Vigenère şifrelemesi

Vigenère şifrelemesi, alfabetik bir şifreleme metni kullanarak bir dizi farklı Sezar şifrelemesine dayalı harfleri kullanan bir şifreleme yöntemidir. Bu bir çeşit poli alfabetik ikame tablosudur.
Bu Vigenère () şifre zaman geçti yeniden birçok kez. Yöntemi vardı aslında tarafından açıklanmıştır Giovan Battista Bellaso onun kaç kitap La cifra del. Sig. Giovan Battista Bellaso; ancak düzeni vardı sonra misattributed için Blaise de Vigenère 19. yüzyıl ve artık yaygın olarak bilinen "Vigenère şifreleme".[kaynak belirtilmeli]
Ama şifre için kolaydır, anlamak ve uygulamak için üç asır buna karşı bütün girişimleri break; bu kazandığı açıklaması, le chiffre indéchiffrable (Fransızca 'çözülemez şifre'). Birçok kişi denedi uygulamak için şifreleme programları vardır aslında Vigenère şifrelemesi. Friedrich Kasiski oldu ilk yayınlama için bir genel yöntem deşifre Vigenère şifreleme.
Tarih
İlk belgelenmiş açıklama bir polyalphabetic şifre yoktu formüle göre Leon Battista Alberti etrafında 1244 ve kullanılan bir metal disk şifreleme anahtarı arasındaki şifre alfabeler. Alberti sistemi sadece açık alfabeler sonra birkaç kelime ve anahtarları olduğunu belirtti yazılı mektubun ilgili alfabesiyle metne. Daha sonra, 1508, Johannes Trithemius, yaptığı iş Poligraphia, icat tabula recta, bir kritik bileşen Vigenère şifreleme. Bu Trithemius şifre, ancak, sadece verilen bir ilerici, sert ve öngörülebilir sistemine geçiş arasındaki şifre alfabeler.[kaynak belirtilmeli]
Ne şimdi bilindiği gibi bu Vigenère şifreleme vardı aslında tarafından açıklanmıştır Giovan Battista Bellaso onun kaç kitap La cifra del. Sig. Giovan Battista Bellaso. O üzerine inşa edilen tabula recta en Trithemius, ama ekledi bir yinelenen "kelime" (anahtar) switch şifre alfabe her harf. Oysa Alberti ve Trithemius kullanılan bir sabit desen oyuncu değişikliği, Bellaso düzeni ifade deseni, oyuncu değişikliği olabilir kolayca sadece tarafından seçilmesi yeni bir anahtar. Anahtar genellikle tek bir kelime veya kısa ifadeler, bilinen her iki taraf içinde peşin veya iletilen "out of band" ile birlikte olan mesaj. Bellaso yöntemi böylece gerekli güçlü güvenlik için tek anahtar. Olarak nispeten kolay ve güvenli bir kısa anahtar kelime, diyelim ki bir önceki özel konuşma, Bellaso bu sistemi önemli ölçüde daha güvenli.[kaynak belirtilmeli]
Blaise de Vigenère yayınlanan onun tarifine benzer ama daha güçlü ulaşım sağlar, Otomatik anahtar şifreleme önce mahkeme Henry III, Fransa, 1586. Daha sonra, 19. yüzyıl, buluşun Bellaso var şifre yoktu misattributed için Vigenère. David Kahn onun kitap Codebreakers merhum misattribution tarafından söyleyip öyküsü "görmezden gelinen önemli katkı ve yerine adında bir gerici ve temel şifreleme için onu [Vigenère] ama o vardı bir şey yapacağımı.
Vigenère şifreleme son derece güçlü olmak için bir ün kazandı. Tanınmış yazar ve matematikçi Charles Lutwidge Dodgson (Lewis Carroll) adlı Vigenère şifreleme kırılmaz onun 1868 parça "Harflerinin Şifresi" bir çocuk Dergisi. 1917 yılında, Scientific American açıklanan Vigenère şifreleme olarak "imkansız " çeviri". Bu ünü hak değildi. Charles Babbage bilinen gerek kırık bir değişken şifre gibi erken 1854; ancak, mi - yayımlamak onun işi. Kasiski tamamen kırdı şifreyi ve yayınlanan tekniğinde, 19. yüzyıl. Hatta daha önce de bu olsa da, bazı yetenekli cryptanalysts olabilir bazen Ara şifrede 16. yüzyıl.
