1. Методы замены (подстановки)

Метод простой замены. Пусть шифруемые сообщения состоят из символов алфавита А, включающего буквы русского языка (без буквы Ё) и знака пробела. Имеется таблица, задающая соответствие между символами этого алфави­та и числами от 0 до 32 (см. табл.2.2).

Таблица 2.2

Шифрование методом простой замены

А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	3	И	Й	К	Л	М	Н	О	П	Р
09	23	01	04	07	02	14	13	21	31	17	25	29	06	22	11	26
С	Т	У	Ф	X	Ц	Ч	Ш	Щ	Ъ	Ы	Ь	Э	Ю	Я	_
00	19	30	08	18	16	28	03	27	32	15	10	20	24	12	05

Шифрование методом простой замены в данном случае заключается в подмене символов шифруемого сообщения соответствующими числами из второй строки: "А" на "09", "Б" на "23'' и т. д. Таким образом, текст: «ПРОСТАЯ ЗАМЕНА ОДИН ИЗ САМЫХ ДРЕВНИХ ШИФРОВ» в зашифрованном виде будет выглядеть следующим образом:

«11 26 22 00 19 09 12 05 13 09 29 02 06 09 05 22 07 21 06 05 21 13 05 00 09

29 15 18 05 07 26 02 01 06 21 18 05 03 21 08 26 22 01».

Для того чтобы расшифровать это сообщение, нужно произвести обратную замену, т.е. найти в нижней строке таблицы каждое двузначное число криптограммы и заменить его стоящей над ним буквой из верхней строки. Нижняя строка таблицы выступает в данном случае в качестве ключа, позволяющего как зашифровать, так и расшифровать сообщение.

Если с помощью шифра простой замены зашифровано достаточно длинное сообщение, его можно прочесть и, не имея ключа. Дело в том, что частоты появления чисел в шифрованном тексте будут совпадать с часто­тами появления соответствующих им символов в исходном тексте. По­этому для дешифрования достаточно подсчитать относительные частоты встречаемости различных чисел в шифрованном сообщении и сравнить их с вероятностями встречаемости букв в текстах русского языка, приведен­ными в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Оценки вероятностей появления букв русского языка и пробела

А	Б	В	Г	Д	Е,Ë	Ж	3	И	Й	К
0,069	0,013	0,038	0,014	0,024	0,071	0,007	0,016	0,064	0,010	0,029
Л	М	Н	О	П	Р	С	Т	У	Ф	X
0,039	0,027	0,057	0,094	0,026	0,042	0,046	0,054	0,023	0,003	0,008
Ц	Ч	Ш	Щ	Ъ	Ы	Ь	Э	Ю	Я	_
0,005	0,012	0,006	0,004	0,001	0,015	0,013	0,002	0,005	0,017	0,146

Примечание. Оценки получены на основе анализа научно-технических и художественных текстов общим объемом более 1 млн. символов.

Для того чтобы установить однозначное соответствие между сим­волами нашего алфавита и двузначными числами зашифрованного сооб­щения, исходя только из анализа частоты появления последних, нужен очень большой текст. Поэтому задача дешифрования шифра простой за­мены в случае небольших текстов не имеет простого алгоритма решения. Это скорее творческий процесс, требующий большого терпения и хоро­шего знания языка. При дешифровании простой замены может оказаться также полезной таблица 2.4, содержащая частоты встречаемости различ­ных пар, подряд идущих символов (биграмм).

Проанализировав диагональные элементы этой таблицы, можно заметить, что пара «НН» встречается гораздо чаще других пар, состоящих из одинаковых букв. Это позволяет на относительно небольшом тексте почти однозначно определить, какому числу соответствует буква «Н». Можно подметить и другие полезные закономерности.

Ме­тоды шифрования заменой (подста­новкой) заключаются в том, что сим­волы исходного текста (блока), запи­санные в одном алфавите, заменяются символами другого алфавита в соответ­ствии с принятым ключом преобразо­вания.

Одним из простейших методов яв­ляется прямая замена исходных сим­волов их эквивалентом из вектора за­мен. Для очередного символа исход­ного текста отыскивается его местопо­ложение в исходном алфавите. Экви­валент из вектора замены выбирается как отстоящий на полученное смеще­ние от начала алфавита. При де­шифровании поиск производится в векторе замен, а эквивалент выбира­ется из исходного алфавита. Текст, получен­ный таким методом, имеет срав­нительно низкий уровень зашиты, так как исходный и шифрованный тексты имеют одинаковые статистические характеристики.

Система шифрования Вижинера. Более стойкой в отношении раскрытия является схема шифрования, ос­нованная на использовании таблицы Вижинера (см. табл. 2.5). Таблица пред­ставляет собой квадратную матрицу с числом элементов n, где n — количе­ство символов в алфавите. В первой строке матрицы записываются буквы в порядке очередности их в алфавите, во второй — та же последовательность букв, но со сдвигом влево на одну позицию, в третьей — со сдвигом на две позиции и т. д. Освободившиеся места справа заполняются вытесненными влево буквами, записываемыми в естественной последовательности.

Таблица 2.5

Таблица шифрования

АБВГДЕ	…………………………	ЭЮЯ
БВГДЕЖ	…………………………	ЮЯА
ВГДЕЖЗ	…………………………	ЯАБ
ГДЕЖЗИ	…………………………	АБВ
ДЕЖЗИК	…………………………	БВГ
ЕЖЗИКЛ	…………………………	ВГД
………..	…………………………	…
………..	…………………………	…
ЯАБВГД	…………………………	ЬЭЮ

Для шифрования текста устанавливается ключ, представляющий со­бой некоторое слово или набор букв. Далее из полной матрицы выбира­ется подматрица шифрования, включающая, например, первую строку и строку матрицы, начальной буквой которой являются последовательно буквы ключа (табл. 2.6), например НЕБО.

Таблица 2.6