Un grătar de cifră este un șablon cu celule fante (din hârtie, carton sau material similar) folosit pentru a cripta textul simplu. Textul a fost aplicat pe o coală de hârtie printr-un astfel de șablon după anumite reguli, iar decodarea textului a fost posibilă doar dacă era disponibil același șablon. Cel mai vechi astfel de instrument cunoscut este Cardano Grille , care datează din 1550, care folosea un șablon dreptunghiular pentru a scrie litere, silabe sau cuvinte individuale și apoi le citește prin celule fante. Fragmentele scrise ale textului simplu au fost mascate în plus de faptul că golurile dintre fragmentele criptate erau umplute cu cuvinte sau litere fără sens. Această variantă este, de asemenea, un exemplu de steganografie .
Grila Cardano a fost inventată ca metodă de corespondență secretă. Criptografia a devenit un termen familiar pentru mesajele secrete de la mijlocul secolului al XVII-lea, până în acest moment conceptul de steganografie a fost folosit în mod obișnuit . Un alt termen universal pentru corespondența secretă a fost cuvântul cipher, care în engleză avea două ortografii: cypher și cipher. În prezent, există o distincție între conceptele de criptografie și steganografie. Sir Francis Bacon a stabilit trei condiții de bază pentru cifruri:
Îndeplinirea tuturor celor trei condiții necesită eforturi serioase și muncă mare. Condiția 3, care se referă la steganografie, implică faptul că, în mod ideal, mesajul criptat nu ar trebui să arate deloc. Tocmai această condiție a îndeplinit-o în cel mai bun mod posibil zăbrelele inventate de Cardano la un moment dat. Cu toate acestea, diferitele variante inițiale ale rețelei Cardano nu au fost concepute special pentru a îndeplini condiția 3 și, de regulă, nu au îndeplinit în totalitate condiția 2, deoarece capacitatea de a descifra textul mascat folosind orice rețea de criptare depinde de abilitățile și abilitățile criptoanalistilor. . Atractivitatea grătarului de criptare Cardano a fost, în primul rând, ușurința sa de utilizare pentru utilizatori, adică în conformitate cu condiția 1.
Nu toate cifrurile sunt folosite pentru a comunica cu ceilalți: înregistrările și notele pot fi păstrate criptate numai pentru utilizarea drepturilor de autor. De exemplu, dacă hash-ul este folosit pentru a proteja informații concise, cum ar fi un cuvânt cheie sau un număr cheie.
În acest exemplu, rețeaua are opt celule cu fante neregulate (ideal, aleator). Numărul lor corespunde numărului de litere din cuvântul cheie TANGIERS. Grila este așezată pe o foaie cu grilă (o foaie de hârtie special căptușită), iar literele sunt scrise de sus în jos.
După ce grila este eliminată, grila este umplută cu litere și numere aleatorii. Pentru a citi litere ascunse (în alte versiuni - numere și alte semne), trebuie să aveți grila de criptare a autorului sau copia acestuia. Caracterele cifrului pot fi cheia unui cifru polialfabetic precum cel propus în același timp de Giambattista della Porta .
Grilajul și plasa sunt depozitate separat. Cu o singură copie a grilei și o singură copie a grilei, pierderea fiecăreia este pierderea ambelor.
Evident, în cazul comunicării folosind o rețea de criptare, expeditorul și destinatarul trebuie să aibă aceeași copie a rețelei. Pierderea rețelei duce la pierderea întregii corespondențe secrete. Mesajele fie nu pot fi decriptate și citite de către destinatar, fie o persoană neautorizată care a obținut acces la rețeaua pierdută le poate decripta și citi.
