Одноалфавитная замена

Одним из важных подклассов методов замены являются одноалфавитные (или моноалфавитные) подстановки, в которых устанавливается однозначное соответствие между каждым знаком исходного алфавита сообщений A и соответствующим знаком зашифрованного текста E. Одноалфавитная подстановка иногда называется также простой заменой, так как является самым простым шифром замены. Шифр моноалфавитной подстановки – один из самых древних шифров на Земле.

В общем случае при одноалфавитной подстановке происходит однозначная замена исходных символов их эквивалентами из таблицы замен. При таком методе шифрования ключом является используемая таблица замен.

Зашифрованное сообщение с использованием любого шифра моноалфавитной подстановки получается следующим образом. Берется очередной знак из исходного сообщения. Определяется его позиция в столбце "Откр. текст" таблицы замен. В зашифрованное сообщение вставляется шифрованный символ из этой же строки таблицы замен.

Попробуйте зашифровать сообщение "ВЫШЛИТЕ ПОДКРЕПЛЕНИЕ" c использованием двух шифров из таблицы (рис. 3).

Рис. 3. Пример таблицы замен для двух шифров

Полученный таким образом текст имеет сравнительно низкий уровень защиты, так как исходный и зашифрованный тексты имеют одинаковые статистические закономерности. При этом не имеет значения, какие символы использованы для замены – перемешанные символы исходного алфавита или таинственно выглядящие знаки.

Зашифрованное сообщение может быть вскрыто путем так называемого частотного криптоанализа. Для этого могут быть использованы некоторые статистические данные языка, на котором написано сообщение.

Известно, что в текстах на русском языке наиболее часто встречаются символы О, И. Немного реже встречаются буквы Е, А. Из согласных самые частые символы Т, Н, Р, С. В распоряжении криптоаналитиков имеются специальные таблицы частот встречаемости символов для текстов разных типов – научных, художественных и т.д.

Криптоаналитик внимательно изучает полученную криптограмму, подсчитывая при этом, какие символы сколько раз встретились. Вначале наиболее часто встречаемые знаки зашифрованного сообщения заменяются, например, буквами О. Далее производится попытка определить места для букв И, Е, А. Затем подставляются наиболее часто встречаемые согласные. На каждом этапе оценивается возможность "сочетания" тех или иных букв. Например, в русских словах трудно найти четыре подряд гласные буквы, слова в русском языке не начинаются с буквы Ы и т.д. На самом деле для каждого естественного языка (русского, английского и т.д.) существует множество закономерностей, которые помогают раскрыть специалисту зашифрованные противником сообщения.

Возможность однозначного криптоанализа напрямую зависит от длины перехваченного сообщения.

Если нам ничего не известно заранее о содержании перехваченного сообщения малой длины, дешифровать его однозначно не получится.

Если же в руки криптоаналитиков попадает достаточно длинное сообщение, зашифрованное методом простой замены, его обычно удается успешно дешифровать. На помощь специалистам по вскрытию криптограмм приходят статистические закономерности языка. Чем длиннее зашифрованное сообщение, тем больше вероятность его однозначного дешифрования.

Примером одноалфавитной замены является шифр Цезаря. Метод основан на замене каждой буквы сообщения на другую букву того же алфавита, путем смещения от исходной буквы на определённое число позиций. Это число является ключом шифра. При достижении конца алфавита выполнялся циклический переход к его началу.

Послание Юлия Цезаря VENI VINI VICI – пришел, увидел, победил, направленное его другу Аминтию после победы над понтийским царем Фарнаком, сыном Митридата, выглядело бы в зашифрованном виде так:

YHQL YLGL YLFL

(Цезарь использовал шифр замены при смещении К = 3. )

Дешифрируем криптограмму «ГАУСТСУХ», зашифрованную тем же шифром, табл. 1, получим исходное сообщение «АЭРОПОРТ».

Таблица 1. Алфавит «Русские буквы» (33 символа)

Задание 1. Используя русский алфавит из 33 букв (табл. 1), зашифруйте сообщение классическим шифром Цезаря со сдвигом на три (пробелы между словами не используются).

Задание 2. Используя русский алфавит из 33 букв (табл. 1), дешифрируйте сообщение, зашифрованное классическим шифром Цезаря со сдвигом на три (пробелы между словами не используются).

Пример еще одного шифра замены – это шифр Атбаш. Алгоритм этого шифра прост: первая буква алфавита заменялась на последнюю, вторая на предпоследнюю в алфавите и т. д. Для успешной дешифровки необходимо было знать только алфавит сообщения.

Если попытаться замаскировать статистические характеристики открытого текста, то задача вскрытия шифра простой замены значительно усложнится.

С усложнением правил замены увеличивается надежность шифрования. Можно заменять не отдельные символы, а, например, двухбуквенные сочетания – биграммы. Таблица замен для такого шифра может выглядеть, как в таблице 2. Наиболее известный шифр биграммами называется Playfair. Он применялся Великобританией в Первую мировую войну.

Таблица 2. Пример таблицы замен для двухбуквенных сочетаний
Откр. текст	Зашифр. текст	Откр. текст	Зашифр. текст
аа	кх	бб	пш
аб	пу	бв	вь
ав	жа	...	...
...	...	яэ	сы
ая	ис	яю	ек
ба	цу	яя	рт

Возможны варианты использования триграммного или вообще n-граммного шифра. Такие шифры обладают более высокой криптостойкостью, но они сложнее для реализации и требуют гораздо большего количества ключевой информации (большой объем таблицы замен). В целом, все n-граммные шифры могут быть вскрыты с помощью частотного криптоанализа, только используется статистика встречаемости не отдельных символов, а сочетаний из n символов.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