Vigenère şifre eğer şifre diskleri ile birlikte kullanıldığında alan bir şifre olması için yeteri kadar basit. The Confederate States of America, örneğin, kullanılmış pirinç disk şifreleme için uygulamak Vigenère şifreleme sırasında Amerikan İç Savaşı. Konfederasyon Başkanı mesaj çok gizli ve Birliği düzenli olarak çatlak onların mesajları. Savaş boyunca, Konfederasyon liderlik öncelikle güvenerek üç anahtar sözcük, "Manchester Blöf", "Tam bir Zafer" olarak savaş çıktı yakın, "Gel İntikam".
Gilbert Vernam çalıştı onarım kırılmış şifre (oluşturma Vernam-Vigenère şifreleme 1918), ama ne olursa olsun o yaptı, şifre yoktu hala savunmasız terimi. Vernam işe, ancak sonunda led için one-time pad, bir kanıtlanabilir kırılmaz şifre.[kaynak belirtilmeli]
Açıklama
Bir Sezar şifreleme, her harfin alfabedeki olduğundandır boyunca bir numara olan yerlerde; örneğin, bir Sezar şifreleme shift 3, Bir olur haline D, B, neresi E, Y neresi B ve diğerleri. Bu Vigenère şifreleme oluşur birkaç Sezar şifrelemesi sıra ile farklı kayma değerleri.
Şifrelemek için, bir tablo harfler kullanılabilir, olarak adlandırdığı bir tabula recta, Vigenère kareveya Vigenère tablosu. Bu oluşur alfabesi ile yazılmış 26 kez farklı satır, her alfabe değişti periyodik olarak sola göre daha önceki alfabe, ilgili 26 Olası Sezar şifrelemesi. Farklı noktalarda şifreleme işlemi şifreleme kullanır farklı alfabesinden bir satır. Alfabesi kullanılan her noktasına bağlı bir yinelenen anahtar kelime.[kaynak belirtilmeli]
Örneğin, varsayalım ki düz metin için şifrelenir:
ATTACKATDAWN
Mesajı gönderen kişi bir kelime seçer ve düz metin uzunluğunu eşleşir, örneğin, anahtar kelime "LİMON"kadar tekrarlar:
Her satır bir anahtar harf ile başlar. Geriye kalan satır tutan harfler A Z (değişti düzen). Ancak orada 26 anahtar satır gösterilen, tek kullanım olarak birçok anahtar (farklı harfler) olarak orada benzersiz harflerle anahtarı dize, burada sadece 5 kilo, {L, E, M, O, N}. Art arda gelen harflerin mesaj, biz gitmek için art arda gelen harflerin anahtar dize ve kod her mesaj harf kullanma ile ilgili anahtar satır. Seçin bir sonraki harf tuşuna birlikte kullanılan satır bulmak için sütun başlığını bu maçlar mesaj karakter; mektup kavşağa [anahtar satır, msg-col] bu şifre bu mektup.
Örneğin, ilk mektubun düz metin, Bir, q L, ilk harfi tuşu. Bu kadar satırı kullan L ve sütun Bir en Vigenère Kare, yani L. Benzer biçimde, ikinci harfin düz metin, ikinci harfi tuşu kullanılır; mektup satır E ve sütun T ise X. Düz geri kalanı benzer bir şekilde kabul edilmesi durumunda:
Şifre çözme satırı anahtarı karşılık gelen tabloda gidiyor, bu sırada şifreli metin harfinin konumunu bulmak ve sonra düz metin olarak sütun etiketini kullanarak gerçekleştirilir. Örneğin, satır L (L (EMON), şifreli mesajı L göründüğü sütun Bir, hangisi ilk düz metin harfi. Biz ileri gitmek için sıra E (LEMON), bulun şifreli mesajı X hangisi bulunamadı sütun T, böylece T ikinci düz metin harfi.
