En chiffergrill er en stencil med slidsede celler (lavet af papir, pap eller lignende materiale), der bruges til at kryptere almindelig tekst. Teksten blev påført et ark papir gennem en sådan stencil i henhold til visse regler, og afkodningen af teksten var kun mulig, hvis den samme stencil var tilgængelig. Det tidligst kendte instrument af denne art er Cardano Grille , der stammer fra 1550, som brugte en rektangulær stencil til at skrive individuelle bogstaver, stavelser eller ord og derefter læse dem gennem spalteceller. Skrevne fragmenter af den almindelige tekst blev desuden maskeret af, at hullerne mellem de krypterede fragmenter var fyldt med meningsløse ord eller bogstaver. Denne variant er også et eksempel på steganografi .
Cardano-gitteret blev opfundet som en metode til hemmelig korrespondance. Kryptografi blev en velkendt betegnelse for hemmelige meddelelser fra midten af det 17. århundrede, indtil dette tidspunkt var begrebet steganografi almindeligt anvendt . En anden universel betegnelse for hemmelig korrespondance var ordet cipher, som på engelsk havde to stavemåder: cypher og cipher. I øjeblikket er der en sondring mellem begreberne kryptografi og steganografi. Sir Francis Bacon satte tre grundlæggende betingelser for ciphers:
Opfyldelsen af alle tre betingelser kræver seriøs indsats og stort arbejde. Betingelse 3, der refererer til steganografi, indebærer, at den krypterede meddelelse ideelt set slet ikke skal ligne den. Det er netop denne betingelse, at det gitter, Cardano opfandt på et tidspunkt, opfyldte på den bedst mulige måde. Imidlertid var de forskellige indledende varianter af Cardano-gitteret ikke specifikt designet til at opfylde betingelse 3 og opfyldte som regel ikke helt betingelse 2, da evnen til at dechifrere tekst maskeret ved hjælp af et hvilket som helst krypteringsgitter afhænger af kryptoanalytikeres evner og færdigheder . Cardano-krypteringsgrillens tiltrækningskraft var først og fremmest i dens brugervenlighed for brugerne, det vil sige i overensstemmelse med betingelse 1.
Ikke alle cifre bruges til at kommunikere med andre: Optegnelser og noter kan opbevares krypteret udelukkende til brug for ophavsret. For eksempel hvis hashen bruges til at beskytte kortfattede oplysninger såsom et nøgleord eller nøglenummer.
I dette eksempel har gitteret otte uregelmæssigt (ideelt set tilfældigt) spaltede celler. Deres nummer svarer til antallet af bogstaver i nøgleordet TANGIERS. Gitteret placeres på et ark med et gitter (et specielt beklædt ark papir), og bogstaverne skrives fra top til bund.
Når gitteret er fjernet, er gitteret fyldt med tilfældige bogstaver og tal. For at læse skjulte bogstaver (i andre versioner - tal og andre tegn), skal du have forfatterens krypteringsgrill eller dens kopi. Chiffertegnene kan være nøglen til en polyalfabetisk chiffer som den, der samtidig blev foreslået af Giambattista della Porta .
Gitter og mesh opbevares separat. Med kun én kopi af gitteret og én kopi af gitteret, er tabet af begge tab af begge.
I tilfælde af kommunikation ved hjælp af et krypteringsgitter skal afsender og modtager naturligvis have samme kopi af gitteret. Tabet af gitteret fører til tab af al hemmelig korrespondance. Beskeder kan enten ikke dekrypteres og læses af modtageren, eller en uautoriseret person, der har fået adgang til det tabte gitter, kan dekryptere og læse dem.
Brugen af chiffergrillen blev videreudviklet i metoden til at generere pseudo-tilfældige sekvenser fra allerede eksisterende tekst i forbindelse med Voynich-manuskriptet . Området for kryptografi, der beskæftiger sig med udvinding af hemmelig betydning fra tekster, kaldte David Kahn enigmatologi. For eksempel inkluderer det værker af John Dee og cifre , der angiveligt er indlejret i Shakespeares værker , hvilket beviser, at de er skrevet af Francis Bacon. Sidstnævnte version er blevet undersøgt og tilbagevist af William Friedman . [en]
Sir Francis Walsingham (1530-1590) brugte en chiffergrill til at skjule almindelige bogstaver, når han kommunikerede med sine agenter. Imidlertid foretrak han generelt den kombinerede metode kendt som nomenklatoren.[ klargør ] som var den mest avancerede krypteringsmetode på det tidspunkt. Visuelt var nomenklatoren et permutationsværktøj, der skabte noget, der ligner en zigzag-cifre og lignede et skakbræt.
