4. Шифрування методом простої підстановки. Статистичні властивості мови. Зламування методу простої підстановки.

Найбільш відомими є шифри підстановки, особливістю яких є заміна символів (або слів, або інших частин повідомлення) відкритого тексту відповідними символами, належать алфавітом шифротекста. Розрізняють одно алфавітну і багатоалфавітну заміну.

Прикладом багатоалавітного шифру підстановки є система Віженера. Шифрування здійснюється за таблицею, що представляє собою квадратну матрицю розмірністю N x N, де N - число симолів використовуваного алфавіту.

Вибирається ключ або ключова фраза. Після чого під кожною буквою вихідного повідомлення послідовно записуються символи ключа. Якщо ключ виявився коротшим повідомлення, його використовують кілька разів. Кожна літера шифротекста знаходиться на перетині стовпця таблиці, визначається буквою відкритого тексту і рядка, обумовленою буквою ключа.

Для розшифровки під буквами шифротекста послідовно записуються літери ключа. У рядку таблиці, відповідної черговий букві ключа, відбувається пошук відповідної букви шифртекста. Що знаходиться над нею в першому рядку таблиці буква є відповідною буквою вихідного тексту.

Розкриття одноалфавітних шифрів засноване на обліку частоти появи окремих букв або їх поєднань (біграм, триграм і т.п.) в даній мові.

У осмислених текстах будь-якого природної мови різні букви зустрічаються з різною частотою, при цьому відносні частоти літер у різних текстах однієї мови близькі між собою. Будь-який природна мова має надмірність, що дозволяє з більшою імовірністю вгадувати зміст повідомлення, навіть якщо частина букв повідомлення невідома.

Припустимо, на дошці оголошень нікого установи з'явилася наступна напис:

ТБПО ЩИЧЧЖ ЛНИЬЕЭФЭЕЭВЬ ЭКМНИО ИЩЩСКИЬОЭ

СФБИТЬЛИЬШ ТБПОЧЩЬП ЛНОЭЧЖ Ь ЧЛЭПЛКПЕПООЭ

ЛЭНЛКИВИЫП ФЭБСТПООЖП ЬН ЩИЧЧЖ ЧЧСУЖ

Це не може бути шифр перестановки, тому що в шифровці чітко проглядаються слова з регулярними закінченнями чж, иыи, оэ. Частоти зустрічі різних знаків шифровки явно неоднакові. Знаки ч, и, э. зустрічаються раз по десять, тоді як У, Ю і М лише по одному разу, що не буває в багатоалфавітних шифрах, що мають близькі ймовірності знаків. Природно припустити, що застосований шифр простої заміни. З чого слід почати розшифрування? Безсумнівно, з встановлення відправника і одержувача повідомлення. Найчастіше, крім імені одержувача повідомлення містять ще й ім'я відправника, як це прийнято у телеграмах: "Приїжджаю шостого. Мама." У нашої шифровки була приписка: "Громадяни, які ознайомилися, запам'ятали і виконали, приймаються щодня і без обмежень. Місцевком." З неї ясний відправник - місцевком. Тому шифрований текст може не містити його назви. Одержувач все ж має бути уточнений, як звернення: "всім садівникам ..." або "члени гуртка ...". Проте це - надто легкий шлях. і припустимо, що не вдалося конкретизувати одержувача, щоб, використовуючи його ім'я, розкрити шифр.

Припущення 1.

Уважно переглядаючи шифровку, можна виявити цікаве подвоєння знака Ч в кінці останнього слова і на початку останнього: щиччх ЧЧСУХ. Здається, що цей знак дуже схожий на вживання літери С у російському тексті, як МАССА ССЫЛОК. Наприклад, для літери В не вдається підібрати хороший приклад, щоб вона подвоювалася в кінці слів, а для букви Н - на початку. Відзначимо, що подвоєння С наприкінці характерно для запозичених іменників, де перед ним стоїть найчастіше літера А. Значить, літера шифровки Ч відповідає в тексті С, а И відповідає російської букві А.

Припущення 2.

Інше подвоєння, знаку о, зустрічається тільки в кінці слів і типово для російської літери М. Тому поєднання знаків на кінцях слів шифровки ОЭ и ооэ, швидше за все відповідають російським закінчень в повідомленні НО и ННО. Якщо це так, то останнє слово шифровки ЧЧСУЖ, що починається з СС і складається з п'яти літер може бути лише одним з двох слів - ССУДЕ або ССУДЫ, що легко перевірити за словником. Інші варіанти прочитання ССУДА, ССОРА і тому подібні відпадають, оскільки літери А і С вже розгадані.

Припущення 3.

Знак шифровки ж, що стоїть в кінці слова ЧЧСУЖ зустрічається досить рідко, якщо врахувати, що слово щиччж повторюється, а однакове закінчення останнього і передостаннього слів являє собою звичайне узгодження слів у реченні. Це означає, що знаку ж найшвидше відповідає буква Ы, чим більш часто зустрічається в російських текстах Е, а останнє слово - ССУДЫ. Закінчення повідомлення ?АССЫ ССУДЫ тепер неважко відгадати як КАССЫ ССУДЫ, що досить близько до осмисленого тексту. З відгадані букв п'ятому слово шифровки складається як АККУ?А?НО, що безсумнівно означає АККУРАТНО, а сьоме слово ??НОСЫ з контексту можна зрозуміти як ВЗНОСЫ. Отже, відгадування йде начебто б успішно, що підтверджується часткової розшифровкою:

???Н КАССЫ ВЗА??0?0?0?? 0??ЗАН АККУРАТ-

НО У??А??ВАТ? ???НСК?? ВЗНОСЫ ?

СВО?ВР???ННО ВОЗВРА?АТ? ?0?У??ННЫ? ?3

КАССЫ ССУДЫ

Тепер подальша розшифровка не становить особливих труднощів і виконується швидко, угадуванням окремих слів і підстановкою з'ясованих букв на шифровку. У підсумку отримуємо повідомлення:

ЧЛЕН КАССЫ ВЗАИМОПОМОЩИ ОБЯЗАН

АККУРАТНО УПЛАЧИВАТЬ ЧЛЕНСКИЕ

ВЗНОСЫ И СВОЕВРЕМЕННО ВОЗВРАЩАТЬ

ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ КАССЫ ССУДЫ