Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое шифр плейфера , Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое шифр плейфера , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Шифры в криптографии.
Шифра Плайфаира или квадрат Плайфаира или Уитстон-Плайфаир шифр представляет собой ручные симметричное шифрование методы и был первая буквальная биграмма замещение шифра. Схема была изобретена в 1854 году Чарльзом Уитстоном , но носит имя лорда Плейфэра за содействие ее использованию.
Этот метод шифрует пары букв ( биграммы или биграммы ) вместо отдельных букв, как в простом шифре подстановки и в более сложных системах шифра Виженера, которые тогда используются. Таким образом, Playfair значительно труднее взломать, поскольку частотный анализ, используемый для простых подстановочных шифров, с ним не работает. Частотный анализ биграмм возможен, но значительно сложнее. С 600 возможными биграммами, а не с 26 возможными монограммами (одиночные символы, обычно буквы в этом контексте), для того, чтобы быть полезным, требуется значительно больший зашифрованный текст.
шифр плейфера - ручная симметричная техника шифрования, в которой впервые использована замена биграмм. Изобретена в 1854 году Чарльзом Уитстоном. Шифр предусматривает шифрование пар символов (биграмм), вместо одиночных символов, как в шифре подстановки и в более сложных системах шифрования Виженера. Таким образом, шифр Плейфера более устойчив к взлому по сравнению с шифром простой замены, так как затрудняется частотный анализ. Он может быть проведен, но не для 26 возможных символов (латинский алфавит), а для 26х26=676 возможных биграмм. Анализ частоты биграмм возможен, но является значительно более трудным и требует намного большего объема зашифрованного текста.
Несмотря на то, что шифр был изобретением Уитстона, он стал известен как шифр Плейфера. Его первое описание было зарегистрировано в документе, подписанном Уитстоном 26 марта 1854 года . Друг Уитстона лорд Лайон Плейфер рекомендовал этот шифр для использования высшими государственными и военными деятелями. Однако Министерство иностранных дел Великобритании отклонило этот документ из-за сложности его восприятия. Когда Уитстон предложил продемонстрировать, что трое из четырех мальчиков в соседней школе научатся использовать этот шифр за пятнадцать минут, заместитель министра иностранных дел ответил: «Это очень возможно, но вы никогда не научите этому атташе» .
Шифр использовался в тактических целях британскими вооруженными силами во Второй Англо-Бурской войне и в Первой мировой войне, а также австралийцами и немцами во время Второй мировой войны. Причиной использования шифра Плейфера была его достаточная простота в применении и отсутствие необходимости в дополнительном специальном оборудовании. Основной целью использования этой системы шифрования была защита важной, но несекретной информации во время ведения боя. К тому времени, когда вражеские криптоаналитики взламывали сообщение, информация уже была бесполезна для них .
Использование шифра Плейфера в настоящее время является нецелесообразным, поскольку современные компьютеры могут легко взломать шифр в течение нескольких секунд. Первый изданный алгоритм взлома шифра Плейфера был описан в 1914 году в брошюре объемом 19 страниц Джозефом О. Моуборном
Шифр Плейфера использует матрицу 5х5 (для латинского алфавита, для русского алфавита необходимо увеличить размер матрицы до 6х6), содержащую ключевое слово или фразу. Для создания матрицы и использования шифра достаточно запомнить ключевое слово и четыре простых правила. Чтобы составить ключевую матрицу, в первую очередь нужно заполнить пустые ячейки матрицы буквами ключевого слова (не записывая повторяющиеся символы), потом заполнить оставшиеся ячейки матрицы символами алфавита, не встречающимися в ключевом слове, по порядку (в английских текстах обычно опускается символ "Q", чтобы уменьшить алфавит, в других версиях "I" и "J" объединяются в одну ячейку). Ключевое слово может быть записано в верхней строке матрицы слева направо, либо по спирали из левого верхнего угла к центру. Ключевое слово, дополненное алфавитом составляет матрицу 5х5 и является ключом шифра.