Utilizarea grătarului de cifrare a fost dezvoltată în continuare în metoda generării de secvențe pseudo-aleatoare din text preexistent în legătură cu Manuscrisul Voynich . Domeniul criptografiei care se ocupă cu extragerea sensului secret din texte, David Kahn a numit-o enigmatologie. De exemplu, include lucrările lui John Dee și cifrurile presupuse încorporate în operele lui Shakespeare , demonstrând că au fost scrise de Francis Bacon. Ultima versiune a fost studiată și respinsă de William Friedman . [unu]
Sir Francis Walsingham (1530-1590) a folosit un grătar de cifră pentru a ascunde scrisorile în text clar atunci când comunica cu agenții săi. Cu toate acestea, el a preferat în general metoda combinată cunoscută sub numele de nomenclator.[ clarifica ] care era cea mai avansată metodă de criptare la acea vreme. Din punct de vedere vizual, nomenclatorul era un instrument de permutare care crea ceva asemănător cu un cifr în zig -zag și semăna cu o tablă de șah.
Se crede că metoda de criptare a tablei de șah nu a fost propusă de Cardano, deși se știe că a fost un jucător de șah care a scris o carte despre jocuri. Rețeaua obișnuită Cardano conține sloturi-celule realizate în mod arbitrar, dar dacă aranjați aceste sloturi în conformitate cu pătratele albe ale tablei de șah, obțineți un model de criptare dat. Criptarea începe pe o foaie - o „tabla de șah” în locația greșită pentru a juca șah: există un pătrat negru în colțul din stânga sus. Prima literă a mesajului este scrisă în acest pătrat negru, a doua și fiecare literă ulterioară sunt scrise într-unul dintre pătratele corespunzătoare. Dacă mesajul este scris pe verticală, atunci este citit pe orizontală și invers.
După completarea a 32 de litere, tabla este rotită cu 90 de grade vertical sau orizontal (rezultatul este același), adică în poziția corectă pentru jocul de șah (există un pătrat alb în colțul din stânga sus) și încă 32 de litere sunt scrise. Mesajele mai lungi de 64 de litere necesită o altă întoarcere a tablei și o altă coală de hârtie. Mesajele mai scurte sunt umplute cu litere nule (așa-numita umplutură ). Zero este pus în fiecare pătrat suplimentar, adică tot spațiul care nu este umplut cu semne este umplut cu zerouri.
JMTHHDLISIYPSLUIAOWAE TIEENWAPDENENELGOONNA ITEEFNKERLOONDDNTTENR X
Această metodă de permutare creează un model invariant și nu îndeplinește cerințele de securitate de decriptare pentru orice altă informație decât notele scurte.
33, 5, 41, 13, 49, 21, 57, 29, 1, 37, 9, 45, 17, 53, 25, 61, 34, 6, 42, 14, 50, 22, 58, 30, 2, 38, 10, 46, 18, 54, 26, 62, 35, 7, 43, 15, 51, 23, 59, 31, 3, 39, 11, 47, 19, 55, 27, 63, 36, 8, 44, 16, 52, 24, 60, 32, 4, 40, 12, 48, 20, 56, 28, 64
Pentru a ascunde în mod fiabil literele și alte caractere criptate, este necesară o a doua permutare. Urmând analogia șahului, ruta de decriptare poate fi, de exemplu, mutarea cavalerului. O altă opțiune este o spirală inversă, combinată cu un anumit număr de zerouri pentru a completa începutul și sfârșitul mesajului.
Grilele dreptunghiulare Cardano pot fi plasate în patru poziții. Cifrul tablei de șah are doar două poziții, dar această variație a rețelei rotative a condus la dezvoltarea unei rețele mai complexe cu patru poziții care pot fi rotite în două direcții.
Baronul Eduard Fleissner von Wostrowitz , un colonel în retragere al cavaleriei austriece, a descris o variantă a cifrului tabla de șah în 1880, iar barele sale au fost adoptate de armata germană în timpul Primului Război Mondial. Aceste zăbrele sunt adesea numite după Fleisner, deși a folosit material dintr-o lucrare germană publicată la Tübingen în 1809 de Klüber, care, ca și Helen Gaynes , i-a atribuit această formă de zăbrele lui Cardano [2] .
