Диск Джефферсона - Jefferson disk

Дисковый шифр Джефферсона

В Диск Джефферсона, или же колесо шифрование как назвал его Томас Джефферсон, также известный как Цилиндр Базери, это система шифров с помощью набора колес или дисков, по краям каждого из которых расположены 26 букв алфавита. Порядок букв различен для каждого диска и обычно шифруется случайным образом. Каждый диск отмечен уникальным номером. Отверстие в центре дисков позволяет устанавливать их на ось. Диски съемные и могут быть установлены на оси в любом желаемом порядке. Порядок дисков - шифр ключ, и отправитель, и получатель должны расположить диски в одном заранее определенном порядке. В устройстве Джефферсона было 36 дисков. [Кан, стр. 194]

После того, как диски были размещены на оси в согласованном порядке, отправитель вращает каждый диск вверх и вниз, пока желаемое сообщение не будет записано в одной строке. Затем отправитель может скопировать любую строку текста на дисках, кроме той, которая содержит текстовое сообщение. Получателю просто нужно расположить диски в согласованном порядке, повернуть диски так, чтобы они записали зашифрованное сообщение в одной строке, а затем осматривать строки, пока не увидит текстовое сообщение, то есть строку, которая не является полной тарабарщиной. Вероятность того, что будет два читаемых сообщения, крайне мала, но это можно быстро проверить с помощью кода человека.

Впервые изобретен Томас Джеферсон в 1795 году этот шифр не получил широкой известности и был независимо изобретен комендантом Этьен Базери, покоритель Великий шифр, столетие спустя. Система использовалась Армия США с 1923 по 1942 год как М-94.

Эта система не считается защищенной от современных взлом кода если он используется для шифрования более одной строки текста с одинаковым порядком дисков (то есть с использованием одного и того же ключа). Видеть Криптоанализ.

Операция

Чтобы зашифровать сообщение, Алиса вращает диски, чтобы произвести простой текст сообщение вдоль одной «строки» стека дисков, а затем выбирает другую строку в качестве зашифрованный текст. Чтобы расшифровать сообщение, Боб вращает диски на своем цилиндре, создавая зашифрованный текст вдоль ряда. Это удобно, если и Алиса, и Боб знают смещение строки, но на самом деле в этом нет необходимости, поскольку Боб может просто осмотреть цилиндр, чтобы найти строку, которая имеет смысл.

Например, упрощенный «игрушечный» цилиндр Bazeries, использующий только десять дисков, может быть организован, как показано ниже, с каждым диском, «развернутым» в линию, и каждый из них отмечен номером:

1:
2:
3:
4:
5:
6:
7:
8:
9:
10:

Если "ключ", то последовательность дисков для этого цилиндра Bazeries будет

7,9,5,10,1,6,3,8,2,4

и Алиса хочет отправить сообщение "отступить сейчас"Бобу, она переставляет диски в соответствии с ключом и вращает каждый диск, чтобы получить простой текст, который показан слева, с добавленным интервалом для ясности:

7:
9:
5:
10:
1:
6:
3:
8:
2:<О YHGVS F UWIKPBELNACZDTRXMJQ <
4:

Затем она выбирает зашифрованный текст из шестого ряда цилиндра вверх от открытого текста. Этот зашифрованный текст также выделен пробелом выше и дает:

OMKEGWPDFN

Когда Боб получает зашифрованный текст, он переставляет диски на своем цилиндре в соответствии с расположением ключей, вращает диски, чтобы получить зашифрованный текст, а затем читает открытый текст на шесть строк ниже зашифрованного текста или просто просматривает цилиндр в поисках строки, которая имеет смысл .

Основа для военных шифров

Цилиндр Bazeries был основой для США »М-94 "Шифровальная машина, которая была представлена ​​в 1922 году и основана на работе Паркер Хитт. В 1914 году Хитт экспериментировал с устройством Bazeries, построив один прототип с использованием слайдов на деревянной раме, при этом шифралфавиты напечатаны дважды подряд на слайдах, а затем еще один с использованием деревянных дисков. Он направил свои эксперименты вверх по цепочке командования Корпуса связи, и в 1917 г. Джозеф Моборн доработали схему, в итоге получив М-94.

В М-94 использовалось 25 алюминиевых дисков на шпинделе. Его использовали Армия, Береговая охрана, и Отдел радиоразведки Федеральная комиссия связи пока рано Вторая Мировая Война. Армия вернулась к исходной схеме слайдов Хитта с "М-138-А "шифровальная машина, которая была представлена ​​в 1930-х годах и использовалась ВМС США и Государственный департамент США через Вторую мировую войну. M-138-A имел 100 полос, из которых 30 были выбраны для использования в любом сеансе шифрования. Это было значительным улучшением безопасности для Государственный департамент, которые в межвоенные годы использовали смехотворно небезопасные коды, даже в одном случае стандартные коммерческие телеграф код. Их гораздо легче сломать.

Криптоанализ

Цилиндр Базери был относительно сильной системой в то время (по сравнению со многими другими используемыми системами), и Этьен Базери, компетентный, но очень самоуверенный человек, как говорят, считал его не поддающимся расшифровке. На самом деле, неприступно трудно, и "Перс Z S «Группа взлома кода министерства иностранных дел Германии взломала М-138-А в 1944 году. Однако к тому времени у американцев уже были в эксплуатации гораздо более сложные системы шифрования.

Французский криптограф Гаэтан де Виарис (он же маркиз Гаэтан Анри Леон Виарицио ди Лезеньо), известный одним из первых печатных шифровальных устройств (1874 г.), раскрыл цилиндр Базери в 1893 г., так что предполагаемое доверие Базери к системе было неуместным. .