Cebirsel açıklama
Vigenère da cebirsel görülebilir. Eğer harfler AZ attı için sayılar 0-25 ve ek olarak gerçekleştirilen modül 26, sonra Vigenère şifrelemesi kullanarak anahtarı olabilir yazılı,

ve şifre çözme anahtarını kullanarak,
,
nerede olduğunu mesaj, bu şifreli metin ve anahtarı elde ederek yinelenen kelime kez, nerede olduğu anahtar uzunluğu.
Böylece kullanarak önceki örnekte, şifreleme anahtarı mektup hesaplama olur sonuç.

Bu nedenle, şifresini çözmek için anahtar harf hesaplama olur sonuç.
Terimi
Bu fikrin arkasındaki Vigenère şifreleme gibi tüm polyalphabetic ciphers, kılık düz metin harfi frekansları, hangi müdahale ile basit bir uygulama frekans analizi. Örneğin, eğer P en sık mektupta bir şifreli metin olan düz metin içinde İngilizce, belki şüpheli O P tekabül E, çünkü E en sık kullanılan harf İngilizce. Ancak, kullanarak Vigenère şifreleme, E olabilir şifre olarak farklı şifreli metin harfleri farklı noktalarında mesajı, böylece yenerek basit frekans analizi.
Birincil zayıflık Vigenère şifreleme tekrarı doğanın kendi anahtar. Eğer bir kriptanalist doğru tahmin anahtar uzunluğu, daha sonra şifreli bir metin olabilir tedavi olarak iç içe Sezar şifrelemesi, tek tek kolay kırılır. Bu Kasiski muayene ve Friedman testi yardımcı olabilir belirlemek anahtar uzunluğu.
Kasiski muayene
1863 yılında Friedrich Kasiski oldu ilk yayınlama için başarılı bir genel saldırı üzerine Vigenère şifreleme. Önceki saldırılara dayanıyordu bilgi düz metin veya kullanım tanınabilir kelime olarak bir anahtar. Kasiski metodu vardı böyle bir bağımlılıkları. Kasiski olsa idi ilk yayınlama için bir hesabın saldırı, açık ki orada başka kimler farkında. 1854 yılında, Charles Babbage oldu kışkırtıldı girmesini Vigenère şifreleme John Hall Brock Thwaites sunulan bir "yeni" şifre Derginin Toplumun sanatı. Ne zaman Babbage gösterdi Thwaites' şifre yoktu aslında sadece başka bir rekreasyon Vigenère şifreleme, Thwaites meydan Babbage için onun mola şifre kodlanmış iki kez, farklı anahtar uzunluğu. Babbage başarılı bir şifre çözücü örnek, hangi çıktı için şiir "Vizyonu Günah", Alfred Tennyson, şifreli göre anahtar kelime "Emily", ilk adı Tennyson karısı. Babbage asla izah yöntemi mi kullanılır. Çalışmaların Babbage notlarını ortaya çıkaran o vardı kullanılan yöntem daha sonra yayınlanan Kasiski ve öneren o oldu. yöntemi kullanarak gibi erken 1846.
Bu Kasiski muayenede denilen Kasiski testi, alır avantaj aslında, tekrarlanan kelimeler, tesadüfen, bazen şifreli kullanarak aynı anahtar mektuplar, lider tekrarlanan gruplar halinde şifreli metin. Örneğin, Düşünün aşağıdakileri kullanarak şifreleme anahtar kelime A:
Anahtar: ABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCD
Düz metin: KRİPTOİSSHORTFORKRİPTOGRAFİSİ
Şifreli metin: CSASTPKVSİQUTGQUCSASTPİUAQJB
Şifreleyici metin içinde kolayca görülen bir tablodur ve Kasiski testi etkili olacaktır.
