Решетка (криптография)
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Март 2009 г. ) |
В истории криптографии решетчатый шифр представлял собой метод шифрования открытого текста путем записи его на лист бумаги через проколотый лист (бумаги, картона или чего-либо подобного). Самое раннее известное описание принадлежит Якопо Сильвестри в 1526 году. [1] Его предложение заключалось в создании прямоугольного трафарета , позволяющего писать отдельные буквы, слоги или слова, а затем читать их через различные отверстия. Написанные фрагменты открытого текста можно было дополнительно замаскировать, заполнив промежутки между фрагментами анодными словами или буквами. Этот вариант также является примером стеганографии , как и многие шифры на решетке.
Карданная решетка ее вариации и
Карданная решетка была изобретена как метод тайного письма. Слово «криптография» стало более привычным термином для обозначения секретных коммуникаций с середины 17 века. Раньше слово стеганография было обычным явлением. [ нужна цитата ] Другим общим термином для тайного письма был шифр , который также пишется как шифр . Существует современное различие между криптографией и стеганографией.
Сэр Фрэнсис Бэкон выделил три основных условия существования шифров. Перефразируя, это:
- метод шифрования не должен быть трудным в использовании
- другие не должны иметь возможности восстановить открытый текст (так называемое «чтение шифра»)
- в некоторых случаях о наличии сообщений не следует подозревать
Трудно выполнить все три условия одновременно. Условие 3 применимо к стеганографии. Бэкон имел в виду, что зашифрованное сообщение в некоторых случаях вообще не должно выглядеть шифром. Оригинальная решетка Cardan Grille соответствовала этой цели.
Однако вариации оригинала Кардано не были предназначены для выполнения условия 3 и, как правило, также не соответствовали условию 2. Но лишь немногие шифры, если таковые вообще когда-либо достигали этого второго условия, так что, как правило, криптоаналитик радуется всякий раз, когда используются решетчатые шифры.
Привлекательность решетчатого шифра для пользователей заключается в простоте его использования (условие 1). Короче говоря, это очень просто.
Однобуквенные решетки [ править ]
Не все шифры используются для связи с другими: записи и напоминания могут храниться в зашифрованном виде для использования только автором. При таком использовании решетку легко использовать для защиты краткой информации, такой как ключевое слово или ключевой номер.
В случае связи с использованием решетчатого шифра и отправитель, и получатель должны иметь идентичную копию решетчатого шифрования. Потеря решетки приводит к вероятной потере всей секретной переписки, зашифрованной с помощью этой решетки. Либо сообщения не могут быть прочитаны (т.е. расшифрованы), либо их может читать кто-то другой (с утерянной решеткой).
Было предложено дальнейшее использование такой решетки: это метод генерации псевдослучайных последовательностей из уже существующего текста. Эта точка зрения была предложена в связи с рукописью Войнича . Это область криптографии, которую Дэвид Кан назвал энигматологией, и она затрагивает работы доктора Джона Ди и шифры , предположительно встроенные в произведения Шекспира, доказывающие, что Фрэнсис Бэкон их написал , которые Уильям Ф. Фридман исследовал и дискредитировал. [2]
Решетчатые шифры [ править ]
Сообщается, что елизаветинский шпионский мастер сэр Фрэнсис Уолсингем (1530–1590) использовал «решетку», чтобы скрыть буквы открытого текста при общении со своими агентами. Однако он обычно предпочитал комбинированный метод кодирования и шифрования, известный как номенклатор , который был самым современным практическим методом в его время. Решетка описывалась как двустороннее устройство с промежутками. Судя по всему, это был инструмент транспонирования, который создавал нечто похожее на шифр железнодорожного забора и напоминал шахматную доску.
Неизвестно, предложил ли Кардано этот вариант, но он был шахматистом и написал книгу об играх, поэтому эта схема была ему знакома. В то время как обычная решетка Кардана имеет произвольную перфорацию, если его метод вырезания отверстий применить к белым квадратам шахматной доски, получится правильный узор.
Шифровщик начинает с того, что доска находится в неправильном для шахмат позиции. Каждая последующая буква сообщения пишется в одном квадрате. Если сообщение написано вертикально, оно удаляется горизонтально и наоборот.
После заполнения 32 букв доску поворачивают на 90 градусов и пишут еще 32 буквы (обратите внимание, что переворачивание доски по горизонтали или вертикали эквивалентно). Более короткие сообщения заполняются нулевыми буквами (т. е. заполнением ). Сообщения длиной более 64 букв требуют еще одного поворота доски и еще одного листа бумаги. Если открытый текст слишком короткий, каждый квадрат должен быть полностью заполнен нулями.
JMTHHDLISIYPSLUIAOWAE TIEENWAPDENENELGOONNA ITEEFNKERLOONDDNTTENR X
Этот метод транспозиции создает инвариантный шаблон и не является достаточно безопасным для чего-либо, кроме беглых заметок.