Для того, чтобы зашифровать сообщение необходимо разбить его на биграммы ( группы из двух символов), например « Hello World» становится «HE LL OW OR LD», и отыскать эти биграммы в таблице. Два символа биграммы соответствуют углам прямоугольника в ключевой матрице. Определяем положения углов этого прямоугольника относительно друг друга. Затем руководствуясь следующими 4 правилами зашифровываем пары символов исходного текста:
Для расшифровки необходимо использовать инверсию этих четырех правил, откидывая символы «Х» (или «Q») , если они не несут смысла в исходном сообщении.
Используя "пример игры" в качестве ключа (при условии, что I и J взаимозаменяемы), таблица становится (пропущенные буквы красного цвета):
Первый шаг шифрования сообщения «спрячь золото в пне» - преобразовать его в пары букв 
(с нулевым «X», используемым для разделения повторяющиеся "Е"). Потом:
| 1. Пара HI образует прямоугольник, замените его на BM. |  |
| 2. Пара DE находится в столбце, замените ее на OD. |  |
| 3. Пара TH образует прямоугольник, замените его на ZB. |  |
| 4. Пара EG образует прямоугольник, замените его на XD. |  |
| 5. Пара OL образует прямоугольник, замените его на NA. |  |
| 6. Пара DI образует прямоугольник, замените его на BE. | |
| 7. Пара NT образует прямоугольник, замените его на KU. | |
| 8. Пара HE образует прямоугольник, замените его на DM. | |
| 9. Пара TR образует прямоугольник, замените его на UI. | |
| 10. Пара EX (X вставлена для разделения EE) находится в ряду, замените ее на XM. |  |
| 11. Пара ES образует прямоугольник, замените его на MO. | |
| 12. Пара TU стоит подряд, замените ее на UV. | |
| 13. Пара MP образует прямоугольник, замените его на IF. |
Таким образом, сообщение «спрячь золото в пне» становится 
которое может быть преобразовано в
для облегчения чтения зашифрованного текста.
Зашифруем сообщение «Hide the gold in the tree stump» HI DE TH EG OL DI NT HE TR EX ES TU MP
1. Биграмма HI формирует прямоугольник, заменяем ее на BM.
2. Биграмма DE расположена в одном столбце, заменяем ее на ND.
3. Биграмма TH формирует прямоугольник, заменяем ее на ZB.
4. Биграмма EG формирует прямоугольник, заменяем ее на XD.
5. Биграмма OL формирует прямоугольник, заменяем ее на KY.
6. Биграмма DI формирует прямоугольник, заменяем ее на BE.
7. Биграмма NT формирует прямоугольник, заменяем ее на JV.
8. Биграмма HE формирует прямоугольник, заменяем ее на DM.
9. Биграмма TR формирует прямоугольник, заменяем ее на UI.
10. Биграмма EX находится в одной строке, заменяем ее на XM.
11. Биграмма ES формирует прямоугольник, заменяем ее на MN.
12. Биграмма TU находится в одной строке, заменяем ее на UV.
13. Биграмма MP формирует прямоугольник, заменяем ее на IF.
Получаем зашифрованный текст «BM ND ZB XD KY BE JV DM UI XM MN UV IF» Таким образом сообщение «Hide the gold in the tree stump» преобразуется в «BMNDZBXDKYBEJVDMUIXMMNUVIF»
Иллюстрации в примерах
Предположим, что необходимо зашифровать биграмму OR. Рассмотрим 4 случая:
OR заменяется на YZ
OR заменяется на BY
OR заменяется на ZX
OR заменяется на ZY
Продвинутые тематические загадочные кроссворды, такие как « Кроссворд слушателя» (опубликованный в субботнем выпуске британской газеты The Times ), иногда включают шифры Playfair. [16] Обычно от четырех до шести ответов необходимо ввести в таблицу в коде, а ключевая фраза Playfair имеет тематическое значение для окончательного решения.
Шифр хорошо подходит для разгадывания кроссвордов, потому что открытый текст находится путем решения одного набора ключей, а зашифрованный текст - путем решения других. Затем решатели могут построить ключевую таблицу, сопоставляя биграммы (иногда можно угадать ключевое слово, но это не обязательно).
Использование шифра Playfair обычно объясняется в преамбуле кроссворда. Это уравнивает правила игры для тех решателей, которые ранее не сталкивались с шифром. Но способ использования шифра всегда один и тот же. Используемый 25-буквенный алфавит всегда содержит Q, а I и J совпадают. Таблица ключей всегда заполняется построчно.