Det menes, at skakbrætkrypteringsmetoden ikke blev foreslået af Cardano, selvom det er kendt, at han var en skakspiller, der skrev en bog om spil. Det sædvanlige Cardano-gitter indeholder vilkårligt fremstillede slots-celler, men hvis du arrangerer disse slots i overensstemmelse med de hvide firkanter på skakbrættet, får du et givet krypteringsmønster. Kryptering starter på et ark - et "skakbræt" på det forkerte sted til at spille skak: der er en sort firkant i øverste venstre hjørne. Det første bogstav i beskeden er skrevet i denne sorte firkant, det andet og hvert efterfølgende bogstav er skrevet i en af de tilsvarende firkanter. Hvis beskeden er skrevet lodret, så læses den vandret og omvendt.
Efter at have udfyldt 32 bogstaver, roteres brættet 90 grader lodret eller vandret (resultatet er det samme), det vil sige i den korrekte position til at spille skak (der er en hvid firkant i øverste venstre hjørne), og 32 flere bogstaver er skrevet. Beskeder længere end 64 bogstaver kræver endnu en vending af tavlen og endnu et ark papir. Kortere beskeder er fyldt med nulbogstaver (såkaldt padding ). Der sættes nul i hver ekstra firkant, det vil sige, at alt mellemrum, der ikke er fyldt med tegn, er fyldt med nuller.
JMTHHDLISIYPSLUIAOWAE TIEENWAPDENENELGOONNA ITEEFNKERLOONDDNTTENR X
Denne permutationsmetode skaber et invariant mønster og opfylder ikke dekrypteringssikkerhedskravet for andre oplysninger end korte noter.
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
For pålideligt at skjule bogstaver og andre krypterede tegn kræves en anden permutation. Efter skakanalogien kan dekrypteringsruten for eksempel være ridderens træk. En anden mulighed er en omvendt spiral, kombineret med et vist antal nuller for at fylde begyndelsen og slutningen af beskeden.
Rektangulære Cardano-gitre kan placeres i fire positioner. Skakternet chifferen har kun to positioner, men det var denne variation af det roterende gitter, der førte til udviklingen af et mere komplekst gitter med fire positioner, der kan drejes i to retninger.
Baron Eduard Fleissner von Wostrowitz , en pensioneret oberst af det østrigske kavaleri, beskrev en variant af skakbrættets chiffer i 1880, og dens stænger blev adopteret af den tyske hær under Første Verdenskrig. Disse gitter er ofte opkaldt efter Fleisner, selvom han brugte materiale fra et tysk værk udgivet i Tübingen i 1809 af Klüber, der ligesom Helen Gaynes tilskrev denne form for gitter til Cardano [2] .
Bauer bemærker, at lignende riste allerede var i brug i det 18. århundrede, for eksempel i 1745 under administration af Stadtholder Wilhelm IV af Holland. Senere i 1796 studerede matematikeren C.F. Hindenburg roterende gitter mere systematisk: "[disse gitter] kaldes ofte Fleisner-gitter på grund af uvidenhed om deres historiske oprindelse."
En form for Fleissner-gitteret indeholder 16 perforeringer i et 8×8-gitter - 4 huller i hver kvadrant. Hvis kvadraterne i hver kvadrant er nummereret fra 1 til 16, må alle 16 tal kun bruges én gang til chifferen, hvilket giver mulighed for et stort antal muligheder for hulplacering.
Gitteret har fire positioner - nord, øst, syd, vest. Hver position gør det muligt at bruge 16 af de 64 felter. Chifferen sætter et gitter på arket og skriver de første 16 bogstaver i beskeden ned. Drej derefter gitteret 90 grader, skriver de anden 16 og så videre, indtil gitteret er fyldt.
I princippet er det muligt at konstruere gitter i forskellige størrelser; men hvis antallet af kvadrater i en kvadrant er ulige, selvom summen er et lige tal, skal en kvadrant eller sektion indeholde en ekstra slotcelle. For at illustrere Fleissner-gitteret tages størrelsen 6x6 ofte som eksempel for den rumlige enkeltheds skyld; antallet af celleslots i en kvadrant er 9, så tre kvadranter indeholder 2 celleslots, og en kvadrant skal have 3. Der er ikke noget standardmønster for celleslots; de er oprettet af brugeren som beskrevet ovenfor for at skabe et "stærkt rod", det vil sige en krypteringskode, der er svær at tyde.
Denne metode vandt udbredt anerkendelse, da Jules Verne brugte den roterende rist som plotanordning i sin roman Matthias Szandor , udgivet i 1885. Verne stødte på denne idé i Fleisners Handbook of Cryptography, udgivet i 1881.