33, 5, 41, 13, 49, 21, 57, 29, 1, 37, 9, 45, 17, 53, 25, 61, 34, 6, 42, 14, 50, 22, 58, 30, 2, 38, 10, 46, 18, 54, 26, 62, 35, 7, 43, 15, 51, 23, 59, 31, 3, 39, 11, 47, 19, 55, 27, 63, 36, 8, 44, 16, 52, 24, 60, 32, 4, 40, 12, 48, 20, 56, 28, 64
Вторая транспозиция необходима, чтобы скрыть буквы. Следуя шахматной аналогии, выбранный маршрут может быть ходом коня. Или можно согласовать какой-либо другой путь, например обратную спираль, вместе с определенным количеством нулей для заполнения начала и конца сообщения.
Поворотные решетки [ править ]
Прямоугольные карданные решетки можно разместить в четырех положениях. Решетка или шахматная доска имеет всего два положения, но она породила более сложную поворотную решетку с четырьмя положениями, которую можно вращать в двух направлениях.
Барон Эдуард Фляйсснер фон Востровитц , австрийский кавалерийский полковник в отставке, описал вариант шифра шахматной доски в 1880 году, и его решетки были приняты на вооружение немецкой армией во время Первой мировой войны. Эти решетки часто называют в честь Фляйснера, хотя он в основном использовал свой материал. из немецкой работы, опубликованной в Тюбингене в 1809 году и написанной Клубером, который приписал эту форму решетки Кардано, как и Хелен Фуше Гейнс . [3]
Бауэр отмечает, что решетки использовались в 18 веке, например, в 1745 году в администрации голландского Штадтудера Вильгельма IV. Позже, в 1796 году, математик К. Ф. Гинденбург более систематически изучал поворотные решетки. «[их] часто называют решетками Фляйсснера, не зная их исторического происхождения».
Одна форма решетки Фляйсснера (или Фляйснера) имеет 16 перфораций в сетке 8х8 – по 4 отверстия в каждом квадранте. Если квадраты в каждом квадранте пронумерованы от 1 до 16, все 16 чисел необходимо использовать только один раз. Это допускает множество вариантов размещения отверстий.
Решетка имеет четыре положения – север, восток, юг, запад. Каждая позиция открывает 16 из 64 квадратов. Шифровщик помещает решетку на лист и записывает первые 16 букв сообщения. Затем, повернув решетку на 90 градусов, пишут вторые 16 и так до тех пор, пока сетка не заполнится.
Возможно изготовление решеток разных размеров; однако, если количество квадратов в одном квадранте нечетное, даже если общее число четное, один квадрант или секция должны содержать дополнительную перфорацию. На иллюстрациях решетки Fleissner часто используется пример 6x6 для облегчения пространства; количество отверстий в одном квадранте равно 9, поэтому три квадранта содержат по 2 отверстия, а один квадрант должен иметь 3. Стандартной схемы отверстий не существует: они создаются пользователем в соответствии с приведенным выше описанием с целью изготовления хорошая смесь.
Этот метод получил широкое признание, когда Жюль Верн использовал вращающуюся решетку в качестве сюжета в своем романе «Матиас Сандорф» , опубликованном в 1885 году. Верн столкнулся с этой идеей в трактате Фляйснера « Handbuch der Kryptographye» , вышедшем в 1881 году.
Решетки Фляйснера были построены в различных размерах во время Первой мировой войны и использовались немецкой армией в конце 1916 года. [4] Каждая решетка имела свое кодовое название: 5х5 АННА; 6Х6 БЕРТА; 7Х7 КЛАРА; 8Х8 ДОРА; 9Х9 ЭМИЛЬ; 10Х10 ФРАНЦ. Их безопасность была слабой, и через четыре месяца их отозвали.
Другой метод указания размера используемой решетки заключался в вставке кода ключа в начале зашифрованного текста: E = 5; F = 6 и так далее. Решетку также можно вращать в любом направлении, при этом исходное положение не обязательно должно быть СЕВЕРНЫМ. Очевидно, что метод работы определяется соглашением между отправителем и получателем и может осуществляться в соответствии с графиком.
В следующих примерах два зашифрованных текста содержат одно и то же сообщение. Они построены на основе примерной решетки, начиная с СЕВЕРНОЙ позиции, но одна формируется путем вращения решетки по часовой стрелке, а другая - против часовой стрелки. Затем зашифрованный текст удаляется из сетки горизонтальными линиями, но его также можно удалить и вертикально.
ПО ЧАСОВОЙ СТРЕЛКЕ
ITIT ILOH GEHE TCDF LENS IIST FANB FSET EPES HENN URRE NEEN TRCG PR&I ODCT SLOE
ПРОТИВ ЧАСОВОЙ СТРЕЛКИ
LEIT CIAH GTHE TIDF LENB IIET FONS FSST URES NEDN EPRE HEEN TRTG PROI ONEC SL&C
В 1925 году Луиджи Сакко из итальянского корпуса связи начал писать книгу о шифрах, включающую размышления о кодах Великой войны, Nozzioni di crittografia . Он заметил, что метод Фляйснера можно применить к дробному шифру, такому как Delastelle Bifid или Four-Square , со значительным увеличением безопасности.
