя 59 лет один из американских журналов отзывался о методе полиалфавитного шифрования буквенного текста, придуманного Виженером, так же, как и Кэрролл ранее. Однако в XIX веке был изобретен метод Касиски, который позволил опровергнуть эти утверждения, взломав систему шифра.
Гилбертом Вернамом была совершена попытка, направленная на улучшение взломанного шифра, но даже с учетом ее усовершенствования он так и остался неустойчив к криптоанализу. В будущем сам Вернам создал действительно систему, которую невозможно раскодировать.
Общие сведения
Таблица Виженера для английского алфавита имела множество разных форм интерпретации в способах эксплуатации. Например, шифр Цезаря предполагал собою наличие алфавитного сдвига на определенное количество позиций. Например, сдвиг на три буквы означал бы, что буква A стала бы D, а B превратилась бы в E. Шифр, созданный Виженером, образуется из ряда последовательно расположенных нескольких систем шифровки Цезаря. Здесь любой сдвиг может иметь разное значение. Процесс кодировки может предполагать в себе использование особых алфавитных табличек или квадратов (таблиц) Виженера. Для алфавита латинского языка было создано двадцать шесть знаков, и любая последующая строка в них сдвигалась на какое-то количество позиций. Символ слова, служащего ключом, обуславливает выбор используемого алфавита.
Дешифровка
При помощи шифровки методом Виженера происходит «размытие» общей характеристики частоты повторения символов в источнике. Однако остаются особенности, появление которых в тексте регулярно воспроизводится. Главной слабостью данной кодировки является повторение ключей. Это позволяет построить процесс криптоанализа, состоящий из двух этапов:
- Определение длины пароля. Это делается при помощи анализа частоты распределения различных текстовых прореживаний. Другими словами, берут источник с шифром, в котором каждая вторая буква является частью кода, потом используют третью и т. д. Если удалось дойти до момента, где частотное распределение имеет слишком большое отличие в равномерности, то можно и определить длину слова, используемого в качестве ключа.
- Использование средств криптоанализа, что представляет собой общее количество шифров Цезаря, которые можно легко взломать, рассматривая их отдельно друг от друга.
Длинна определяется посредством тестов Касиски и Фридмана.
Способ Касиски
Первым, кто смог разработать алгоритм для взлома шифровального способа Виженера, был Ч. Беббидж. В качестве стимула он использовал информацию, полученную в ходе обмена письмами с Дж. Твейтсом, где тот утверждал, что смог разработать новую систему кодировки. Чарльз Беббидж доказал своему собеседнику обратное путем сведения его к частному случаю трудов Виженера. После этого Твейс посоветовал Чарльзу взломать исходник. Расшифровка текста скрывала в себе слова поэмы А. Теннисона, а ключевым словом служило имя его жены – Эмили (Emily). Публикация открытия так и не состоялась по желанию самого взломщика. Этот же алгоритм был открыт офицером армии Пруссии, Фридрихом Вильгельмом Касиской, в честь которого и назван.
Идея базируется на методике периодического ключевого потока. Естественная форма языка также содержит в себе буквосочетания, которые могут часто повторяться и называются биграммами и триграммами. Их частота повторения позволяет появиться шансу, который поможет определить ключ для дешифровки. Расстояние, залегающее между повторением определенных структур, должно соответствовать кратности длины лозунга. Вычислением наибольшей общей длительности каждого такого расстояния можно получить рабочую гипотезу длины ключа.
Каппа-тест
Еще одним способом дешифровки таблицы Виженера и вытекающей из нее кодировки можно считать тест, созданный В. Фридманом. Этот метод был разработан в 1920 году. Здесь было использовано понятие индекса совпадений, который мог измерить частоту повторения конкретных знаков, позволившую бы взломать систему шифра. Располагая информацией о том, что случайно выбранные символы могут совпадать с шансом, примерно равным 0.067% (для английского языка), можно и определить вероятность их совпадения в тексте. Благодаря этому можно создать оценку длины ключа.
Анализ частоты
После того как удается определить размер длины ключа, можно приступать к вписыванию текста в различные столбцы, в которых они будут соответствовать какому-либо ключевому символу. Все столбики образуются благодаря исходному тексту, закодированному при помощи шифра Цезаря. А ключом к такому способу кодирования служит одна речевая единица для Виженерской системы. Используя средства, позволяющие взломать шифры Цезаря, тем самым совершим полную дешифрацию текста.
Усовершенствованная форма теста Касиски, известная под названием метода Кирхгофа, основана на сравнении появления частот с определенными символами в каждом столбце. Благодаря им происходит сопоставление частоты повторения символа в исходных текстах. Как пользоваться таблицей Виженера, зная все символы ключей, криптоаналитику становится понятно и не составит труда в конечном процессе расшифровки его прочитать. Средства метода Кирхгофа не применимы в случаях, когда данная решетка букв является скремблированной. То есть происходит уход от стандартной последовательности букв в алфавите. Однако важно знать, что тест совпадения все еще сопоставим с методом Касиски, а потому при их помощи можно определять длину ключей для частных случаев.
Вариативность
Алфавитную систему можно основывать на множестве других квадратов, которых существует довольно много, и они просты в запоминании. Применимы наравне с квадратом Виженера. К известным аналогиям можно отнести квадрат, названный в честь адмирала Ф. Бьюфорда. Он представляет собой строки таблицы Виженера, но направленные в обратном направлении. Сэр Френсис Бьюфорт был человеком, создавшим шкалу для определения скорости потоков ветра.
Подводя итоги
Пример таблицы Виженера можно увидеть на рисунке ниже.
Располагая общими данными об этом способе шифрования, его истории, развитии и взаимосвязи с различными учеными, способах дешифрации, преимуществах и недостатках, мы теперь можем четко определить это понятие как особый способ по превращению информации из одной формы в другую с целью скрытия исходных данных от определенного ряда лиц. Умение кодировать послания являлось важным стратегическим составным элементом всех войн человечества.
