Transpozitsiya shifri - Transposition cipher

Yilda kriptografiya, a transpozitsiya shifri ning birliklari egallagan pozitsiyalar shifrlash usuli Oddiy matn (odatda belgilar yoki belgilar guruhlari) odatiy tizimga qarab siljiydi, shunday qilib shifrlangan matn tashkil etadi a almashtirish ochiq matn. Ya'ni birliklarning tartibi o'zgartiriladi (ochiq matn qayta tartiblanadi). Matematik jihatdan a ikki tomonlama funktsiyasidan foydalanib, belgilar pozitsiyasida shifrlash va an teskari funktsiya parolini ochish.

Quyida ba'zi bir ilovalar keltirilgan.

Temir panjarali shifr

Asosiy maqola: Temir yo'l to'siq shifrlari

Temir panjara shifri - bu kodlash usulidan nom olgan transpozitsiya shifrining bir shakli. Temir panjara shifrida oddiy matn pastga va diagonal ravishda xayoliy devorning ketma-ket "relslariga" yoziladi, so'ngra pastga tushganimizda yuqoriga ko'tariladi. Keyin xabar qatorlar bilan o'qiladi. Masalan, uchta "rels" va "BIZ BIR BOShQA QO'YINGIZ Kashf etamiz" degan xabarni ishlatib, shifrlovchi quyidagilarni yozadi:

V . . E. . . C . . R. . . L. . . T. . . E. E. R. D. S. O. E. E. F. E. A. O. C ... A. . . Men. . . V. . . D. . . E. . . N. .

Keyin o'qiydi:

WECRL TEERD SOEEF EAOCA IVDEN

(Shifr bu xatolarni oldini olish uchun ushbu blokirovkani beshtadan bloklarga ajratdi. Bu shifrni osonroq o'qish uchun ishlatiladigan keng tarqalgan usul. Bo'shliq oddiy matndagi bo'shliqlar bilan bog'liq emas va shuning uchun Oddiy matn.)

O'roq

Panjara panjarasi shifriga o'xshash naqshga amal qiladi skytale, tomonidan ishlatiladigan transpozitsiya shifrini ishlab chiqarishning mexanik tizimi qadimgi yunonlar. Tizim silindr va silindrga o'ralgan lentadan iborat edi. Shifrlanadigan xabar o'ralgan lentada yozilgan. Lenta silindrdan o'ralgan holda, asl xabarning harflari qayta tartibga solinadi. Biroq, lenta shifrlash tsilindri bilan bir xil diametrli tsilindrni orqaga qaytarganda, xabar osongina shifrdan chiqarildi.[1]. Avvalgi misoldan foydalanib, agar silindr atrofi atrofida atigi uchta harf sig'adigan darajada radius bo'lsa, shifr yozadi:

V. . E. . A. . R. . E. . D. . Men. . S. . C. O. . V. . E. . R. . E. . D. . F. . L. ... E. . E. . A. . T. . O. . N. . C . E.

Ushbu misolda silindr gorizontal ravishda ishlaydi va lenta vertikal ravishda o'raladi. Shunday qilib, shifrlovchi quyidagicha o'qiydi:

WOEEV EAEAR RTEEO DDNIF CSLEC

Yo'nalish shifrlari

Yo'nalish shifrida oddiy matn dastlab berilgan o'lchovlar panjarasida yoziladi, so'ngra kalitda berilgan tartibda o'qiladi. Masalan, biz foydalangan bir xil oddiy matndan foydalanish temir panjara:

W R I O R F E OE E E S V E L A N J A D C E D E T C X

Kalitda "o'ng tomondan yuqoriga qarab, soat yo'nalishi bo'yicha spiral ichkariga" belgilanishi mumkin. Bu quyidagilarning shifrlangan matnini beradi:

EJXCTEDEC DAEWRIORF EONALEVSE

Yo'nalish shifrlari temir to'siqdan ko'ra ko'proq kalitlarga ega. Darhaqiqat, o'rtacha uzunlikdagi xabarlar uchun mumkin bo'lgan kalitlarning soni zamonaviy texnika tomonidan ham sanab o'tilishi mumkin emas. Biroq, barcha kalitlar bir xil darajada yaxshi emas. Noto'g'ri tanlangan marshrutlar ortiqcha matnli qismlarni qoldiradi yoki oddiygina matn o'zgartiriladi va bu kriptanalizatorlarga marshrutlar haqida ma'lumot beradi.