Burada mesafe arasındaki tekrar CSASTP 16. Öyle tahmin tekrarlanan kesimleri temsil aynı düz metin kesimleri, bu şu anlama gelir: anahtar 16, 8, 4, 2, veya 1 karakter uzunluğunda. (Tüm faktörler arasında mesafe vardır Olası anahtar uzunluğuanahtar uzunluğu bir sadece basit bir Sezar şifreleme, nerede " terimi ise çok daha kolay.) 1 2 anahtar uzunlukları ve gerçek olamayacak kadar kısa olduğu için, sadece 16, 8 veya 4 boy denemek gerekiyor. Daha uzun mesajlar yap testi daha doğru, çünkü onlar genellikle içeren daha fazla tekrarlanan şifreli metin kesimleri. Aşağıdaki metne sahip iki kesimi o tekrar:
Şifreli metin: VHVSSPQUCEMRVBVBBBVHVSURQGİBDUGRNİCJQUCERVUAXSSR
Mesafe arasındaki tekrar VHVS 18. Öyle tahmin tekrarlanan kesimleri temsil aynı düz metin kesimleri, bu şu anlama gelir: anahtarıdır 18, 9, 6, 3, 2, ya 1 karakter uzunluğunda. Mesafe arasındaki tekrar QUCE 30 karakter. Bu demektir ki anahtar uzunluğu olabilir 30, 15, 10, 6, 5, 3, 2, ya 1 karakter uzunluğunda. Alınarak bu kavşak bu birimlerin biri olabilir güvenli bir şekilde sonuçlanması en olası anahtar uzunluğu 6, yılından bu yana 3, 2 ve 1 gerçek olamayacak kadar kısa.
Friedman testi
Friedman test (bazen bilinen olarak kappa testi) icat sırasında 1920'lerin ortalarına gelindiğinde William F. Friedman. Friedman kullanılan dizin tesadüf, hangi önlemler yamuk şifre harf frekansları için mola şifre. Göre bilme ihtimali olan herhangi iki rastgele seçilmiş kaynak dil harfleri aynı (0.067 için monocase İngilizce) olasılık ve rastlantı için bir üniforma rastgele seçim alfabesi (1/26 = 0.0385 İngilizce), anahtar uzunluğu olabilir tahmini olarak:

gözlenen tesadüf hızından

nerede c olduğu büyüklükte alfabesi (26 İngilizce), N ise uzunluğu metin ve n1 ile nc olduğu gözlenen şifreli metin mektup frekansları, tam sayılar.
Bu, ancak, doğruluğu metnin boyutu kadar artar olan sadece bir yaklaşım. Öyle ki pratik olmak gerekli için deneyin çeşitli anahtar uzunluğuna yakın bir tahmin. daha iyi Bir yaklaşım için yinelenen anahtar şifre için kopya şifreli metin satır bir matris olması gibi birçok sütun olarak kabul anahtar uzunluğu, sonra hesaplama ortalama Endeksi tesadüf ile her sütun olarak ayrı ayrı; yapılan her olası anahtar uzunluğu, en yüksek ortalama I. C. o zaman karşılık için büyük olasılıkla anahtar uzunluğu. Bu Tür testler olabilir ile desteklenmiş bilgilerinden Kasiski sınav.
Frekans analizi
Anahtar uzunluğu bilinen bir şifreli metin birçok sütunlara yazılmış, anahtarın tek bir harfe karşılık gelen her bir sütun ile olabilir. Her sütun oluşur düz metin o zaman şifreli bir tek Sezar şifresi; Sezar tuş (shift) sadece mektubun Vigenère anahtar olduğunu kullanılan sütun. Benzer yöntemler kullanarak bu kullanılan kes Sezar şifre harfleri şifreli mesajı olabilir keşfetti.
