шифр ADFGVX

В криптографии шифр ADFGVX представлял собой полевой шифр, применяемый вручную, который использовался Имперской немецкой армией во время Первой мировой войны . Его использовали для тайной передачи сообщений с помощью беспроводного телеграфа . ADFGVX на самом деле был расширением более раннего шифра под названием ADFGX , который впервые был использован 1 марта 1918 года на Западном фронте Германии . ADFGVX применялся с 1 июня 1918 года как на Западном, так и на Восточном фронте .

Изобретён немцами офицерами связи лейтенантом Фрицем Небелем (1891–1977). и представленный в марте 1918 года под названием «Секретный шифр радистов 1918 года» ( Geheimschrift der Funker 1918 , сокращенно GedeFu 18 ), шифр представлял собой шифр дробного транспонирования , который сочетал в себе модифицированный квадрат Полибия с одинарным столбчатым транспонированием.

Шифр назван в честь шести возможных букв, используемых в зашифрованном тексте: A, D, F, G, V и X. Буквы были выбраны сознательно, поскольку они сильно отличаются друг от друга в азбуке Морзе . Это снизило вероятность ошибки оператора.

Небель разработал шифр, чтобы обеспечить армию в движении шифрованием, которое было более удобным, чем траншейные коды , но при этом было безопасным. На самом деле немцы считали, что шифр ADFGVX не взломан.

Операция

Для открытого текстового сообщения «Атакуйте немедленно» секретный смешанный алфавит сначала заполняется квадратом Полибия 5 × 5 :

	А	Д	Ф	Г	Х
А	б	т	а	л	п
Д	д	час	тот	С	к
Ф	д	ж	v	с	н
Г	г	я/дж	с	в	х
Х	м	р	и	В	и

i и j были объединены, чтобы алфавит вписался в сетку 5 × 5.

Используя квадрат, сообщение преобразуется в дробную форму:

а	т	т	а	с	к	а	т	тот	н	с	и
ИЗ	ОБЪЯВЛЕНИЕ	ОБЪЯВЛЕНИЕ	ИЗ	подруга	DX	ИЗ	ОБЪЯВЛЕНИЕ	ДФ	Форекс	подруга	XF

Первая буква каждой пары зашифрованного текста представляет собой строку, а вторая буква зашифрованного текста — это столбец буквы открытого текста в сетке ( например , «AF» означает «строка A, столбец F в сетке»).

Затем фракционированное сообщение подвергается транспонированию по столбцам . Сообщение записывается строками под ключом транспонирования (здесь «ГРУЗ»):

C A R G O
_________
A F A D A
D A F G F
D X A F A
D D F F X
G F X F

Далее буквы сортируются по алфавиту в ключе транспонирования (замена CARGO на ACGOR) путем перестановки столбцов под буквами вместе с самими буквами:

A C G O R
_________
F A D A A
A D G F F
X D F A A
D D F X F
F G F   X

Затем он считывается по столбцам в порядке ключевых слов, что дает зашифрованный текст :

FAXDF ADDDG DGFFF AFAX AFAFX

На практике клавиши транспонирования имели длину около двух десятков символов. Длинные сообщения, отправленные с помощью шифра ADFGX, были разбиты на наборы сообщений разной и нерегулярной длины, чтобы сделать их неуязвимыми для множественных анаграмм. И ключи транспонирования, и ключи фракционирования менялись ежедневно.

АДФГВКС

В июне 1918 года появилось дополнительное письмо: V, был добавлен в шифр. Это расширило сетку до 6 × 6, что позволило использовать 36 символов. Это позволило использовать полный алфавит (вместо объединения I и J) и цифры из 0 к 9. В основном это привело к значительному сокращению сообщений, содержащих много цифр.

Шифр основан на 6 буквах ADFGVX. В следующем примере алфавит закодирован голландским кодовым словом nachtbommenwerper . В результате получается алфавит: NACHTBOMEWRPDFGIJKLQSUVXYZ. Цифры вставляются после первых вхождений букв от A (1), B (2) до J (0). В результате будет создана приведенная ниже таблица с буквами ADFGVX в качестве заголовков столбцов и идентификаторов строк:

	А	Д	Ф	Г	V	Х
А	Н	А	1	С	3	ЧАС
Д	8	Т	Б	2	ТО	М
Ф	И	5	В	Р	П	Д
Г	4	Ф	6	Г	7	я
V	9	Дж	0	К	л	вопрос
Х	С	В	V	Х	И	С

Текст «Атака в 12:00» переводится следующим образом:

А	Т	Т	А	С	К	А	Т	1	2	0	0	А	М
ОБЪЯВЛЕНИЕ	ДД	ДД	ОБЪЯВЛЕНИЕ	АГ	ВГ	ОБЪЯВЛЕНИЕ	ДД	ИЗ	генеральный директор	ВФ	ВФ	ОБЪЯВЛЕНИЕ	DX

Затем создается новая таблица с ключом в качестве заголовка; в следующем примере в качестве ключа используется «КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТЬ», но обычно используются гораздо более длинные ключи или даже фразы.

П	Р	я	V	А	С	И
А	Д	Д	Д	Д	Д	А
Д	А	Г	V	Г	А	Д
Д	Д	А	Ф	Д	Г	V
Ф	V	Ф	А	Д	Д	Х

Столбцы сортируются в алфавитном порядке по ключевому слову, и таблица меняется на следующую:

А	С	я	П	Р	V	И
Д	Д	Д	А	Д	Д	А
Г	А	Г	Д	А	V	Д
Д	Г	А	Д	Д	Ф	V
Д	Д	Ф	Ф	V	А	Х

Затем добавление столбцов друг к другу приводит к следующему зашифрованному тексту:
ДГДД ДАГД ДГАФ АДДФ ДАДВ ДВФА ADVX

С помощью ключевого слова столбцы можно реконструировать и разместить в правильном порядке. При использовании исходной таблицы, содержащей секретный алфавит, текст можно расшифровать.