Одним из основных недостатков цилиндра Bazeries является то, что смещение от буквы открытого текста к букве зашифрованного текста для шифралфавита на каждом диске будет точно таким же. В показанном выше примере это смещение составляет шесть букв.

Предположим, что криптоаналитик — Холмс, скажем, - запечатлел упрощенный цилиндр Bazeries, описанный в примере выше, с десятью дисками. Этого должно быть недостаточно, чтобы позволить ему расшифровать сообщения с его помощью, поскольку он также должен знать ключ или расположение дисков на цилиндре. Даже для этого упрощенного цилиндра Bazeries количество возможных перестановок дисков составляет:

- что делает методом проб и ошибок тестирование расположения дисков совершенно нецелесообразно выполнять вручную; компьютеры сделал бы такой перерыв почти тривиальным для 10 дисков, но не для 36 дисков, которые использовал Джефферсон, как 36! ≈ 2138.

Теперь предположим, что Холмс имеет детская кроватка. Например, предположим, что он знает, что первым блоком открытого текста, зашифрованным упрощенным цилиндром Базери, является строка:

Heilhitler

Для удобства это ровно десять букв, и его можно зашифровать за один проход с помощью упрощенного цилиндра Bazeries. Соответствующий зашифрованный текст:

AZNCZEAPBH

Остальная часть сообщения на данный момент является полной загадкой. Однако Холмс может использовать эту шпаргалку, чтобы позволить ему расшифровать все следующие блоки сообщения.

Холмс не знает, какой диск используется для шифрования какой буквы, но он знает, что смещение между буквой открытого текста и буквой зашифрованного текста должно быть одинаковым для всех десяти символов. Это дает ему возможность проникнуть в шифр, выровняв символы открытого текста и зашифрованного текста ящика; формирование их в пары; определение смещений букв открытого текста и букв зашифрованного текста для каждого диска; а затем поиск общего смещения в матрице смещения.

Холмс знает, что соответствие между двумя наборами букв выглядит следующим образом:

  • час—А
  • е—Z
  • я—N
  • л—C
  • час—Z
  • я—E
  • т—А
  • л—п
  • е—B
  • р—ЧАС

Теперь Холмс берет диск 1 с шифралфавитом:

1:

Первая пара букв - «h: A», и Холмс считает по диску, чтобы определить, что смещение между двумя буквами равно 15. Вторая пара букв - «e: Z», и он сразу видит, что смещение равно 1 Он продолжает этот процесс для каждой пары букв для диска 1, а затем выполняет ту же процедуру для девяти других дисков, создавая следующую таблицу:

       h: A e: Z i: N l: C h: Z i: E t: A l: P e: B r: H ________________________________________________ 1:15 1 6 12 13 14 10 9 10 19 2:14 5 6 3 16 4 22 23 25 7 3:15 15 4 2 17 12 14 25 10 7 4:18 7 10 7 14 20 12 25 1 6 5: 4 14 20 13 20 7 21 14 25 24 6:22 16 3 17 10 19 1 14 14 14 7:14 15 14 8 7 12 15 19 12 13 8:21 12 12 22 5 2 14 8 8 14 9:11 14 15 14 15 14 16 25 5 2 10: 5 23 5 21 17 21 20 6 14 12

Пока Холмс готовит таблицу, значение «14» быстро выскакивает у него как общий элемент, а в завершении таблицы оказывается единственным общим элементом. Это, очевидно, смещение строки от открытого текста к зашифрованному тексту. Он вычеркивает другие значения для ясности:

       h: A e: Z i: N l: C h: Z i: E t: A l: P e: B r: H ________________________________________________ 1: - - - - - 14 - - - - 2:14 - - - - - - - - - 3: - - - - - - 14 - - - 4: - - - - 14 - - - - - 5: - 14 - - - - - 14 - - 6: - - - - - - - 14 14 14 7:14 - 14 - - - - - - - 8: - - - - - - 14 - - 14 9: - 14 - 14 - 14 - - - - 10: - - - - - - - - 14 -

Теперь Холмс переставляет диски, чтобы отразить правильный порядок букв на цилиндре. Это делается путем переупорядочивания строк таблицы таким образом, чтобы значение «14» отображалось в каждой ячейке по главной диагонали таблицы. В этом случае нет никаких неоднозначностей в расположении дисков; но если бы это было так, небольшая проверка последующих блоков зашифрованного текста показала бы правильный порядок.

       h: A e: Z i: N l: C h: Z i: E t: A l: P e: B r: H ________________________________________________ 2: 14 - - - - - - - - - 5: - 14 - - - - - 14 - - 7: 14 - 14 - - - - - - - 9: - 14 - 14 - 14 - - - - 4: - - - - 14 - - - - - 1: - - - - - 14 - - - - 3: - - - - - - 14 - - - 6: - - - - - - - 14 14 14 10: - - - - - - - - 14 - 8: - - - - - - 14 - - 14

Это дает ключ:

2,5,7,9,4,1,3,6,10,8

В реальном мире цилиндр Bazeries имеет больше дисков (обычно 20 или 30, а не 10), и маловероятно, что будет одна опора, охватывающая весь цилиндр. Тем не менее, описанный выше подход все еще работает. Даже если бы в цилиндре было 30 дисков, а в стойке было только пять букв, Холмс мог бы составить таблицу смещений для каждого из 30 дисков для пяти пар букв и использовать ее, чтобы сузить возможности для смещения и дисков. используется для детской кроватки.

Холмс мог повторить процедуру с несколькими независимыми шпаргалками в одном сообщении, почти наверняка быстро определив смещение и дав более подробные сведения о порядке дисков. Как только смещение будет определено, Холмс получит то, что составляет прямую перестановку букв, не определенную путем возни с кроватками, и использует такие методы, как множественное анаграммирование взломать его.

Источники

внешняя ссылка