Marshrut shifrining o'zgarishi Union kuchlari tomonidan ishlatilgan Union Route Cipher edi Amerika fuqarolar urushi. Bu odatdagi marshrut shifriga o'xshab ishladi, lekin alohida harflar o'rniga butun so'zlarni ko'chirdi. Bu juda sezgir so'zlarni ochiq qoldirishi sababli, bunday so'zlar avval yashiringan bo'lar edi kod. Shifrlash xizmatchisi, shuningdek, ko'pincha matnni kulgili qilish uchun tanlangan bo'sh so'zlarni ham qo'shishi mumkin.[iqtibos kerak ]

Ustunli transpozitsiya

Ustunli transpozitsiyada xabar belgilangan uzunlikdagi qatorlarga yoziladi va keyin yana ustunlar ustuni bo'yicha o'qiladi va ustunlar bir necha tartibda tanlanadi. Qatorlarning kengligi ham, ustunlar almashinuvi ham odatda kalit so'z bilan belgilanadi. Masalan, kalit so'z ZEBRAS uzunligi 6 ga teng (shuning uchun qatorlar uzunligi 6 ga teng), almashtirish esa kalit so'zdagi harflarning alifbo tartibida belgilanadi. Bunday holda, buyurtma "6 3 2 4 1 5" bo'ladi.

Muntazam ustunli transpozitsiya shifrida har qanday bo'sh joy bo'sh joylar bilan to'ldiriladi; tartibsiz ustunli transpozitsiya shifrida bo'shliqlar bo'sh qoldiriladi. Va nihoyat, xabar ustunlar bilan, kalit so'z bilan belgilangan tartibda o'qiladi. Masalan, biz kalit so'zdan foydalanamiz ZEBRAS va xabar BIZ Kashf etilganmiz. BIR QACHON QO'YING. Muntazam ustunli transpozitsiyada biz buni tarmoqqa quyidagicha yozamiz:

6 3 2 4 1 5W E A R E DI S C O V E R ED F L E E A T O N C E Q K J E U

beshta nolni ta'minlash (QKJEU), bu harflar tasodifiy tanlanishi mumkin, chunki ular faqat to'liq bo'lmagan ustunlarni to'ldiradi va xabarning bir qismi emas. Shifrlangan matn quyidagicha o'qiladi:

EVLNE ACDTK ESEAQ ROFOJ DEECU WIREE

Noqonuniy holatda ustunlar nulllar bilan to'ldirilmaydi:

6 3 2 4 1 5W E A R E D I S C O V E R E D F L E E A T O N C E

Natijada quyidagi shifrlangan matn paydo bo'ladi:

EVLNA CDDES EAROF ODEEC WIREE

Uni hal qilish uchun qabul qiluvchi xabar uzunligini kalit uzunligiga bo'lish orqali ustun uzunliklarini ishlab chiqishi kerak. Keyin u yana xabarni ustunlarga yozishi mumkin, so'ngra kalit so'zni isloh qilish orqali ustunlarni qayta tartiblashi mumkin.

Variantda xabar kalit uzunligidagi segmentlarga bloklanadi va har bir segmentga bir xil almashtirish (kalit tomonidan berilgan) qo'llaniladi. Bu o'qish ustunlar o'rniga qatorlar bo'yicha joylashgan ustunli transpozitsiyaga tengdir.

Ustunli transpozitsiya jiddiy maqsadlarda hech bo'lmaganda 50-yillarga kelib yanada murakkab shifrlarning tarkibiy qismi sifatida ishlatila boshlandi.

