Полиграфическая подмена

Полиграфическая замена — шифр, в котором равномерная замена производится над блоками букв. Когда длина блока конкретно известна, используются более точные термины: например, шифр, в котором заменяются пары букв, является биграфическим .

Как концепция, полиграфическая замена контрастирует с одноалфавитными (или простыми) заменами, при которых отдельные буквы заменяются равномерно, или полиалфавитными заменами , при которых отдельные буквы заменяются по-разному в зависимости от их положения в тексте. Теоретически эти определения частично совпадают; можно было бы рассматривать шифр Виженера с восьмибуквенным ключом как октографическую замену. На практике это бесполезное наблюдение, поскольку гораздо более плодотворно считать его шифром многоалфавитной замены.

Конкретные шифры

В 1563 году Джамбаттиста делла Порта разработал первую биографическую замену. Однако это было не что иное, как матрица символов. На практике запомнить это было бы практически невозможно, а ношение с собой за столом могло бы привести к риску попасть в руки врага.

В 1854 году Чарльз Уитстон придумал шифр Плейфэра — систему, основанную на ключевых словах, которую можно было выполнить на бумаге в полевых условиях. В течение следующих пятидесяти лет за этим последовали тесно связанные шифры с четырьмя и двумя квадратами , которые немного более громоздки, но обеспечивают немного лучшую безопасность.

В 1929 году Лестер С. Хилл разработал шифр Хилла , который использует матричную алгебру для шифрования блоков любой желаемой длины. Однако шифрование очень сложно выполнить вручную для любого достаточно большого размера блока, хотя оно и реализовано на машине или компьютере. Таким образом, это находится на границе между классической и современной криптографией.

Криптоанализ общих полиграфических замен

Полиграфические системы действительно обеспечивают значительное улучшение безопасности по сравнению с одноалфавитными заменами. Если в сообщении имеется отдельная буква «Е», ее можно зашифровать с помощью любой из 52 инструкций в зависимости от ее местоположения и соседей, что можно с большим преимуществом использовать для маскировки частоты отдельных букв. Однако повышение безопасности ограничено; хотя для взлома обычно требуется больший образец текста, это все равно можно сделать вручную.

Идентифицировать полиграфически зашифрованный текст можно, составив частотную диаграмму полиграмм, а не просто отдельных букв. Их можно сравнить с частотой использования открытого текста на английском языке. Распределение биграмм еще более резкое, чем отдельных букв. Например, шесть наиболее распространенных букв английского языка (23%) представляют примерно половину открытого текста английского языка, но для достижения такой же эффективности требуются только 8% наиболее частых из 676 диграмм. Кроме того, даже в открытом тексте длиной во многие тысячи символов можно было бы ожидать, что почти половина биграмм не встретится или встретится совсем немного. Кроме того, просматривая текст, можно было бы ожидать увидеть довольно регулярное разбросание повторяющегося текста, кратного длине блока, и относительно небольшое количество текстов, не кратных длине блока.

Взлом кода, идентифицированного как полиграфический, аналогичен взлому обычной одноалфавитной замены, за исключением более крупного «алфавита». Выявляют наиболее часто встречающиеся полиграммы, экспериментируют с заменой их обычными полиграммами открытого текста и пытаются создать общие слова, фразы и, наконец, значения. Естественно, если расследование привело криптоаналитика к подозрению, что код принадлежал к определенному типу, например, шифру Плейфэра или шифру Хилла второго порядка, тогда они могли бы использовать более конкретную атаку.

См. также

• Темы криптографии