Fleisner-gitre blev produceret i forskellige størrelser under Første Verdenskrig og blev brugt af den tyske hær i slutningen af 1916 [3] . Hvert gitter havde sit eget kodenavn i henhold til rækkefølgen af bogstaver i alfabetet A, B, C, D, E, F: 5 × 5 - ANNA; 6×6 - BERTA; 7×7 - CLARA; 8×8 - DORA; 9×9 - EMIL; 10×10 - FRANZ. Pålideligheden af kryptering ved hjælp af gitter var imidlertid utilstrækkelig, og efter fire måneder blev de opgivet.
En mere sikker metode til at specificere størrelsen af det anvendte gitter var at indsætte nøglekoden i begyndelsen af chifferteksten: E = 5; F = 6 osv., i overensstemmelse med serienummeret på bogstavet i alfabetet. Desuden blev komplikationen af dekryptering sikret af det faktum, at gitteret kunne drejes i enhver retning, og den oprindelige position behøvede ikke at være NORD. Det er klart, at arbejdsmetoden til at sende beskeder er efter aftale mellem afsender og modtager og kan arbejde i overensstemmelse med en bestemt tidsplan.
I de følgende eksempler indeholder to chiffertekster det samme budskab. De er baseret på modelgitteret og starter ved NORTH-positionen, men den ene tekst dannes ved at dreje gitteret med uret og den anden mod uret. Chifferteksten kan læses både vandret og lodret.
MED URET
ITIT ILOH GEHE TCDF LENS IIST FANB FSET EPES HENN URRE NEEN TRCG PR&I ODCT SLOE
MOD URET
LEIT CIAH GTHE TIDF LENB IIET FONS FSST URES NEDN EPRE HEEN TRTG PROI ONEC SL&C
I 1925 begyndte Luigi Sacco der tjente i det italienske militære kommunikationskorps, at skrive en bog om ciphers, Cryptographic Concepts (Nozzioni di crittografia), som omfattede en undersøgelse af koderne fra Første Verdenskrig. Han bemærkede, at Fleisners metode kan anvendes på bevægelses- eller transponeringscifre, såsom Delastel -chiffer , Bifid eller fire-quadrate cipher , hvilket øger sikkerheden og pålideligheden af chifferen markant.
Gittercifre er også en nyttig metode til at oversætte kinesiske tegn; de undgår at transskribere ord til alfabetiske eller stavelsestegn, som andre cifre (såsom substitutionscifre ) kan anvendes på .
Efter 1. verdenskrig dukkede maskinkryptering op, simple krypteringsenheder blev forældede, og gittercifre gik ud af brug undtagen til amatørformål. Ikke desto mindre gav gitter de indledende ideer til transpositionelle cifre, som afspejles i moderne kryptografi.
Det ukodede D' Agapeev -chiffer , som blev givet som et kryptografisk problem i 1939, indeholder 14×14 dynomer og er muligvis baseret på Saccos idé om at bære en transpositionel chiffertekst med et gitter.
Netdistribution , et eksempel på det komplekse nøgleudvekslingsproblem , kan lettes ved at tage et let tilgængeligt tredjepartsnet i form af et aviskrydsord. Selvom denne form strengt taget ikke er et chiffer-gitter, ligner den et skakbræt med forskudte sorte firkanter og kan bruges som et Cardano-gitter. Meddelelsens tekst kan skrives vandret i hvide firkanter, mens chifferteksten kan skrives lodret eller omvendt.
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 LUZIOO O TLEPT SÅ
Ifølge Saccos observation dechifrerer denne metode et transpositionsskrift, såsom Playfair-pladsen . Krydsord i dagblade er også en mulig kilde til søgeord. I et gitter af en vis størrelse er der et ord for hver dag i måneden, og firkanterne er nummererede.
Cardanos originale gitter var et epistolært apparat[ præciser ] i den personlige korrespondance fra herrer[ hvem? ] . Enhver mistanke om dets brug kan føre til søgninger og forsøg på at opdage skjulte beskeder, selv når skjulte beskeder ikke eksisterede, og denne usikkerhed forbløffede kryptoanalytikere.[ angiv ] . Da bogstaver og tal i et vilkårligt gitter kan antage formen uden indhold[ klargør ] , så var det at få en kopi af krypteringsgrillen hovedmålet for den part, der var interesseret i at dekryptere.
Senere versioner af Cardano-gitteret har problemer, der er fælles for alle transpositionelle chiffer. Frekvensanalyse viser en normalfordeling af bogstaver og foreslår det sprog, som klarteksten er skrevet på [4] . Problemet, som er let at angive, men ikke så let at løse, er at identificere permutationsmønsteret og dermed dechifrere chifferteksten. At have flere beskeder skrevet ved hjælp af det samme gitter gør opgaven meget lettere.
Ellen Gaines analyserede i sit arbejde med håndcifre og deres krypteringsanalyse detaljerede transpositionscifre og viede et kapitel til det roterende gitter [2] .