موضوع مقاله: رمزنگاری پلی‌فیر | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # رمزنگاری پلی‌فیر | مقدمه: رمزنگاری پلیفیر یا مربع پلیفیر یا رمزنگاری پلیفیر ویت استون یک روش رمزنگاری متقارن است و اولین رمزنگاری جانشینی دیاگرام بوده و طرح آن اولین بار در سال 1854 توسط چارلز ویت‌استون اختراع شده است. | ## بخش 1: رمزنگاری پلی‌فیر | این روش جفت حروف (دیاگرام یا بیگرام) را به جای حروف در رمزنگاری جانشینی و نه سیستم‌های رمزنگاری ویژنر رمزنگاری می‌کند. شکستن رمز پلیفیر سخت‌تر است زیرا تحلیل فرکانسی که برای رمزهای جانشینی ساده به کار می‌رود، در آن کارایی ندارد. با 600 حروف تکراری مجاز نیستند و حرف Q در نظر گرفته نمیشود و دو حرف I و J با هم یکی حساب میشنود. 600 = 25*24بیگرام احتمالی به جای 26 مونوگرام احتمالی (تک علامت‌ها، در این حوزه معمولا همان حروف الفبا است) به متن رمز بزرگتری نیاز است. ویت‌استون رمز را برای پنهان‌کاری در حروف تلگراف اختراع کرد ولی نام رفیقش، لرد پلیفیر، به آن گفته می‌شود. ابتدا دفتر امور خارجه‌ی بریتانیا از استفاده از آن سر باز زد زیرا از نظر آن‌ها دشواری و پیچیدگی زیادی داشت. ویت استون عنوان کرد که سه نفر در هر 4 نفر در یک مدرسه می‌توانند استفاده از آن را در 15 دقیقه بیاموزند، ولی پاسخ وزارت امور خارجه چنین بود: «این خیلی محتمل است، ولی هیچگاه نمی‌توانید این را به پیوست‌ها بیاموزید». ولی این روش بعدها برای اهداف توسط نیروهای بریتانیا در جنگ بور دوم و در جنگ جهانی اول به کار رفت و نیروهای بریتانیا و استرالیا در جریان جنگ جهانی دوم از آن استفاده کردند زیرا پلیفیر سرعت بالایی داشت و به هیچ تجهیزات خاصی نیاز نداشت، تنها به یک خودکار و چند کاغذ نیاز داشت. یک سناریوی معمول برای پلیفیر استفاده برای محافظت از رازهای مهم ولی غیرحیاتی در جریان مبارزه‌ی واقعی بود، مثلا این واقعیت که شلیک توپخانه‌ای تا 30 دقیقه‌ی دیگر آغاز می‌شود تا پیشروی سربازان به هدف بعدی را پوشش دهد. وقتی متخصصین رمزنگاری دشمن بتوانند این پیام‌ها را چند ساعت بعد رمزگشایی کنند، این اطلاعات دیگر برای آن‌ها فایده‌ای ندارد، زیرا دیگر مرتبط نیست. در طول جنگ جهانی دوم، دولت نیوزیلند برای ارتباطات خود بین نیوزیلند و جزایر چانتام و گارد ساحلی در جزایر اقیانوس آرام از این روش استفاده کردند. جایگزین‌ها پلیفیر به دلیل ظهور دستگاه‌های رمزنگاری دیجیتالی دیگر توسط نیروهای نظامی به کار نمی‌رود. این رمزنگاری اکنون برای هر منظوری غیرامن در نظر گرفته می‌شود، زیرا کامپیوترهای مدرن می‌توانند به راحتی در عرض چند ثانیه رمز آن را بشکنند. اولین راهکار منتشرشده برای رمزنگاری پلیفیر در یک رساله‌ی 19 صفحه‌ای و توسط جوزف او. | ## بخش 2: رمزنگاری پلی‌فیر | توصیف رمز پلیفیر از یک جدول 5 در 5 استفاده می‌کند که شامل عبارت یا واژه کلید است. به خاطرسپاری کلیدواژه و 4 قاعده کل چیزی است که برای ایجاد یک جدول 5 در 5 و استفاده از رمز لازم است. برای تولید جدول کلید، می‌توان اول فضاهای جدول را با حروف کلیدواژه پر کرد و سپس فضاهای باقیمانده را با حرف‌های دیگر الفبا به ترتیب (معمولا با حذف «J» یا «Q» برای کاهش حرف الفبا به منظور جا شدن در 26 حروف الفبا در جدول) پر کرد. کلید می‌تواند در ردیف‌های بالای جدول از چپ به راست یا در الگوهای دیگر مانند شروع مارپیچی از گوشه‌ی بالا چپ و پایان در مرکز نوشته شود کلیدواژه به همراه قراردادها برای پرکردن جدول 5 در 5 کلید رمز را تشکیل می‌دهند. چون رمزنگاری از جفت حروف استفاده می‌کند، به پیام‌هایی با تعداد حرف فرد معمولا یک حرف غیر رایج مانند «X» اضافه میشوند تا دیاگرام نهایی را کامل کنند. برای انجام جانشینی، قاعده‌های زیر را بر حروف در یک متن ساده اعمال کنید: اگر هر دو حرف شبیه هم بودند (یا تنها یک حرف باقی مانده)، یک X را پس از حرف اول اضافه کنید. اگر حروف در همان ردیف