Войти
Система Playfair была изобретена Чарльзом Уитстоном, который первым описал ее в 1854. шифр Плейфэра или квадрат Плейфэра или шифр Уитстона-Плейфэра - это ручное симметричное шифрование и был первым буквальным шифром подстановки биграммы. 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 более сложном шифре Виженера используемых систем. Таким образом, Playfair значительно сложнее 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 данном контексте), для того, чтобы быть полезным, требуется значительно больший зашифрованный текст.
Лорд Плейфейр, который активно продвигал его использование. Шифр Playfair был первый шифр для шифрования пар букв в криптологической истории. Уитстон изобрел шифр секретности в телеграфии, но он носит имя его друга лорда Плейфэра, во-первых Барон Плейфейр из Сент-Эндрюса, который способствовал его использованию. Первое записанное описание шифра Playfair было в документе, подписанном Уитстоном 26 марта 1854 года.
Первоначально он был отклонен Министерством иностранных дел Великобритании, когда он был разработан из-за его предполагаемой сложности. Уитстон предложил продемонстрировать, что трое из четырех мальчиков в соседней школе могут научиться пользоваться им за 15 минут, но заместитель министра иностранных дел ответил: «Это очень возможно, но вы никогда не сможете научить этому атташе». 127>
Однако позже он использовался в тактических целях британскими войсками в Второй англо-бурской войне и в Первой мировой войне, а также для той же цели британцы и австралийцы во время Второй мировой войны. Это произошло потому, что Playfair достаточно быстр в использовании и не требует специального оборудования - только карандаш и немного бумаги. Типичный сценарий использования Playfair заключался в защите важных, но не критических секретов во время реальных боевых действий, например. тот факт, что артиллерийский обстрел дымовыми снарядами начнется в течение 30 минут для прикрытия продвижения солдат к следующей цели. К тому времени, когда вражеские криптоаналитики смогут расшифровать такие сообщения через несколько часов, такая информация станет для них бесполезной, потому что она больше не будет актуальной.
Во время Второй мировой войны правительство Новой Зеландии использовало ее. для связи между Новой Зеландией, островами Чатем и береговыми наблюдателями на островах Тихого океана. Береговые наблюдатели учреждены Royal Australian Флот Разведка также использовала этот шифр.
Playfair больше не используется вооруженными силами из-за появления цифровых устройств шифрования. Этот шифр сейчас считается небезопасным для любых целей, потому что современные компьютеры могут легко взломать его за микросекунды.
Первое опубликованное решение шифра Playfair было описано в 19-страничной брошюре лейтенанта Джозефа О. Моборна, опубликованной в 1914 году.
Шифр Playfair использует таблицу 5 на 5, содержащую ключевое слово или фразу. Запоминание ключевого слова и 4 простых правила - это все, что требовалось для создания таблицы 5 на 5 и использования шифра.
Чтобы сгенерировать таблицу ключей, нужно сначала заполнить пробелы в таблице (модифицированный квадрат Полибия ) буквами ключевого слова (отбрасывая любые повторяющиеся буквы), а затем заполнить оставшиеся пробелы с остальными буквами алфавита по порядку (обычно пропускают «J» или «Q», чтобы уменьшить размер алфавита; в других версиях «I» и «J» помещаются в одно и то же пространство). Ключ может быть написан в верхних строках таблицы слева направо или другим способом, например, спиралью, начинающейся в верхнем левом углу и заканчивающейся в центре. Ключевое слово вместе с условными обозначениями для заполнения таблицы 5 на 5 составляет ключ шифрования.
Чтобы зашифровать сообщение, можно разбить сообщение на биграммы (группы из 2 букв) так, чтобы, например, «HelloWorld» превратилось в «HE LL OW OR LD». Эти биграммы будут заменены с помощью ключевой таблицы. Поскольку для шифрования требуются пары букв, сообщения с нечетным числом символов обычно добавляют необычную букву, такую как «X», для завершения окончательной биграммы. Две буквы биграммы считаются противоположными углами прямоугольника в таблице ключей. Чтобы выполнить замену, примените следующие 4 правила по порядку к каждой паре букв в открытом тексте:
Для расшифровки используйте обратную (противоположную) букву последние 3 правила и первое как есть (удаление лишних «X» или «Q», которые не имеют смысла в окончательном сообщении по завершении).
Существует несколько незначительных вариаций исходного шифра Playfair.
