Як працює шифр за ключовим словом

Ідея в одному реченні

Шифр за ключовим словом — це Підстановка, чий Шифровальний алфавіт сам себе записує: спочатку пишете ключове Ключ, а потім продовжуєте літерами, яких у ньому бракує — алфавіт несе ключове слово в самій своїй формі.

Рецепт

1. Оберіть ключове слово, скажімо KRYPTOS. Ви пишете його літери за порядком, опускаючи повтори: K R Y P T O S.

2. Під відкритим алфавітом продовжуєте рештою літер у їхньому природному порядку: A B C D E F G H I J L M N Q U V W X Z.

3. Два рядки разом — шифровальний алфавіт: KRYPTOSABCDEFGHIJLMNQUVWXZ.

4. Шифруєте кожну літеру відкритого тексту шифровою літерою під нею: A стає K, B стає R, C стає Y. Розшифрування проходить рядки у зворотному напрямку.

Опрацьований приклад

Середня колонка показує, звідки кожна шифрова літера: K позначає літери ключового слова, · — звичайний залишок. Цей поділ — вся хитрість і вся слабкість.

Варіант із продовженням

Деякі алфавіти за ключовим словом не повертаються до A після слова, а продовжують рахувати від його останньої літери. Для KRYPTOS це дає KRYPTOSUVWXZABCDEFGHIJLMNQ — після S іде U (T уже використано), потім V, W, X, Z, а тоді коло повертається до A, B, C… Інструмент пропонує обидва режими перемикачем «Продовжити після ключового слова».

Вільні алфавіти

Будь-яке розташування 26 літер працює як шифровальний алфавіт — ключове слово лише зручний для запам'ятовування спосіб його записати. Режим «Вільний алфавіт» інструмента приймає будь-яку перестановку, і саме її видає майстер криптоаналізу: відновлений алфавіт зовсім не зобов'язаний походити з ключового слова.

Шифр за ключовим словом: путівники

Путівник 1 — ваш перший шифр за ключовим словом

1. Відкрийте інструмент і введіть ключове слово SHADOW. Слідкуйте за стрічкою алфавіту: нижній рядок починається S H A D O W, а далі іде B C E F G… — спочатку літери слова, потім усе інше за порядком.

2. Введіть MEET ME AT NOON. Зверніть увагу: кожна E шифрується тією самою літерою — саме ця сталість пізніше зламає шифр.

3. Увімкніть «Зберігати пробіли» і зашифруйте знову. Довжини слів подорожують разом із повідомленням — зручно для читача і подарунок для криптоаналітика.

Путівник 2 — два алфавіти

1. Зашифруйте те саме повідомлення з KRYPTOS один раз із «Продовжити після ключового слова», другий — без. Порівняйте стрічки: перша половина однакова, друга обертається.

2. Обидва алфавіти — легітимні алфавіти за ключовим словом; саме тому зломщик, відновивши алфавіт, має ще перевірити, чи складає він ключове слово.

3. Перейдіть у режим розшифрування та вставте власну криптограму. Шифрування й розшифрування користуються тими самими двома рядками в протилежних напрямках.

Путівник 3 — від ключового слова до вільного алфавіту

1. Позначте «Вільний алфавіт» і введіть 26 літер у перемішаному порядку — інструмент перевірить, що кожна літера трапляється рівно один раз.

2. Зашифруйте повідомлення й роздивіться стрічку: ніщо не видає алфавіт як побудований на ключовому слові, бо він ним більше не є.

3. Оце чесна картина будь-якої підстановки: одна фіксована довільна відповідність. Алфавіт за ключовим словом — лише слухняний окремий випадок, а окремі випадки видають свою особливість.

Злам шифру за ключовим словом

Алфавіт за ключовим словом здається особистим і таким, що легко запам'ятати — і все ж це Підстановка, тому класична статистика діє без змін. Майстер на вкладці Криптоаналіз веде атаку; ця сторінка пояснює, що робить кожен крок і чому він працює.

Слабкість: одна фіксована відповідність

Якої б форми не був алфавіт — ключове слово, продовжене ключове слово чи вільна перестановка — кожна літера відкритого тексту шифрується однією й тією самою літерою в межах усього повідомлення. Саме ця сталість живить Частотний аналіз: підрахунки шифрових літер — це замасковані підрахунки відкритих.

Майстер, крок за кроком

1. Порахуйте літери. Дошка сортує шифрові символи за частотою й малює кожен підрахунок стовпчиком. Порівняйте форму з англійською — попереду E, T, A, O — і перевірте, чи текст достатньо довгий, щоб довіряти йому (інструмент попереджає під 100 літер).

2. Призначте очевидні. Клацніть найчастішу клітинку та оберіть літеру, яку вона означає, на вашу думку; підказка під клітинкою — лише підказка. Після кожного клацання частковий текст оновлюється, тож хибна здогадка видно одразу — скасуйте її й спробуйте наступну.

3. Знайдіть слова. Коли кілька літер на місці, цілі слова підсвічуються. Панель перелічує шифрові слова, чиї обриси збігаються з поширеним англійським словом (збіг за Слово-шаблон — THE має форму ABC, THAT — ABCA) і показує лише кандидатів, узгоджених з вашими призначеннями. Клацання розставляє слово ціликом. Подвоєні літери та однолітерні слова (в англійській лише A та I) теж підказки.

4. Заповніть прогалини. Рідкісні символи — останніми: керуйтеся частковим текстом, доки кожна клітинка не буде зайнята.

5. Готово. З'являється відновлений алфавіт; якщо він має форму ключового слова, майстер називає слово, яке він ховає. «Використати цей ключ» несе алфавіт на вкладку Інструмент, який розшифровує решту.

Інструмент ніколи не призначає літеру сам. Кожне клацання — ваше, і кожне можна скасувати — це навмисно: зламати власноруч і є урок.

Що ключове слово додає — і чого не додає

Ключове слово скорочує набір алфавітів, які автор має запам'ятати, а не ті, які зловмисник мусить перебрати. Частотний аналіз байдужий до того, як записали перестановку. Ключове слово важить лише потім: відновлений алфавіт може видати слово, з якого він побудований, — це приємно і водночас пересторога щодо вибору ключів, які ваш шифротекст може зізнатися.