الشفرات الكلاسيكية: شيفرة قيصر، وROT13، وAtbash، والشفرة التآلفية.

النص الأصلي، النص المشفر والمفاتيح.

الرسالة الأصلية هي النص الصريح. والنسخة المشفّرة هي النص المُعمّى. أما الشيفرة فهي القاعدة التي تحوّل أحدهما إلى الآخر، والمفتاح هو التفصيل السري الذي يحدّد بالضبط أي تشفير يُستخدم.

من العادات الجيدة، التي يعود تاريخها إلى 1800s، افتراض أن العدو يعرف طريقة الشيفرة، وأن المفتاح وحده هو السري. ينبغي تقييم كل ما يلي وفقًا لهذا المعيار: إذا عرف شخص ما ما فعلته، لكنه لم يعرف مفتاحك، فهل سيظل قادرًا على قراءة رسالتك؟

إزاحة قيصر: قم بتحريك الأبجدية.

تُحرّك إزاحة قيصر كل حرف إلى الأمام بمقدار ثابت. استخدم إزاحة مقدارها 3، فسيُكتب A على شكل D، وB على شكل E، بينما يعود Z إلى C. ويذكر الكاتب الروماني سويتونيوس أن يوليوس قيصر استخدم هذه الطريقة في الرسائل العسكرية.

عدد المواضع هو المفتاح. وكل من يعرفه يستطيع الإزاحة إلى الخلف. تكمن المشكلة في قلة عدد المفاتيح: لا يوجد سوى 25 إزاحة مفيدة. يستطيع المهاجم تجربتها كلها ببساطة، في بحث يُسمى القوة الغاشمة، ويستغرق دقيقة عند تجربته يدويًا ولا يستغرق وقتًا يُذكر على الكمبيوتر.

ROT13

يثبّت ROT13 إزاحة قيصر عند 13 موضعًا. وبما أن الأبجدية تتكوّن من 26 حرفًا، فإن إجراء إزاحتين بمقدار 13 يعيدك إلى البداية. التشفير وفك التشفير هما العملية نفسها. استخدمته المنتديات لإخفاء الحرق، لأنه يمنع النظرة العابرة، لا لأنه يحمي أي شيء.

أتباش: الأبجدية المعكوسة.

تكتب أتـباش الأبجدية بالعكس تحت نفسها، بحيث يقترن A بـ Z، وB بـ Y، وC بـ X، وهكذا. وتأتي من الأبجدية العبرية، وتظهر في بعض النصوص القديمة.

ومثل ROT13، لا تمتلك أي مفتاح على الإطلاق، وتلغي نفسها بنفسها: اعكس الانعكاس وستعود إلى البداية. وهذا يجعلها لغزًا، لا قفلًا. فبمجرد أن يتعرّف أي شخص على النمط، تصبح كل رسالة كُتبت بها مفتوحة.

شفرة أفين: اضرب، ثم قم بالإزاحة.

أعطِ كل حرف عددًا، بحيث يكون A = 0 حتى Z = 25. تأخذ شفرة affine هذا العدد، وتضربه في a، ثم تضيف b، وتعيده إلى المجال عند الوصول إلى 26:

E(x) = (a·x + b) mod 26

اجعل a = 1، وستعود إلى إزاحة قيصر العادية. يجعل الضرب الحروف المتجاورة متباعدة كثيرًا، فتبدو الرسالة أكثر تشويشًا.

لكن هناك مشكلة. لكي ينجح فك التشفير، يجب أن يأتي كل حرف مشفّر من حرف أصلي واحد بالضبط. ولا يحدث ذلك إلا عندما لا يشترك a مع 26 في أي عامل مشترك. لذلك تنجح a = 3 وa = 5، لكن a = 2 أو a = 13 لا تنجحان، لأنهما ستجعلان حرفين مختلفين يصلان إلى الموضع نفسه. لا يُسمح إلا بـ 12 قيمة لـ a، ومع 26 قيمة لـ b نحصل على 312 مفتاحًا. وهذا أفضل من 25، لكنه لا يزال عددًا صغيرًا جدًا بالنسبة إلى الحاسوب.

الاستبدال باستخدام الكلمات المفتاحية: أي نوع من التبديل.

لماذا نحرّك كل حرف وفق قاعدة؟ تتيح شفرة الاستبدال أن يكون المفتاح أبجديةً مخلوطةً بأي طريقة. ولجعل هذا الخلط سهل التذكّر، اكتب كلمة مفتاحية أولًا، واحذف الحروف المكررة، ثم أضف الحروف غير المستخدمة بالترتيب. تعطي الكلمة المفتاحية ZEBRAS أبجدية المفتاح ZEBRASCDFGHIJKLMNOPQTUVWXY، لذلك يتحول A إلى Z، وB إلى E، وC إلى B، وهكذا.

عدد الخلطات الممكنة هو 26 عامليًا، أي نحو 4 × 10²⁶. إن تجربتها كلها أمر مستحيل، لذلك بدت شفرات الاستبدال غير قابلة للكسر لقرون. لكنها لم تكن كذلك.

لماذا لا تعتبر أي من هذه الطرق آمنة في الوقت الحاضر.

لدى شفرات الاستبدال عادة قاتلة: يتحول الحرف دائمًا إلى الحرف نفسه. لذلك يبقى شكل اللغة ظاهرًا. في الإنجليزية، يظهر الحرف E أكثر من غيره، يليه T ثم A وO، بينما يظهر Q وZ نادرًا. وصف علماء في العالم الإسلامي تحليل التردد نحو القرن التاسع: عُدَّ الحروف في النص المشفّر، وطابِق أكثرها تكرارًا مع E، واستخدم أنماط الكلمات (فالكلمة المؤلفة من حرف واحد تكون على الأرجح A أو I) لاستكمال الباقي.

تعطي الرسائل الأطول إحصاءات أفضل، لذلك لا تساعد حتى مساحة مفاتيح ضخمة. تُصمَّم الشفرات الحديثة بحيث لا يُظهر النص المشفّر مثل هذه الأنماط، وتعتمد أمانتها على مفاتيح أكبر بكثير من أن يمكن تخمينها. بالنسبة إلى أي شيء حقيقي، استخدم أدوات حديثة مُختبرة جيدًا، ولا تبتكر نظامك الخاص أبدًا.

كيفية استكشاف ذلك في المختبر.

يمنحك مختبر الرموز والشفرات عجلة شيفرات يمكنك تدويرها، إلى جانب أدوات لعدّ الحروف واختبار التخمينات. إليك مسارًا جيدًا عبر العالم المجاني الأول:

1. ابدأ بـ إزاحة قيصر وحاول فكّ شفرة منها.
2. اكتشف خاصية الانعكاس الذاتي في ROT13، ثم أتباش.
3. اختبر معاملات الضرب التي تصلح في الشيفرة الأفينية: اضرب ثم أزِح.
4. أنشئ مفتاحًا بترتيب عشوائي في الاستبدال بالكلمة المفتاحية.

هذا نموذج تعليمي مبسّط للشفرات التاريخية. وهو يهدف إلى تكوين فهم حدسي للمفاتيح والهجمات، لا إلى حماية الرسائل الحقيقية.