Bauer observă că grătare similare erau deja folosite în secolul al XVIII-lea, de exemplu, în 1745, sub administrația Stadtholder Wilhelm IV al Țărilor de Jos. Mai târziu, în 1796, matematicianul C.F. Hindenburg a studiat mai sistematic rețelele rotative: „[aceste rețele] sunt adesea numite rețele Fleisner din cauza necunoașterii originii lor istorice”.
O formă a rețelei Fleissner conține 16 perforații într-o rețea de 8×8 - 4 găuri în fiecare cadran. Dacă pătratele din fiecare cadran sunt numerotate de la 1 la 16, toate cele 16 numere trebuie folosite o singură dată pentru cifrare, permițând un număr mare de opțiuni de plasare a găurilor.
Grila are patru poziții - nord, est, sud, vest. Fiecare poziție face posibilă utilizarea a 16 din cele 64 de pătrate. Cifrul pune o grilă pe foaie și notează primele 16 litere ale mesajului. Apoi, rotind grila cu 90 de grade, scrieți al doilea 16 și așa mai departe până când grila este plină.
În principiu, este posibil să se construiască grile de diferite dimensiuni; totuși, dacă numărul de pătrate dintr-un cadran este impar, chiar dacă suma este un număr par, un cadran sau secțiune trebuie să conțină o celulă slot suplimentară. Pentru a ilustra rețeaua Fleissner, dimensiunea 6x6 este adesea luată ca exemplu de dragul simplității spațiale; numărul de sloturi de celule dintr-un cadran este 9, deci trei cadrane conțin 2 sloturi de celule, iar un cadran trebuie să aibă 3. Nu există un model standard pentru sloturile de celule; acestea sunt create de utilizator așa cum este descris mai sus pentru a crea o „mizerie puternică”, adică un cifr care este greu de descifrat.
Această metodă a câștigat o recunoaștere pe scară largă atunci când Jules Verne a folosit grătarul rotativ ca dispozitiv de complot în romanul său Matthias Szandor , publicat în 1885. Verne a găsit această idee în Fleisner's Handbook of Cryptography, publicat în 1881.
Grilajele Fleisner au fost produse în diferite dimensiuni în timpul Primului Război Mondial și au fost folosite de armata germană la sfârșitul anului 1916 [3] . Fiecare zăbrele avea propriul nume de cod în funcție de succesiunea de litere din alfabetul A, B, C, D, E, F: 5 × 5 - ANNA; 6×6 - BERTA; 7×7 - CLARA; 8×8 - DORA; 9×9 - EMIL; 10×10 - FRANZ. Cu toate acestea, fiabilitatea criptării folosind zăbrele a fost insuficientă, iar după patru luni au fost abandonate.
O metodă mai sigură de a specifica dimensiunea rețelei utilizate a fost introducerea codului cheii la începutul textului cifrat: E = 5; F = 6 etc., în conformitate cu numărul de serie al literei din alfabet. Mai mult, complicația decriptării a fost asigurată de faptul că zăbrelele putea fi rotită în orice direcție, iar poziția inițială nu trebuia să fie NORD. Evident, metoda de lucru de transmitere a mesajelor este de acord între expeditor și destinatar și poate funcționa în conformitate cu un anumit program.
În următoarele exemple, două texte cifrate conțin același mesaj. Acestea se bazează pe grila modelului și încep din poziția NORD, dar un text se formează prin rotirea grilei în sensul acelor de ceasornic și celălalt în sens invers acelor de ceasornic. Textul cifrat poate fi citit atât pe orizontală, cât și pe verticală.