جدول شما ظاهر می شوند ، به ترتیب آنها را با حروف سمت راست خود جایگزین کنید (اگر حروف اصلی در سمت راست ردیف قرار داشت ، از حرف سمت چپ ردیف استفاده کنید). اگر حروف در همان ستون جدول شما ظاهر می شوند ، به ترتیب آنها را با حروف زیر خود جایگزین کنید (اگر به حروف اصلی در قسمت پایین ستون قرار داشت ،از حرف بالای ستون استفاده کنید). اگر حروف در یک ردیف یا ستون نیستند ، حرف اول را با حرفی که در سطر حرف اول و ستون حرف دوم است جایگزین میکنیم. برای رمزگشایی، از برعکس سه قاعده‌ی آخر استفاده کنید و از قاعده‌ی اول بدون تغییر آن استفاده کنید («X» و «Q» های اضافی را حذف کنید به دلیل اینکه وقتی پیام کامل شد هیچ معنی خاصی ندارند). وقتی تنها متن رمز معلوم باشد، تحلیل رمز شامل جستجو در فضای کلید برای یافتن تعداد تطبیق بین تعداد وقوع حرف در دیاگرام و تعداد وقوع حرف در پیام اصلی است. تحلیل رمز در پلیفیر شبیه تحلیل رمز رمزهای 4 مربعی و دو مربعی است، هرچند سادگی نسبی سیستم پلیفیر باعث ساده‌تر شدن شناسایی رشته‌های متن ساده می‌شود. یک دیاگراف پلیفیر و معکوس آن (مانند AB و BA) به الگوی حروفی مشابه در متن ساده رمزگشایی می‌شوند (مانند RE و ER). شناسایی دیاگراف‌های معکوس نزدیک در متن رمز و تطبیق دادن آن به یک فهرست از واژه‌های شناخته شده که شامل اینطور کلمات است،راهی ساده برای تولید متن اصلی برای شروع ساخت کلید است. | ## بخش 3: رمزنگاری پلی‌فیر | تغییرات جزیی ایجاد میشوند (یعنی تغییر حروف، ردیف یا منعکس‌کردن کل مربع) تا بررسی شود که متن به وجود امده از مربع، شباهت بیشتری به متن اصلی استاندارد دارد یا خیر. اگر مربع جدید یک بهبود در نظر گرفته شود، آنگاه پذیرفته شده و سپس جهش می‌یابد(همان تغییرات جزئی ایجاد میشوند) تا یک نامزد بهتر پیدا شود. این فراتر از شکیبایی انسان معمولی است، ولی کامپیوترها می‌توانند از این الگوریتم برای رمزگشایی رمزهای پلیفیر با یک متن نسبتا کوچک استفاده کنند. جنبه‌ی دیگر در پلیفیر که آن را از رمزهای دومربعی و چهارمربعی جدا می‌کند این است که هیچ وقت شامل یک دیاگرام دو حرفی مشابه مانند EE نیست. اگر دیاگرام‌های دوحرفی مشابهی در متن رمز وجود نداشته باشد و طول پیام به اندازه‌ی کافی بلند باشد تا این احتمال را از نظر آماری بامعنی کند، به احتمال زیاد روش رمزنگاری یک پلیفیر است. یک راهنمای خوب برای ساخت یک کلید برای یک رمز پلیفیر در فصل 7 کتاب «راهکاری در سیستم‌های جایگذاری پلی‌گرافیک» یافت می‌شود که توسط ارتش ایالات متحده تولید شده است. در این داستان، نشان داده شده که یک پیام پلیفیر از نظر گرافیک رمزی ضعیف بوده و کارگاه به راحتی می‌تواند کل کلید را با استفاده از تنها چند حدس برای تغییر فرمت پیام حل کند (در این مورد، پیام با نام یک شهر و سپس با تاریخ آغاز می‌شود). کتاب سایرس شامل یک توصیف دقیق از مکانیک رمزنگاری پلیفیر و دستورالعمل گام به گام تحلیل رمز است. ارتش، نیروی دریایی و پلیس آلمان از سیستم پلیفیر دوگانه به عنوان یک رمز متوسط در جنگ جهانی دوم استفاده کردند، ولی چون آن‌ها رمزها را در جنگ جهانی اول توانسته‌اند که بشکنند، از روش مربع دوم استفاده کردند که حرف دوم در هر بی‌گرام در آن انتخاب شد و در کلیدواژه توزیع شد و به صورت تصادفی جانشین حرف پیام شده است. کاربرد در جدول‌های مدرن جدول‌های متقاطع رمزدار و مدرن مانند جدول لیسنر گاهاً از روش رمز‌های پلیفیر استفاده می‌کنند. معمولا بین 4 تا 6 پاسخ باید به شبکه‌ی کد وارد شود و عبارت کلید در پلیفیر برای حل نهایی مهم است. رمز، خود را به پازل‌های جدول متقاطع وام می‌دهد، زیرا متن اصلی با حل یک مجموعه از سرنخ‌ها به دست می‌آید، ولی متن رمزدار با حل موارد دیگر به دست می‌آید. | ## جمع‌بندی | حلگرها می‌توانند جدول کلید را با جفت‌کردن دیاگرام‌ها بسازند (گاهی اوقات امکان دارد تا کلیدواژه را حدس زد ولی هیچ وقت ضرورت ندارد).