Этот шифр можно изменить, транспонировав строки и столбцы, создав более сложный, но улучшенный шифр.

Криптоанализ

ADFGVX был криптоанализирован лейтенантом французской армии . Жоржем Пенвеном , и шифр был взломан в начале июня 1918 года Работа была исключительно сложной по стандартам классической криптографии, и во время процесса Пейнвину стало физически плохо. Его метод решения основывался на поиске сообщений со стереотипным началом, которое разделяло их на фракции и затем формировало аналогичные шаблоны в позициях зашифрованного текста, которые соответствовали заголовкам столбцов в таблице транспонирования. (После достижения этого этапа требовался значительный статистический анализ, и все это делалось вручную.) Таким образом, он был эффективен только в периоды очень высокого трафика, но именно тогда отправлялись наиболее важные сообщения.

Однако это был не единственный трюк, который Пейнвин использовал для взлома шифра ADFGX. Он также использовал повторяющиеся разделы зашифрованного текста, чтобы получить информацию о вероятной длине используемого ключа. Там, где ключ состоял из четного числа букв, он знал, по тому, как сообщение было зашифровано, что каждый столбец полностью состоял из координат букв, взятых с вершины квадрата Полибия или слева от квадрата, а не из смеси букв. эти двое. Кроме того, после замены, но до транспонирования, столбцы попеременно полностью состояли из «верхних» и «боковых» букв. Одной из особенностей частотного анализа букв является то, что, хотя распределение отдельных букв может сильно отличаться от нормы, закон средних чисел предписывает, чтобы группы букв различались меньше. В шифре ADFGX каждая «боковая» или «верхняя» буква связана с пятью буквами открытого текста. В приведенном выше примере «боковая» буква «D» связана с буквами открытого текста «dhoz k», а «верхняя» буква «D» связана с буквами открытого текста «thfj r». Поскольку две группы из пяти букв имеют разное суммарное распределение частот, частотный анализ буквы «D» в столбцах, состоящих из «боковых» букв, дает совершенно иной результат, чем анализ частоты буквы «D» в столбцах, состоящих из «верхних» букв. буквы. Этот трюк позволил Пейнвину угадать, какие столбцы состоят из «боковых» букв, а какие — из «верхних». Затем он мог соединить их в пары и выполнить частотный анализ пар, чтобы увидеть, являются ли пары просто шумом или соответствуют буквам открытого текста. Как только у него будут правильные пары, он сможет использовать частотный анализ, чтобы выяснить настоящие буквы открытого текста. Результат все равно был транспонирован, но расшифровать простую транспозицию — это все, что ему еще оставалось сделать. Как только он определит схему транспонирования для одного сообщения, он сможет взломать любое другое сообщение, зашифрованное тем же ключом транспонирования.

Пейнвин взломал шифр ADFGX в апреле 1918 года, через несколько недель после того, как немцы начали весеннее наступление . В результате французская армия обнаружила, куда Эрих Людендорф намеревался атаковать. Французы сосредоточили свои силы в этом месте, что, как утверждается, остановило весеннее наступление.

Однако утверждение о том, что взлом Пэнвином шифра ADFGX остановил весеннее наступление Германии 1918 года, хотя и часто делалось, оспаривается некоторыми. В своей рецензии на книгу Софи де Ластур на эту тему в 2002 году « La France gagne la guerre des code secrets 1914-1918 » в « Журнале истории разведки » ( Журнал истории разведки : том 2, номер 2, зима 2002 г.) Хилмар- Детлеф Брюкнер заявил:

К сожалению, Софи де Ластур разделяет традиционную французскую точку зрения, согласно которой раскрытие немецкой телеграммы ADFGVX Пенвена в начале июня 1918 года имело решающее значение для победы союзников в Первой мировой войне, поскольку оно своевременно предупредило о предстоящем наступлении Германии. достичь Парижа и нанести союзникам решающее поражение. Однако уже много лет было известно, что немецкая атака на Гнейзенау 11 июня была организована для того, чтобы побудить французское командование броситься в резервы из района на севере, где немцы намеревались атаковать позже.

Ее цель пришлось сильно преувеличить, что и сделало немецкое командование, распространив слухи о том, что атака направляется на Париж и за его пределы; дезинформация была эффективна и, судя по всему, остается эффективной. Однако немецкое наступление не увенчалось успехом, поскольку у французов было достаточно резервов, чтобы остановить нападение, и поэтому им не нужно было вводить дополнительные подкрепления.

Более того, обычно забывают, что базовая версия шифра ADFGVX была создана специально для весеннего наступления Германии в 1918 году, призванного нанести союзникам сокрушительный удар. Была надежда, что шифр ADFGX защитит немецкие коммуникации от криптографов союзников во время нападения, которое произошло.

Телеграммы в ADFGX впервые появились 5 марта, а немецкая атака началась 21 марта. Когда 5 апреля Пенвен представил свое первое решение кода, немецкое наступление уже захлебнулось.

Шифры ADFGX и ADFGVX теперь считаются небезопасными.

Источники

• Чайлдс, Дж. Ривс, Общее решение системы шифрования ADFGVX , Aegean Park Press, ISBN   0-89412-284-3 .
• Фридман, Уильям Ф. Военный криптоанализ, Часть IV: Системы транспозиции и фракционирования . Лагуна-Хиллз, Калифорния: Aegean Park Press, 1992.

Внешние ссылки

• Реализация шифра ADFGVX на JavaScript.
• Другая реализация JavaScript
• Реализация AC шифра ADFGVX