În sensul acelor de ceasornic
ITIT ILOH GEHE TCDF LENS IIST FANB FSET EPES HENN URRE NEEN TRCG PR&I ODCT SLOE
În sens invers acelor de ceasornic
LEIT CIAH GTHE TIDF LENB IIET FONS FSST URES NEDN EPRE HEEN TRTG PROI ONEC SL&C
În 1925, Luigi Sacco care slujea în corpul de comunicații militare italian, a început să scrie o carte despre cifruri, Concepte criptografice (Nozzioni di crittografia), care includea un studiu al codurilor Primului Război Mondial. El a observat că metoda lui Fleisner poate fi aplicată cifrurilor de mișcare sau transpunere precum cifrul Delastel , Bifid sau cifrul cu patru pătrate , crescând astfel semnificativ securitatea și fiabilitatea cifrului.
Cifrurile grilă sunt, de asemenea, o metodă utilă pentru traducerea caracterelor chinezești; ei evită transcrierea cuvintelor în caractere alfabetice sau silabice cărora li se pot aplica alte cifruri (cum ar fi cifrurile de substituție ) .
După Primul Război Mondial, a apărut criptarea mașinilor, dispozitivele simple de criptare au devenit învechite, iar cifrurile cu zăbrele au căzut în uz, cu excepția scopurilor amatorilor. Cu toate acestea, zăbrelele au oferit ideile inițiale pentru cifrurile transpoziționale, care se reflectă în criptografiile moderne.
Cifrul nedescifrat D' Agapeev , care a fost dat ca problemă criptografică în 1939, conține 14×14 dinamuri și se bazează, probabil, pe ideea lui Sacco de a transporta un text cifrat transpozițional cu o rețea.
Distribuția prin grilă, un exemplu de problemă complexă a schimbului de chei , poate fi facilitată prin luarea unei grile terță parte ușor disponibilă sub forma unui puzzle de cuvinte încrucișate de ziar. Deși, strict vorbind, această formă nu este o rețea cifră, seamănă cu o tablă de șah cu pătrate negre decalate și poate fi folosită ca rețea Cardano. Textul mesajului poate fi scris pe orizontală în pătrate albe, în timp ce textul cifrat poate fi scris pe verticală, sau invers.
CTATI ETTOL TTOEH RRHEI MUCKE SSEEL AUDUE RITSC VISCH NREHE LEERD DTOHS ESDNN LEWAC LEONT OIIEA RRSET LLPDR EIVYT ELTTD TOXEA E4TMI GIUOD PTRT1 ENCNE ABYMO NOEET EBCAL LUZIU TLEPT SIFOONT
Conform observației lui Sacco, această metodă descifrează un script transpozițional, cum ar fi pătratul Playfair . Cuvintele încrucișate din ziarele sunt, de asemenea, o posibilă sursă de cuvinte cheie. Într-o grilă de o anumită dimensiune, există un cuvânt pentru fiecare zi a lunii, iar pătratele sunt numerotate.
Grila originală a lui Cardano a fost un dispozitiv epistolar[ clarifica ] în corespondența personală a domnilor[ cine? ] . Orice suspiciune cu privire la utilizarea acestuia ar putea duce la căutări și încercări de a descoperi mesaje ascunse, chiar și atunci când mesajele ascunse nu existau, iar această incertitudine i-a derutat pe criptoanalisti.[ specificați ] . Deoarece literele și numerele dintr-o grilă arbitrară pot lua forma fără conținut[ clarifica ] , apoi obținerea unei copii a grătarului de criptare a fost scopul principal al părții interesate să decripteze.
Versiunile ulterioare ale rețelei Cardano au probleme care sunt comune tuturor cifrurilor transpoziționale. Analiza de frecvență arată o distribuție normală a literelor și sugerează limba în care a fost scris textul simplu [4] . Problema, care este ușor de afirmat, deși nu atât de ușor de rezolvat, este de a identifica modelul de permutare și, astfel, de a descifra textul cifrat. Dacă aveți mai multe mesaje scrise folosind aceeași rețea, sarcina este mult mai ușoară.
Ellen Gaines, în lucrarea sa despre cifrurile manuale și criptoanaliza lor, a analizat în detaliu cifrurile de transpunere și a dedicat un capitol rețelei rotative [2] .