Ikki marta transpozitsiya

Bitta ustunli transpozitsiyaga ustun uzunligini taxmin qilish, xabarni ustunlariga yozish (lekin kalit hali noma'lum bo'lgani uchun noto'g'ri tartibda) va keyin mumkin bo'lgan narsalarni qidirish orqali hujum qilish mumkin anagrammalar. Shunday qilib, uni kuchliroq qilish uchun ko'pincha er-xotin transpozitsiya ishlatilgan. Bu shunchaki ikki marta qo'llaniladigan ustunli transpozitsiya. Ikkala transpozitsiya uchun ham bitta tugmachadan yoki ikkita turli xil tugmachalardan foydalanish mumkin.

Misol tariqasida biz oldingi qismdagi tartibsiz ustunli transpozitsiya natijasini olishimiz va boshqa kalit so'z bilan ikkinchi shifrlashni amalga oshirishimiz mumkin, QILING, bu "564231" almashtirishni beradi:

5 6 4 2 3 1 E V L N A CD T E S E AR O F O D EE C W I REE

Avvalgidek, bu shifrlangan matnni berish uchun ustunlar qatorida o'qiladi:

CAEEN SOIAE DRLEF WEDRE EVTOC

Agar xuddi shu uzunlikdagi bir nechta xabar bir xil tugmachalar yordamida shifrlangan bo'lsa, ularni bir vaqtning o'zida anagramma qilish mumkin. Bu xabarlarni qayta tiklashga va tugmachalarni tiklashga olib kelishi mumkin (shu bilan ushbu boshqa tugmachalar bilan yuborilgan boshqa xabarlarni o'qish mumkin).

Davomida Birinchi jahon urushi, nemis harbiylari kalitlarni kamdan-kam o'zgartirib, ikki tomonlama ustunli transpozitsiya shifridan foydalangan. Tizim muntazam ravishda frantsuzlar tomonidan Übchi deb nomlangan bo'lib, odatda bir necha kun davom etgan bir xil uzunlikdagi xabarlarni ushlab turgandan so'ng tezda kalitlarni topishga qodir edi. Biroq, frantsuzcha muvaffaqiyat keng ommalashgan va nashr etilganidan keyin Le Matin, nemislar 1914 yil 18-noyabrda yangi tizimga o'tdilar.[2]

Ikkinchi Jahon urushi paytida, er-xotin transpozitsiya shifr tomonidan ishlatilgan Gollandiyalik qarshilik guruhlar, frantsuzlar Maquis va inglizlar Maxsus operatsiyalar ijro etuvchi (SOE), Evropada er osti faoliyatini boshqarish uchun mas'ul bo'lgan.[3] Bundan tashqari, amerikalik agentlar tomonidan ishlatilgan Strategik xizmatlar idorasi[4] va Germaniya armiyasi va dengiz floti uchun favqulodda shifr sifatida.

Ixtiro qilinmaguncha VIC shifr, er-xotin transpozitsiya odatda agentning qiyin dala sharoitida ishonchli ishlashi mumkin bo'lgan eng murakkab shifr sifatida qabul qilingan.

Kriptanaliz

Ikkala transpozitsiya shifrini ikkita tugma uzunliklari ko'paytmasi ekan, kalit bilan bitta transpozitsiya sifatida ko'rib chiqish mumkin.[5]

2013 yil oxirida, muallifi tomonidan hal qilinmaydigan deb topilgan ikki tomonlama transpozitsiya muammosi Jorj Lasri tomonidan har bir transpozitsiyaga alohida hujum qilingan bo'linish va zabt etish usuli yordamida hal qilindi.[6]

Myshkovskiy transpozitsiyasi

1902 yilda Emil Viktor Teodor Myszkovskiy tomonidan taklif qilingan ustunli transpozitsiyaning variant shakli takroriy harflar bilan kalit so'zni talab qiladi. Odatiy amaliyotda kalit so'zning keyingi paydo bo'lishi alfavit tartibida keyingi harf kabi qabul qilinadi, masalan, TOMATO kalit so'zi "532164" raqamli kalit satrini beradi.

Myszkowski transpozitsiyasida takrorlanadigan kalit so'zlarning harflari bir xil raqamlangan bo'lib, TOMATO "432143" tugmachasini beradi.

