Sifir Klasik: Caesar, ROT13, Atbash dan Affine

Teks biasa, teks sifer dan kunci

Mesej asal ialah teks biasa. Versi yang diacak ialah teks sifer. Sifir ialah peraturan yang menukarkan satu kepada yang lain, manakala kunci ialah butiran rahsia yang menentukan dengan tepat cara pengacakan itu dilakukan.

Satu tabiat baik yang bermula sejak tahun 1800-an ialah menganggap musuh mengetahui kaedah sifir dan hanya kuncinya yang dirahsiakan. Semua yang berikut harus dinilai mengikut piawaian itu: jika seseorang tahu apa yang anda lakukan tetapi tidak mengetahui kunci anda, bolehkah mereka tetap membaca mesej anda?

Anjakan Caesar: gelongsorkan abjad

Anjakan Caesar mengalihkan setiap huruf ke hadapan sebanyak satu nilai tetap. Gunakan anjakan 3: A ditulis sebagai D, B sebagai E, manakala Z kembali ke C. Penulis Rom Suetonius melaporkan bahawa Julius Caesar menggunakan kaedah ini pada surat-surat ketenteraan.

Bilangan kedudukan ialah kuncinya. Sesiapa yang mengetahuinya boleh mengalihkan huruf kembali. Masalahnya ialah bilangan kunci yang sangat sedikit: hanya 25 anjakan yang berguna. Penyerang hanya perlu mencuba semuanya, iaitu carian brute-force yang mengambil masa seminit jika dibuat dengan tangan dan hampir tiada masa langsung pada komputer.

ROT13

ROT13 menetapkan anjakan Caesar pada 13 kedudukan. Oleh sebab abjad mempunyai 26 huruf, dua anjakan sebanyak 13 akan membawa anda kembali ke permulaan. Penyulitan dan penyahsulitan ialah operasi yang sama. Forum menggunakannya untuk menyembunyikan spoiler kerana ia menghalang pandangan sepintas lalu, bukannya kerana ia benar-benar melindungi apa-apa.

Atbash: abjad bercermin

Atbash menulis abjad secara terbalik di bawah abjad asal, jadi A berpasangan dengan Z, B dengan Y, C dengan X dan seterusnya. Kaedah ini berasal daripada abjad Ibrani dan muncul dalam beberapa teks purba.

Seperti ROT13, ia langsung tiada kunci dan boleh membatalkan dirinya sendiri: cerminkan sekali lagi dan anda kembali ke asal. Jadi, ia lebih sesuai sebagai teka-teki, bukan kunci. Sebaik sahaja seseorang mengenal pasti coraknya, setiap mesej yang pernah ditulis dengan kaedah ini akan terbuka.

Sif afine: darab, kemudian anjak

Berikan setiap huruf satu nombor, A = 0 hingga Z = 25. Sif afine mengambil nombor itu, mendarabkannya dengan a, menambah b, kemudian membuat pusingan semula pada 26:

E(x) = (a·x + b) mod 26

Tetapkan a = 1 dan anda kembali kepada anjakan Caesar biasa. Pendaraban menjauhkan huruf-huruf yang bersebelahan, lalu hasilnya kelihatan lebih bercelaru.

Namun, ada satu masalah. Untuk penyahsulitan berfungsi, setiap huruf teks sifer mestilah datang daripada tepat satu huruf teks biasa. Hal ini hanya berlaku apabila a tidak mempunyai faktor sepunya dengan 26. Jadi a = 3 dan a = 5 boleh digunakan, tetapi a = 2 atau a = 13 tidak boleh, kerana kedua-duanya akan menghantar dua huruf berbeza ke tempat yang sama. Hanya 12 nilai a dibenarkan, dan dengan 26 nilai b, jumlahnya ialah 312 kunci. Lebih baik daripada 25, tetapi masih sangat sedikit untuk komputer.

Penggantian kata kunci: apa-apa susunan semula

Mengapa mengalihkan setiap huruf mengikut satu peraturan? Sifer penggantian membolehkan kunci itu berupa apa-apa abjad yang disusun semula. Untuk memudahkan susunan ini diingati, tulis kata kunci dahulu, buang huruf yang berulang, kemudian tambahkan huruf yang belum digunakan mengikut susunan. Kata kunci ZEBRAS memberikan abjad kunci ZEBRASCDFGHIJKLMNOPQTUVWXY, jadi A bertukar menjadi Z, B menjadi E, C menjadi B, dan seterusnya.

Bilangan susunan yang mungkin ialah 26 faktorial, kira-kira 4 × 10²⁶. Mencuba semuanya tidak mungkin dilakukan, jadi sifer penggantian kelihatan mustahil dipecahkan selama berabad-abad. Sebenarnya tidak.

Mengapa tiada satu pun daripada ini selamat hari ini

Sifer penggantian mempunyai kelemahan yang membawa padah: sesuatu huruf sentiasa menjadi huruf yang sama. Jadi bentuk bahasa itu kekal. Dalam bahasa Inggeris, E paling kerap muncul, diikuti T, A dan O, manakala Q dan Z jarang muncul. Para sarjana di dunia Islam menerangkan analisis frekuensi sekitar abad kesembilan: kira huruf dalam teks sifer, padankan huruf yang paling kerap dengan E, dan gunakan corak perkataan (perkataan satu huruf mungkin A atau I) untuk melengkapkan yang lain.

Mesej yang lebih panjang memberikan statistik yang lebih baik, jadi ruang kunci yang sangat besar pun tidak membantu. Sifer moden direka supaya teks sifer tidak menunjukkan corak seperti itu, dan keselamatannya bergantung pada kunci yang terlalu besar untuk diteka. Untuk apa-apa yang sebenar, gunakan alat moden yang telah diuji dengan baik, jangan cipta kaedah sendiri.

Cara menerokainya dalam makmal

Makmal Kod & Sifer memberikan anda roda sifer yang boleh dipusing, serta alat untuk mengira huruf dan menguji tekaan. Urutan yang baik untuk melalui dunia pertama yang percuma:

1. Mulakan dengan Anjakan Caesar dan cuba memecahkannya.
2. Lihat tingkah laku songsang kendiri dalam ROT13, kemudian Atbash.
3. Uji gandaan yang berfungsi dalam Afina: darab, kemudian anjak.
4. Bina kunci yang disusun semula dalam Penggantian kata kunci.

Ini ialah model pengajaran yang dipermudahkan bagi sifer sejarah. Tujuannya adalah untuk membina pemahaman tentang kunci dan serangan, bukan untuk melindungi mesej sebenar.