Главная » Справочник » Основы информационной безопасности в органах внутренних дел » Шифр табличной замены

Шифр табличной замены

Ключ этого шифра – таблица соответствия между исходным алфавитом и алфавитом шифрования.

В процессе шифрования буква текста ищется в первой строке и заменяется соответствующей буквой из второй строки. Например, если зашифровать слово «БЕРЕГ» шифром простой замены, приведенным в таблице, то получим «ЯРЮРП». Для расшифрования букву криптограммы надо найти во второй строке таблицы замен и подставить вместо нее соответствующую букву из первой строки.

Если алфавит шифрования в таблице замен представляет собой случайным образом перемешанный исходный алфавит, можно получить достаточно большое число вариантов ключа, полный перебор вариантов ключа в этом случае практически неосуществим.

Однако следует отметить, что шифр простой замены не меняет статистических характеристик шифруемого текста. Например, в открытом тексте «БЕРЕГ» имеются повторяющиеся буквы «Е», а в соответствующей криптограмме – повторяющиеся буквы «Р», стоящие в тех же позициях. Эта особенность позволяет легко вскрывать длинные тексты, зашифрованные шифром простой замены, не прибегая к перебору вариантов ключа.

Вскрытие шифра простой замены осуществляется с помощью частотного анализа. Поскольку символы в текстах на естественном языке встречаются с разной вероятностью, а частоты появления отдельных символов совпадают в исходном сообщении и в криптограмме шифра простой замены, можно сопоставить частоты конкретных символов шифртекста с частотами символов языка сообщения. Частотные таблицы языка рассчитываются по корпусу текстов естественного языка (объемному набору текстов, представительному для языка в целом) и приводятся в справочной литературе, например, в орфографических словарях.

Шифр табличной замены

Следует, однако, иметь в виду, что частоты появления символов в конкретном тексте могут существенно отличаться от табличных, причем обычно отличия проявляются сильнее для коротких сообщений. Например, в фразе «Четыре черненьких чернявеньких чертенка чертили черными чернилами чертеж» буква «Ч» встречается почти в 10 раз чаще (0,123), чем в среднем по языку (0,015), а такая популярная буква, как «О» (самая часто встречающаяся в естественном языке) вообще отсутствует, всего же в этом тексте встречается лишь половина (16) букв русского алфавита. Поэтому частотный анализ длинных сообщений обычно легче, чем коротких.

К. Шеннон показал, что существует определенная граничная длина шифртекста, ниже которой невозможно однозначное дешифрование текста. Эту длину он назвал расстоянием единственности шифра. Теоретическая оценка расстояния единственности шифра простой замены для текстов на английском языке составляет 27 символов.

Частотный анализ шифра простой замены начинается с подсчета частот появления символов в криптограмме. Затем полученное распределение частот сравнивается с распределением частот в естественном языке и наиболее часто встречающиеся символы криптограммы заменяются наиболее часто используемыми символами языка.

После каждой замены текст анализируется, и, если не выявлено никаких противоречий, предположения о соответствии символов считаются верными. Криптоанализ существенно облегчается, если учитываются характерные особенности текста на естественном языке – вероятные слова и сочетания букв.

Например, для русского языка может помочь поиск:

сдвоенных букв: «НН», «СС» (в середине слов, перед окончанием); «ИИ», «ЕЕ», «ММ» (как в середине слов, так и окончание), «ОО» (только в середине слов), «ВВ» (в начале или в середине слов);
коротких (однобуквенных, двухбуквенных) слов – такие слова, как правило, являются служебными (местоимения, союзы, предлоги) и часто встречаются в текстах;
слов с дефисом;
слов-палиндромов (слова, читающиеся одинаково как слева направо, так и справа налево);
вероятных окончаний (например, для прилагательных «ИЙ», «ОЙ», «АЯ», «ОГО», «ИМИ» и др.) и сочетаний букв (например, сочетание двух подряд идущих согласных менее вероятно, чем чередование согласной и гласной буквы).

Частотный анализ может быть применен к простым перестановочным шифрам. В этом случае принимаются во внимание закономерности сочетаний букв и чередования гласных и согласных.

Как правило, частотный анализ простых шифров не представляет особого труда для носителя языка и может быть осуществлен «вручную». Поэтому естественным развитием криптографии стало изобретение шифров сложной замены, устойчивых к частотному анализу.

Если в шифре простой замены соответствие между символами естественного языка и символами криптограммы не меняется на всем протяжении шифрования сообщения, то в шифре сложной замены к каждому символу сообщения может быть применена своя замена. Фактически в шифрах сложной (многоалфавитной) замены в процессе шифрования постоянно осуществляется переход от одного алфавита замены к другому, то есть применяются различные простые шифры замены. Поэтому одной и той же букве открытого текста в криптограмме могут соответствовать разные символы, более того, один и тот же символ криптограммы может обозначать разные буквы.

Предыдущая статья Шифр Магма Следующая статья Шифр Цезаря

Статьи по теме