4 3 2 1 4 3W E A R E DI S C O V ER E D F L EE A T O N Idoralar

Noyob raqamlari bo'lgan oddiy matnli ustunlar pastga qarab ko'chiriladi; takrorlanadigan raqamlarga ega bo'lganlar chapdan o'ngga ko'chiriladi:

ROFOA CDTED SEEEA CWEIV RLENE

Transpozitsiya buzilgan

Buzilgan transpozitsiya shifri odatdagi transpozitsiya texnikasining yanada murakkabligi hisoblanadi. Matritsa qatorini satr bilan to'ldirish o'rniga, satrlarning barchasi tartibsiz tarzda to'ldiriladi. Bu belgilarning juda murakkab transpozitsiyasini keltirib chiqaradi. Birinchidan, biz to'ldirish uchun qatorlar va ustunlarning aniq sonini aniqlaymiz. So'ngra, biz kalit so'zlar ketma-ketligidan birinchi alifbo ketma-ketligiga yetguncha qatorni to'ldiramiz. Agar birinchi raqam 8-o'rinda bo'lsa, biz ushbu qatorni faqat shu holatgacha to'ldiramiz. Biz kelgusi qatorni ikkinchi pozitsiyaga qadar davom etamiz va shunga o'xshash misol asosida. Agar biz oxirgi satrning so'nggi holatiga etgan bo'lsak, har bir satrda qolgan bo'sh joylarni to'ldirishda davom etamiz. Bizning misolimizda ikkala maydon o'rtasidagi farq kichik va katta harflar bilan ko'rinadi

belgilar.

Oddiy matn:

"Hujjatlarni keyinroq etkazib berishni tasdiqlaymiz"

BIRTHDAY tugmachasidan foydalanamiz

Matritsada1: birinchi maydonni to'ldirgandan so'ng

Matritsada2: biz bir xil matritsani ko'ramiz

to'liq to'ldirilgan:

Matritsa1:

25674318
BMenRTHD.AY
VECONFMen
R
MTHED.E
LMenVER
YO
FTH
ED.OC
UMENTSLA


Matritsa2:

25674318
BMenRTHD.AY
VECONFMent
Rer
MTHED.E
LMenVER
YO
FTH
ED.OC
UMENTSLA

Matritsa to'ldirilgandan so'ng biz uni ustunlar bilan o'qiymiz,

kalit so'zlar ketma-ketligi bo'yicha.

Shifr matni:

ILWRMLYFEUFESNDRTEETIOTDMCRHVHOEOEECNTA

Panjara

Asosiy maqola: Panjara (kriptografiya)

Transpozitsiya shifrining yana bir shakli qo'llaniladi panjara, yoki kesilgan buyumlar bilan jismoniy niqoblar. Bu panjara kattaligi bilan belgilangan vaqt davomida juda tartibsiz transpozitsiyani keltirib chiqarishi mumkin, ammo muxbirlardan fizik kalitni sir saqlashni talab qiladi. Izgaralar birinchi marta 1550 yilda taklif qilingan va Birinchi Jahon urushining dastlabki bir necha oylarida hali ham harbiy foydalanishda bo'lgan.

Aniqlash va kriptanaliz

Transpozitsiya individual belgilar chastotasiga ta'sir qilmagani uchun oddiy transpozitsiyani kriptanalizator chastotani hisoblash orqali. Agar shifrlangan matn a chastotani taqsimlash oddiy matnga juda o'xshash, ehtimol bu transpozitsiya. Bunga ko'pincha hujum qilish mumkin anagramming - shifrlangan matn parchalarini siljitish, keyin inglizcha so'zlarning anagrammalariga o'xshash qismlarni qidirish va anagrammalarni echish. Bunday anagrammalar topilgandan so'ng, ular transpozitsiya shakli haqidagi ma'lumotlarni ochib beradi va natijada ularni kengaytirish mumkin.

Oddiy transpozitsiyalar ko'pincha to'g'ri kalitga juda yaqin bo'lgan tugmachalar gibberish bilan kesilgan aniq matnning uzun qismlarini ochib beradigan xususiyatdan aziyat chekadi. Binobarin, bunday shifrlarni qidirish algoritmlari kabi ta'sirchan bo'lishi mumkin genetik algoritmlar.[7]

Nemis transpozitsiyasi shifrining kriptanalizining batafsil tavsifini Herbert Yardlining "Amerika qora palatasi" ning 7-bobida topish mumkin.