Использование "примера playfair" в качестве ключа (при условии, что I и J взаимозаменяемы), таблица становится (пропущенные буквы красного цвета):
PLAYFIREXMBCDGHKNOQST UVWZ
Шифрование сообщения «Спрячьте золото в пне» (обратите внимание на нулевой «X», используемый для разделения повторяющихся «E»):
ПРИВЕТСТВИЕ ЗДРАВООХРАНЕНИЮ ^
| 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 вставлен для разделения EE) находится в строке, замените ее на XM |  |
| 11. Пара ES образует прямоугольник, замените его на MO | |
| 12. Пара TU находится в ряду, замените ее на UV | |
| 13. Пара MP образует прямоугольник, замените его на IF |
BM OD ZB XD NA BE KU DM UI XM MO UV IF
Таким образом, сообщение «Скрыть золото в пне» становится «BMODZ BXDNA BEKUD MUIXM MOUVI F ". (Разрывы включены для облегчения чтения зашифрованного текста.)
Предположим, кто-то хочет зашифровать биграмму ИЛИ. Существует пять общих случаев:
1) * * * * * * OYRZ * * * * * * * * * * * * * * * Следовательно, OR → YZ | 2) * * O * * * * B * * * * * * * * * R * * * * Y * * Следовательно, OR → BY | 3) Z * * O * * * * * * * * * * * R * * X * * * * * * Следовательно, OR → ZX | 4) * * * * * * * * * * * ORC * * * * * * * * * * * Следовательно, OR → RC | 5) * * * * * * * * R * * * * O * * * * I * * * * * * * Следовательно, OR → IO |
Как и большинство классических шифров, шифр Playfair можно легко взломать, если имеется достаточно текста. Получить ключ относительно просто, если известны как открытый текст, так и зашифрованный текст. Когда известен только зашифрованный текст, метод грубой силы криптоанализ шифра включает поиск в ключевом пространстве совпадений между частотой появления биграмм (пар букв) и известной частотой появления биграмм в предполагаемой язык исходного сообщения.
Криптоанализ Playfair аналогичен анализу четырехквадратного и двухквадратного шифров, хотя относительная простота системы Playfair делает легче определять возможные строки открытого текста. В частности, орграф Playfair и его обратная сторона (например, AB и BA) будут дешифровать один и тот же буквенный образец в открытом тексте (например, RE и ER). В английском языке есть много слов, которые содержат эти перевернутые диграфы, например, REceivER и DEpartED. Идентификация ближайших перевернутых орграфов в зашифрованном тексте и сопоставление шаблона со списком известных слов открытого текста, содержащего 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 предполагаемый открытый текст похож на стандартный открытый текст, чем до изменения (возможно, путем сравнения биграмм с известной частотной диаграммой). Если новый квадрат считается улучшением, он принимается, а затем изменяется, чтобы найти еще лучшего кандидата. В конце концов, открытый текст или что-то очень близкое к нему позволяет получить максимальную оценку при любом выбранном методе оценки. Очевидно, что это выходит за рамки обычного человеческого терпения, но компьютеры могут использовать этот алгоритм для взлома шифров Playfair с относительно небольшим объемом текста.
Еще один 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, а длина сообщения достаточно велика, чтобы сделать это статистически значимым, весьма вероятно, что используется метод шифрования Playfair.
Хороший учебник по восстановлению ключа для шифра Playfair можно найти в главе 7 «Решение для полиграфических систем замены» Полевого руководства 34-40-2, выпущенного Армия Соединенных Штатов. Другой криптоанализ шифра Playfair можно найти в главе XXI книги Хелен Фуше Гейнс, Криптоанализ / исследование шифров и их решений.
Подробный криптоанализ Playfair проводится в главе 28 книги Дороти Л. Детективный роман Сайерса У него есть 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 Сейерса включает подробное описание механизма шифрования Playfair, а также пошаговое описание ручного криптоанализа.
Немецкая армия, авиация и полиция использовали шифр Double Playfair как шифр среднего уровня во Второй мировой войне, основанный на британском шифре Playfair, который они взломали в начале Первой мировой войны. Они адаптировали его, введя второй квадрат, из которого выбиралась вторая буква каждой биграммы, и отказались от ключевого слова, разместив буквы в случайном порядке. Но из-за немецкой любви к формальным сообщениям они были сломаны в Блетчли-парке. Сообщениям предшествовал порядковый номер, и цифры 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 (Смит, стр. 74-75)
Продвинутые тематические загадочные кроссворды вроде The Listener Crossword (опубликовано в субботнем выпуске британской газеты The Times ) иногда включают Playfair шифры. Обычно от четырех до шести ответов необходимо ввести в таблицу в коде, и ключевая фраза Playfair имеет тематическое значение для окончательного решения.
Шифр хорошо поддается разгадыванию 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 как часть преамбулы 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.
