Криптоанализ
Шифр простой замены легко вскрывается с помощью частотного анализа, так как не меняет частоты использования символов в сообщении.
Однозвучные шифры сложнее для вскрытия, хотя они и не скрывают всех статистических свойств текста.
Многоалфавитные шифры шифруют каждый символ с помощью некоторого одноалфавитного шифра. Стойкость такого шифра сильно зависит от количества используемых шифров простой замены. Но при использовании компьютера криптоаналитик не испытает трудностей при вскрытии.
5. Полиалфавитные шифры замены и их криптостойкость. Шифр Виженера.
Суть полиалфавитного шифра заключается в циклическом применении нескольких моноалфавитных шифров к определённому числу букв шифруемого текста. Например, пусть у нас имеется некоторое сообщение x1 , x2 , x3 , ….. xn , …… x2n , ….., которое надо зашифровать. При использовании полиалфавитного шифра имеется несколько моноалфавитных шифров (например, n штук). И в нашем случае к первой букве применяется первый моноалфавитный шифр, ко второй букве — второй, к третьей — третий….. к n-ой букве — n-й, а к n+1 опять первый, ну и так далее. Таким образом, получаётся довольно-таки сложная последовательность, которую уже не так просто вскрыть, как один моноалфавитный шифр. Самым важным эффектом, достигаемым при использовании полиалфавитного шифра, является маскировка частот появления тех или иных букв в тексте, на основании которой обычно очень легко вскрываются моноалфавитные шифры.
Крипкостойкость
Проще всего взломать полиалфавитный шифр, зная его период, то есть число используемых моноалфавитных шифров. Тогда, выбрав буквы, соответствующие каждому из моноалфавитных шифров, можно к каждому из них применить так называемый частотный анализ (или какой-нибудь другой метод взлома моноалфавитных шифров), основанный на том, что каждая буква в произвольном тексте появляется с вполне определённой частотой, а значит, посмотрев частоты появления тех или иных букв, можно узнать, как происходит замена. Одним из методов нахождения периода полиалфавитных шифров является метод, предложенный Фредериком Касиски в 1836 году. Он заключается в том, что в зашифрованном тексте находятся одинаковые сегменты длины не меньше, чем три буквы, затем вычисляются расстояния между первыми буквами соседних сегментов. Оказывается, предполагаемый период является кратным наибольшему общему делителю для этих расстояний.
Примером полиалфавитного шифра является шифр Виженера. Блез де Виженер предложил использовать в качестве ключа часть текста самого сообщения или же уже шифрованного сообщения. Принцип шифрования проще всего пояснить на примере. Итак, пусть ключом будет слово из трёх букв, например ABC. Сначала составляется таблица, называемая квадратом Виженера, которая выглядит следующим образом:
Д
опустим,
что нам надо зашифровать некий текст,
первым словом которого является слово
DANCE. Зашифруем первые две буквы, а все
остальные делаются аналогично. В графе
«ключ» многократно повторяем слово
ABC, в графе «открытый текст» приводим
открытый текст, в графе «шифрованный
текст» приводим зашифрованный текст:
Берём первую букву и смотрим, какая буква ключа находится над ней, а затем полученную букву ключа находим в первой строке квадрата Виженера, а шифруемую букву в первом столбце, затем смотрим, какая буква находится на пересечении полученной строки и столбца — она и будет зашифрованной буквой:
В результате подобных операций получаем DBPCF. Обратим внимание на тот факт, что длина ключа равна числу всех моноалфавитных шифров, суперпозицией которых является наш полиалфавитный шифр. Одной из модификаций данного метода является использование в качестве ключа всего открытого текста (то есть в графе «ключ» просто пишется подряд весь исходный текст), только с одной поправкой, необходимой для запутывания криптоаналитика: первую букву ключа выберем произвольно, а дальше уже текст сообщения:
В
этом случае получается, что длина ключа
равна длине исходного текста, а значит
периода у этого полиалфавитного шифра
нет.
Расшифровывание текста, зашифрованного шифром Виженера, происходит абсолютно аналогично шифрованию.
Шифр Виженера «размывает» характеристики частот появления символов в тексте, но некоторые особенности появления символов в тексте остаются. Главный недостаток шифра Виженера состоит в том, что его ключ повторяется. Поэтому простой криптоанализ шифра может быть построен в два этапа:
Поиск длины ключа. Можно анализировать распределение частот в зашифрованном тексте с различным прореживанием. То есть брать текст, включающий каждую 2-ю букву зашифрованного текста, потом каждую 3-ю и т. д. Как только распределение частот букв будет сильно отличаться от равномерного (например, по энтропии), то можно говорить о найденной длине ключа.
Криптоанализ. Совокупность l шифров Цезаря (где l — найденная длина ключа), которые по отдельности легко взламываются.
Тесты Фридмана и Касиски могут помочь определить длину ключа.