Kombinatsiyalar

Transpozitsiya ko'pincha baholash usullari kabi boshqa texnikalar bilan birlashtiriladi. Masalan, oddiy almashtirish shifri ustunli transpozitsiya bilan birgalikda ikkalasining ham kuchsizligini oldini oladi. Yuqori chastotali shifrlangan matn belgilarini yuqori chastotali tekis matnli harflar bilan almashtirish, transpozitsiya tufayli tekis matn qismlarini aniqlamaydi. Transpozitsiyani anagramma almashtirish tufayli ishlamaydi. Texnika, ayniqsa, fraktsiyalash bilan birlashtirilgan bo'lsa, juda kuchli (pastga qarang). Kamchilik shundaki, bunday shifrlar sodda shifrlarga qaraganda ancha mehnatkash va xatolarga moyil.

Fraktsiya

Transpozitsiya, ayniqsa, fraktsiyalash bilan ishlaganda samarali bo'ladi, ya'ni har bir aniq matn belgisini bir nechta shifrlangan matn belgilariga ajratadigan dastlabki bosqich. Masalan, aniq matnli alfavit katakchada yozilishi mumkin va xabarning har bir harfi uning koordinatalari bilan almashtiriladi (qarang. Polibius maydoni va Straddling shaxmat taxtasi ).[8]Fraktsiyalashning yana bir usuli - bu xabarni shunchaki konvertatsiya qilishdir Mors kodi, bo'shliqlar uchun belgi bilan, shuningdek nuqta va chiziqlar bilan.[9]

Bunday qismli xabar ko'chirilganda, alohida harflarning tarkibiy qismlari xabarda keng ajralib turadi va shu bilan erishadi Klod E. Shennon "s diffuziya. Fraktsiyalashni va transpozitsiyani birlashtiradigan shifrlarning misollariga quyidagilar kiradi bifid shifr, uchburchak shifr, ADFGVX shifrlari va VIC shifr.

Boshqa tanlov har bir harfni ikkilik vakolatxonasi bilan almashtirish, uni ko'chirish va keyin yangi ikkilik qatorni mos keladigan ASCII belgilariga aylantirishdir. Ikkilik mag'lubiyatdagi mujassamlash jarayonini ASCII belgilariga almashtirishdan oldin uni bir necha marta aylantirish, uni buzishni qiyinlashtirishi mumkin. Ko'pchilik zamonaviy blok shifrlari ushbu oddiy g'oya bilan bog'liq transpozitsiyaning yanada murakkab shakllaridan foydalaning.

Shuningdek qarang

Izohlar

  1. ^ Smit, Lorens Duayt (1955) [1943], Kriptografiya / Yashirin yozish ilmi, Nyu-York: Dover, 16, 92-93 betlar
  2. ^ Kan, 301-304 betlar.
  3. ^ Kan, 535 va 539 betlar.
  4. ^ Kahn, p. 539.
  5. ^ Barker, Ueyn (1995). Ikki tomonlama transpozitsiya shifrining kriptanalizi: muammolar va kompyuter dasturlarini o'z ichiga oladi. Ege Park Press.
  6. ^ Lasri, Jorj (2014-06-13). "Ikki tomonlama transpozitsiya chaqirig'ini bo'linish va g'alaba qozonish yondashuvi bilan hal qilish". Kriptologiya. 38 (3): 197–214. doi:10.1080/01611194.2014.915269. S2CID  7946904.
  7. ^ doi:10.1080/0161-119391867863 Robert A. J. Metyus 187-201 sahifalar
  8. ^ Daniel Rodriguez-Klark."Fraktsiyalangan shifrlangan matnni transpozitsiya qilish".
  9. ^ Jeyms Lyons."Fraktsiyalangan Morse shifrlari".

Adabiyotlar

  • Kan, Devid. Kodni buzuvchilar: Yashirin yozish haqida hikoya. Rev Sub. Scribner, 1996 yil.
  • Yardli, Gerbert. Amerika qora palatasi. Bobbs-Merrill, 1931 yil.