Шифры решетки также являются полезным средством для переноса китайских иероглифов; они избегают транскрипции слов в буквенные или слоговые символы, к которым другие шифры (например, шифры замены могут быть применены ).
После Первой мировой войны машинное шифрование сделало простые шифровальные устройства устаревшими, и решетчатые шифры вышли из употребления, за исключением любительских целей. Тем не менее, решетки дали зародышевые идеи для транспозиционных шифров, которые нашли отражение в современной криптографии.
Необычные возможности [ править ]
Шифр д'Агапеева [ править ]
Неразгаданный шифр Д'Агапеева , который был поставлен в качестве задачи в 1939 году, содержит 14x14 диномов и может быть основан на идее Сакко о транспонировании дробного зашифрованного текста с помощью решетки.
стороннего производителя кроссворд : Решетка
Распределение решеток — пример сложной проблемы обмена ключами — можно облегчить, взяв легкодоступную стороннюю сетку в виде газетного кроссворда. Хотя это не совсем шифр решетки, он напоминает шахматную доску со смещенными черными квадратами и может использоваться в манере Кардана. Текст сообщения может быть написан горизонтально в белых квадратах, а зашифрованный текст вынесен вертикально, или наоборот.
CTATI ETTOL TTOEH RRHEI MUCKE SSEEL AUDUE RITSC VISCH NREHE LEERD DTOHS ESDNN LEWAC LEONT OIIEA RRSET LLPDR EIVYT ELTTD TOXEA E4TMI GIUOD PTRT1 ENCNE ABYMO NOEET EBCAL LUZIU TLEPT SIFNT ONUYK YOOOO
Опять же, согласно наблюдению Сакко, этот метод разрушает дробный шифр, такой как Seriated Playfair .
Кроссворды также являются возможным источником ключевых слов. В сетке показанного размера есть слово для каждого дня месяца, квадраты пронумерованы.
Криптоанализ [ править ]
Оригинальная решетка Кардано была литературным устройством для частной переписки джентльменов. Любое подозрение в его использовании может привести к обнаружению скрытых сообщений там, где их вообще не существует, что сбивает с толку криптоаналитика. Буквы и цифры в случайной сетке могут принимать форму без содержания. Завладение самой решеткой является главной целью злоумышленника.
Но не все потеряно, если не удается получить копию решетки радиатора. Более поздние варианты решетки Кардано создают проблемы, общие для всех транспозиционных шифров. Частотный анализ покажет нормальное распределение букв и подскажет язык, на котором был написан открытый текст. [5] Проблема, которую легко сформулировать, но труднее решить, состоит в том, чтобы идентифицировать шаблон транспонирования и таким образом расшифровать зашифрованный текст. Наличие нескольких сообщений, написанных с использованием одной и той же решетки, является существенным подспорьем.
Гейнс в своей стандартной работе о ручных шифрах и их криптоанализе дала подробное описание транспозиционных шифров и посвятила одну главу вращающейся решетке. [3]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Арнольд, Филип М. (апрель 1980 г.). «Апология Якопо Сильвестри» . Криптология . 4 (2): 96–103. дои : 10.1080/0161-118091854942 . ISSN 0161-1194 .
- ^ Фридман, Уильям Ф. (1957). Рассмотрение шекспировских шифров . Издательство Кембриджского университета.
- ^ Перейти обратно: а б Фуше Гейнс, Хелен (1956) [1939]. Криптоанализ — исследование шифров и их решение . Дувр. стр. 26–35 . ISBN 0-486-20097-3 .
- ^ Кан, Дэвид (1996). Взломщики кодов — Всеобъемлющая история тайной связи с Интернетом с древних времен . стр. 308–309. ISBN 0-684-83130-9 .
- ^ Поммеренинг, Клаус (2000). «Криптология — комментарий к Матиасу Сандорфу Верна» . Проверено 15 ноября 2013 г.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Ричард Дикон, История британской секретной службы , Фредерик Мюллер, Лондон, 1969 г.
- Луиджи Сакко, Nozzioni di cryptography , частное издание, Рим, 1930; переработано и переиздано дважды как Руководство по криптографии
- Расшифрованные секреты Фридриха Л. Бауэра - методы и принципы криптологии , Springer-Verlag, Берлин, Гейдельберг, 1997, ISBN 3-540-60418-9
Внешние ссылки [ править ]
- Шнайдер, Матиас (30 марта 2004 г.). «Набор инструментов для поворотной решетки» . Архивировано из оригинала 22 сентября 2005 года . Проверено 30 мая 2006 г.
- Савард, Джон Дж. Г. (1998). «Методы транспозиции» . Криптографический сборник . Проверено 15 ноября 2013 г.
- «Решетка» . Классическая криптография . ThinkQuest. Архивировано из оригинала 13 декабря 2012 г. Проверено 15 ноября 2013 г.
- Мэтьюз, Роберт А.Дж. «Заметки о шифре Д'Агапеева» . Архивировано из оригинала 31 октября 2013 г. Проверено 15 ноября 2013 г.
| |||||||||||||||||||||||||
