Klassiske chifre: Caesar, ROT13, Atbash og affine

Klartekst, chiffertekst og nøkler

Den opprinnelige meldingen er klarteksten. Den forvrengte versjonen er chifferteksten. Et chiffer er regelen som gjør den ene om til den andre, og nøkkelen er den hemmelige detaljen som bestemmer nøyaktig hvilken forvrengning som skal brukes.

En god vane, som stammer fra 1800-tallet, er å anta at fienden kjenner chiffermetoden, og at bare nøkkelen er hemmelig. Alt nedenfor bør vurderes etter denne standarden: Hvis noen vet hva du gjorde, men ikke nøkkelen din, kan de likevel lese meldingen din?

Caesar-skift: flytt alfabetet

Cæsar-forskyvningen flytter hver bokstav fremover med en fast mengde. Bruk en forskyvning på 3, så skrives A som D og B som E, mens Z går rundt igjen til C. Den romerske forfatteren Suetonius forteller at Julius Cæsar brukte dette i militære brev.

Antallet plasser er nøkkelen. Alle som kjenner den, kan forskyve tilbake. Problemet er hvor få nøkler det finnes: bare 25 nyttige forskyvninger. En angriper kan ganske enkelt prøve dem alle, et brute-force-søk som tar ett minutt for hånd og ingen tid i det hele tatt på en datamaskin.

ROT13

ROT13 låser Cæsar-forskyvningen til 13 plasser. Siden alfabetet har 26 bokstaver, tar to forskyvninger på 13 deg tilbake til start. Kryptering og dekryptering er den samme operasjonen. Forum brukte det til å skjule spoilere fordi det hindrer et tilfeldig blikk, ikke fordi det beskytter noe.

Atbash: det speilvendte alfabetet

Atbash skriver alfabetet baklengs under seg selv, slik at A passer sammen med Z, B med Y, C med X og så videre. Det kommer fra det hebraiske alfabetet og finnes i noen gamle tekster.

I likhet med ROT13 har det ingen nøkkel i det hele tatt og opphever seg selv: speil speilbildet, så er du tilbake. Det gjør det til en gåte, ikke en lås. Så snart noen kjenner igjen mønsteret, er alle meldinger som noen gang er skrevet med det, åpne.

Affin kryptering: multipliser, og forskyv deretter

Gi hver bokstav et tall, A = 0 til Z = 25. Den affine cipher tar dette tallet, multipliserer med a, legger til b og går rundt ved 26:

E(x) = (a·x + b) mod 26

Sett a = 1, så er du tilbake til en vanlig Cæsar-forskyvning. Multiplikasjon sprer bokstaver som ligger nær hverandre, langt fra hverandre, slik at resultatet ser mer forvrengt ut.

Det finnes en hake. For at dekryptering skal fungere, må hver krypterte bokstav komme fra nøyaktig én ukryptert bokstav. Det skjer bare når a ikke har noen felles faktor med 26. Derfor fungerer a = 3 og a = 5, men a = 2 eller a = 13 fungerer ikke, fordi de ville sendt to forskjellige bokstaver til samme sted. Bare 12 verdier av a er tillatt, noe som sammen med 26 verdier av b gir 312 nøkler. Bedre enn 25, men fortsatt svært lite for en datamaskin.

Substitusjon med nøkkelord: en hvilken som helst omstokking

Hvorfor flytte hver bokstav etter en regel? Et substitusjonschiffer lar nøkkelen være et hvilket som helst omstokket alfabet. For å gjøre omstokingen lett å huske skriver du først et nøkkelord, fjerner gjentatte bokstaver og legger deretter til de bokstavene som mangler, i riktig rekkefølge. Nøkkelordet ZEBRAS gir nøkkelalfabetet ZEBRASCDFGHIJKLMNOPQTUVWXY, så A blir til Z, B blir til E, C blir til B, og så videre.

Antallet mulige omstokinger er 26 fakultet, omtrent 4 × 10²⁶. Det er håpløst å prøve dem alle, så substitusjon så uknuselig ut i århundrer. Det var det ikke.

Hvorfor ingen av disse er sikre i dag

Substitusjonschiffere har en fatal svakhet: En bokstav blir alltid til den samme bokstaven. Derfor overlever språkmønsteret. På engelsk forekommer E oftest, deretter T, A og O, mens Q og Z er sjeldne. Lærde i den islamske verden beskrev frekvensanalyse rundt 800-tallet: tell bokstavene i chifferteksten, koble den vanligste til E, og bruk ordmønstre (et ord med én bokstav er sannsynligvis A eller I) for å finne resten.

Lengre meldinger gir bedre statistikk, så selv et enormt nøkkelrom hjelper ikke. Moderne chiffere er laget slik at chifferteksten ikke viser slike mønstre, og sikkerheten deres bygger på nøkler som er altfor store til å gjettes. Bruk velprøvde moderne verktøy til alt som er viktig, og aldri din egen løsning.

Slik utforsker du dette i laboratoriet

Laboratoriet for koder og chiffere gir deg et chifferhjul du kan dreie på, pluss verktøy for å telle bokstaver og teste gjetninger. En god rekkefølge gjennom den gratis første verdenen:

1. Start med Cæsarforskyvning og prøv å knekke den.
2. Se selv-inverterende oppførsel i ROT13, og deretter Atbash.
3. Test hvilke multiplikatorer som fungerer i Affine: multipliser, så forskyv.
4. Lag en omstokket nøkkel i Nøkkelordsubstitusjon.

Dette er en forenklet undervisningsmodell av historiske chiffere. Den skal gi en intuitiv forståelse av nøkler og angrep, ikke beskytte ekte meldinger.