Как и большинство классических шифров, шифр Playfair можно легко взломать, если текста достаточно. Получить ключ относительно просто, если известны как открытый текст, так и зашифрованный текст . Когда известен только зашифрованный текст, криптоанализ шифра методом грубой силы включает поиск в ключевом пространстве совпадений между частотой появления биграмм (пар букв) и известной частотой появления биграмм на предполагаемом языке исходного сообщения. [13]
Криптоанализ Playfair аналогичен криптоанализу шифров с четырьмя и двумя квадратами , хотя относительная простота системы Playfair упрощает идентификацию потенциальных строк открытого текста. В частности, орграф Playfair и его обратная сторона (например, AB и BA) будут дешифроваться до одного и того же буквенного шаблона в открытом тексте (например, RE и ER). В английском языке есть много слов, которые содержат эти перевернутые орграфы, такие как REceivER и DEpartED. Идентификация ближайших перевернутых диграфов в зашифрованном тексте и сопоставление шаблона со списком известных слов открытого текста, содержащих шаблон, - простой способ сгенерировать возможные строки открытого текста, с которых можно начать построение ключа.
Другой подход к разгадке шифра Playfair - это метод восхождения на холм с дробовиком . Это начинается со случайного квадрата букв. Затем вносятся незначительные изменения (т. Е. Переключение букв, строк или отображение всего квадрата), чтобы увидеть, больше ли открытый текст-кандидат похож на стандартный открытый текст, чем до изменения (возможно, путем сравнения биграмм с известной частотной диаграммой). Если новый квадрат считается улучшением, то он принимается, а затем подвергается дальнейшим изменениям, чтобы найти еще лучшего кандидата. В конце концов, обнаруживается, что открытый текст или что-то очень близкое к нему дает максимальное количество баллов при любом выбранном методе оценки. Очевидно, что это выходит за рамки типичного человеческого терпения, но компьютеры могут использовать этот алгоритм для взлома шифров Playfair с относительно небольшим объемом текста.
Другой аспект Playfair, который отделяет его от четырехквадратного и двухквадратного шифров, заключается в том, что он никогда не будет содержать двухбуквенную биграмму, например EE. Если в зашифрованном тексте нет двухбуквенных биграмм и длина сообщения достаточно велика, чтобы сделать это статистически значимым, весьма вероятно, что используется метод шифрования Playfair.
Хорошее руководство по восстановлению ключа для шифра Playfair можно найти в главе 7 «Решение полиграфических систем замены» полевого руководства 34-40-2 , выпущенного армией Соединенных Штатов. Другой криптоанализ шифра Playfair можно найти в главе XXI книги Хелен Фуше Гейн « Криптоанализ» / исследования шифров и их решений .
Подробный криптоанализ Playfair проводится в главе 28 детективного романа Дороти Л. Сэйерс « У него туша» . В этой истории показано, что сообщение Playfair является криптографически слабым, поскольку детектив может решить весь ключ, сделав лишь несколько предположений относительно форматирования сообщения (в данном случае сообщение начинается с имени город, а затем дату). Книга Сэйерса включает подробное описание механизма шифрования Playfair, а также пошаговое описание ручного криптоанализа.
Немецкая армия, авиация и полиция использовали шифр Double Playfair в качестве шифра среднего уровня во время Второй мировой войны, основанный на британском шифре Playfair, который они взломали в начале Первой мировой войны. [15] Они адаптировали его, введя второй квадрат, из которого выбиралась вторая буква каждой биграммы, и избавились от ключевого слова, разместив буквы в случайном порядке. Но из-за немецкой любви к формальным сообщениям они были нарушены в Блетчли-парке . Сообщениям предшествовал порядковый номер, и числа были написаны по буквам. Поскольку немецкие числа от 1 (eins) до двенадцати (zwölf) содержат все буквы, кроме восьми, в квадратах Double Playfair, условный трафик было относительно легко нарушить
Выводы из данной статьи про шифр плейфера указывают на необходимость использования современных методов для оптимизации любых систем. Надеюсь, что теперь ты понял что такое шифр плейфера и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Шифры в криптографии
Комментарии
Оставить комментарий
Шифры в криптографии
Термины: Шифры в криптографии