Шифр Плейфера

Чтобы в тексте, зашифрованном с помощью подстановок, частота появления букв была менее заметной, используют два подхода. Один заключается в том, что замещают не отдельные буквы открытого текста, а комбинации отдельных букв (наиболее часто используют два символа – биграммы). Второй подход предполагает использование сразу нескольких алфавитов.

Наиболее известный шифр, применяющий первый подход (замену открытого текста биграммами), называется шифр Плейфера (Playfair). В этом шифре биграммы открытого текста заменяются на биграммы шифрованного текста. Шифр был создан в 1854 г. и служил стандартом шифрования Британской армии во время первой мировой войны. Рассмотрим вариант этого шифра для русского языка.

Шифр использует матрицу 5х6 элементов (по количеству основных букв русского алфавита). Сначала в матрицу вписывается ключевое слово, а затем буквы по алфавиту, которые не встретились в ключевом слове. Возьмем, например, ключевое слово «республика» и построим матрицу шифрования:

р	е	с	п	у	б
л	и	к	а	в	г
д	ж	з	м	н	о
т	ф	х	ц	ч	ш
щ	ь	ы	э	ю	я

Исходный текст разбивается на биграммы (2 символа). Шифрование производится следующим образом. Если буквы лежат в разных строках и столбцах, то строится прямоугольник с вершинами в исходных символах, и для шифрованного текста берутся две другие вершины прямоугольника. Например, если биграмма открытого текста «ст», то биграмма шифрованного текста будет «рх». Если биграмма открытого текста «ша», то биграмма шифрованного текста будет «цг» (т.е. учитывается порядок следования букв).

Если обе буквы принадлежат одному столбцу, для шифрованного текста берутся две буквы, лежащие на строчку ниже. Например, если биграмма открытого текста «ун», то биграмма шифрованного текста будет «вч».

Если обе буквы принадлежат одной строке, для шифрованного текста берутся две буквы, лежащие на столбец правее. Например, если биграмма открытого текста «ив», то биграмма шифрованного текста будет «кг»; если биграмма открытого текста «но», то биграмма шифрованного текста будет «од».

Расшифровка, соответственно, производится в обратную от шифрования сторону: если для шифрования берутся буквы на строчку ниже, то для расшифровки - на строчку выше; если для шифрования берутся буквы на столбец правее, то для расшифровки - на столбец левее.

Несмотря на широкое использование и высокую репутацию в прошлом, шифр Плейфера сохраняет многие статистические характеристики открытого текста.

Шифр Вижинера

Шифр Цезаря легко вскрывается путем простого перебора вариантов. Усовершенствование такого шифра может заключаться в использовании подстановки с различным смещением на каждом символе. Такие шифры называются многоалфавитными (или полиалфавитными). Самым известным алгоритмом такого рода является шифр Вижинера (Vigenure). Алгоритм заключается в следующем.

Для шифрования используется ключ, имеющий ту же длину, что и сообщение. Обычно используют какое-то ключевое слово, повторяющееся нужное число раз. Каждая буква в слове означает смещение, которое должно быть применено к данной букве шифрованного текста. Смещение – это номер буквы в заданном алфавите. Например, ключевое слово слон определяет смещение первой буквы на 18 символов, второй – на 12 символов, третьей – на 15 символов, и т.д.

Пусть ключевым словом является вираж. Применим его для шифрования:

Ключ: в и р а ж

Смещение: 3 9 17 1 7

Виражвиражвиражви

Открытый текст: со зда емсвоюзащиту

Шифр.текст: фчшезихвгхб ксъ пхь

В таком шифре частота появления отдельных букв уже скрыта, поскольку каждой букве соответствует несколько различных вариантов. Поэтому статистический анализ не поможет вскрытию такого шифра.