Bir iyileşme için Kasiski sınav, bilindiği gibi Kerckhoffs' yöntemi, eşleşen her sütunun harfi frekanslara kaymıştır düz metin frekansları keşfetmek anahtarı mektup (Sezar shift) için sütun. Her harf için bir anahtardır bilinen, kriptanalist sadece şifreli mesajı deşifre edebilir ve ortaya düz metin. Kerckhoffs' yöntemi uygulanamaz zaman Vigenère tablosu olmuştur karışmış, yerine kullanarak normal alfabetik sıraları, ancak Kasiski muayene ve testler tesadüf olabilir hala belirlemek için kullanılan anahtar uzunluğu bu durumda.
Anahtar eleme
Normal alfabe ile Vigenère şifreleme aslında değişmeli olan modül aritmetik kullanır. Eğer anahtar uzunluğu bilinen (veya tahmin) sonra çıkarılarak şifre metin kendisini, ofset, anahtar uzunluğu, üretim, düz metin şifreli kendini. Eğer herhangi bir "olası" sözcüğü içinde düz metin olduğu bilinen veya tahmin edilmesi, sonra kendi kendine şifreleme olabilir kabul, izin, kurtarma anahtarı tarafından çıkarılarak bilinen düz metin gelen şifreli bir metin. Anahtar kaldırılmasına özellikle karşı faydalıdır kısa mesajlar.
Türevleri
Bu çalışan anahtar değişken Vigenère şifreleme olduğunu da kabul kırılmaz bir zaman. Bu sürümü kullanır gibi önemli bir blok metin olarak düz metin. Beri anahtarı olduğu sürece mesaj Friedman ve Kasiski testleri artık çalışmıyor (anahtar değil tekrarlanan). 1920 yılında, Friedman oldu ilk keşfetmek bu varyant zayıf. Sorun ile çalışan anahtar Vigenère şifreleme olduğunu kriptanalist vardır istatistiki bilgiler hakkında anahtar (varsayarak o blok metin olarak bilinen bir dil) ve bu Bilgi olacak yansıtıldı şifreli mesajı.
Eğer gerçekten rastgele olan bir anahtar kullanarak şifreli mesajı sürece en az ve sadece bir kez kullanılır, Vigenère şifreleme teorik olarak kırılamaz. Ancak, bu durum anahtar, şifre, şifreleme gücü sağlar ve bu sistemler düzgün olarak adlandırılan toplu olarak one-time pad sistemleri, ne olursa olsun, hangi şifreleri var istihdam.
Vigenère aslında icat edilmiş bir güçlü şifreleme: bir ulaşım sağlar, Otomatik anahtar şifre. Adı "Vigenère şifreleme oldu" ile ilişkili basit bir polyalphabetic şifre yerine. Aslında, bu iki şifre vardı genellikle karışık ve her ikisi de bazen sözde "le chiffre indéchiffrable". Babbage aslında beş parasız çok daha güçlü bir ulaşım sağlar, Otomatik anahtar şifresi, Kasiski yaparken genellikle kredi ile ilk yayınlanan çözüm için sabit anahtar polyalphabetic ciphers.
Basit bir türevi Vigenère şifreleme yöntemi kullanarak, Vigenère şifreleme kullanarak şifrelemek ve şifresini çözmek için. Bu yöntem bazen olarak anılacaktır "Variant Beaufort". Bu farklı gelen Beaufort şifre, yarattığı Francis Beaufort, yine de benzer Vigenère kullanır ama biraz değiştirilmiş şifreleme mekanizması ve tablo. Beaufort şifredir bir karşılıklı şifre.
Bu Vigenère şifre bariz gücüne rağmen, hiçbir zaman yaygın olarak Avrupa'da kullanılır oldu. Bu Gronsfeld şifredir bir değişken tarafından oluşturulan Sayım Gronsfeld olan özdeş için Vigenère şifreleme hariç, o kullanır sadece 10 farklı şifre alfabe (ilgili rakamları 0'dan 9'a kadar). Bu Gronsfeld şifredir güçlendirdi çünkü onun anahtarı değil bir kelime, ama o zayıf çünkü elinde sadece 10 şifre alfabeler. Gronsfeld var şifre mi olmak yaygın olarak kullanılan boyunca Almanya ve Avrupa, rağmen zayıf.