Sezar şifresi - Caesar cipher

Bir Sezar şifresinin eylemi, her bir düz metin harfini, alfabenin altında sabit sayıda yer olan farklı bir harfle değiştirmektir. Burada gösterilen şifre üçlük bir sola kaydırma kullanır, böylece (örneğin) her bir E düz metinde B şifreli metinde.

İçinde kriptografi, bir Sezar şifresi, Ayrıca şöyle bilinir Sezar'ın şifresi, vardiya şifresi, Sezar'ın kodu veya Sezar kayması, en basit ve en çok bilinenlerden biridir şifreleme teknikleri. Bu bir tür ikame şifresi içindeki her harf düz metin bir harf ile değiştirilir, bazı sabit sayıda pozisyon aşağı alfabe. Örneğin, sola kaydırma 3 ile, D ile değiştirilecek Bir, E olacaktı B, ve benzeri. Yöntemin adı julius Sezar, bunu özel yazışmalarında kullanan.[1]

Sezar şifrelemesi tarafından gerçekleştirilen şifreleme adımı genellikle daha karmaşık şemaların bir parçası olarak dahil edilir, örneğin Vigenère şifresi ve hala modern uygulamalara sahiptir. ROT13 sistemi. Tüm tek harfli ikame şifrelerinde olduğu gibi, Sezar şifresi de kolayca kırılır ve modern uygulamada esasen hiçbir iletişim güvenliği.

Misal

Dönüşüm, iki alfabeyi hizalayarak temsil edilebilir; şifre alfabesi, belirli sayıda konumla sola veya sağa döndürülen düz alfabedir. Örneğin, burada üç basamaklı bir sola dönüş kullanan bir Sezar şifresi var, 23 değerinde sağa kaydırmaya eşdeğer (shift parametresi anahtar ):

Düz: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZCipher: XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW

Şifreleme sırasında, bir kişi "düz" satırdaki mesajın her harfini arar ve "şifre" satırına karşılık gelen harfi yazar.

Düz Metin: HIZLI KAHVERENGİ FOX, TEMBEL KÖPEK ÜZERİNDEN ATIYOR Metin: QEB NRFZH YOLTK CLU GRJMP LSBO QEB IXWV ALD

Deşifre, sağa doğru 3 kaydırma ile ters yönde yapılır.

Şifreleme şu şekilde de gösterilebilir: Modüler aritmetik ilk önce harfleri A → 0, B → 1, ..., Z → 25 şemasına göre sayılara dönüştürerek.[2] Bir mektubun şifrelenmesi x vardiya ile n matematiksel olarak şu şekilde tanımlanabilir:[3]

Şifre çözme benzer şekilde gerçekleştirilir,

(İçin farklı tanımlar vardır. modulo işlemi. Yukarıda, sonuç 0 ile 25 arasındadır; yani, eğer x + n veya x − n 0 ile 25 arasında değilse, 26 çıkarmamız veya toplamamız gerekir.)

Değiştirme, mesaj boyunca aynı kalır, bu nedenle şifre bir tür olarak sınıflandırılır monoalphabetic ikame, aksine çok alfabetik ikame.

Tarih ve kullanım

Ayrıca bakınız: Kriptografi tarihi
Sezar şifresinin adı julius Sezar, şifre çözme işleminin üç harfi sola kaydırdığı bir alfabe kullanan kişi.

Sezar şifresinin adı julius Sezar, kime göre Suetonius, askeri öneme sahip mesajları korumak için bunu üçe kaydırarak kullandı (A, şifreleme sırasında D ve şifre çözme sırasında D, A oldu). Sezar'ın bu şemanın ilk kaydedilen kullanımı olmasına rağmen, diğer ikame şifrelerinin daha önce kullanıldığı bilinmektedir.[4][5]

"Söyleyeceği gizli bir şey varsa, onu şifreli olarak yazdı, yani alfabenin harflerinin sırasını öyle değiştirerek, bir kelime çıkarılamaz. Bunları deşifre etmek isteyen varsa yani alfabenin dördüncü harfini, yani D'yi A yerine ve diğerleriyle değiştirmelidir. "

— Suetonius, Julius Caesar'ın Hayatı 56

Onun yeğeni, Augustus, aynı zamanda şifreyi de kullandı, ancak birinin sağa kaymasıyla ve alfabenin başlangıcına sarılmadı:

"Ne zaman şifreli yazsa, A yerine B, B için C ve diğer harfleri aynı prensipte Z için AA kullanarak yazdı."

— Suetonius, Augustus'un Hayatı 88

Julius Caesar'ın daha karmaşık sistemler kullandığına dair kanıtlar var,[6] ve bir yazar, Aulus Gellius, şifreleri üzerine (artık kaybolan) bir incelemeye atıfta bulunur:

"Dilbilgisi uzmanı Probus tarafından Sezar'ın mektuplarının kompozisyonundaki harflerin gizli anlamı ile ilgili oldukça ustaca yazılmış bir inceleme bile var."

— Aulus Gellius, Tavan Arası Geceleri 17.9.1–5

O sırada Sezar şifresinin ne kadar etkili olduğu bilinmemektedir, ancak muhtemelen makul derecede güvenliydi, çünkü Sezar'ın düşmanlarının çoğu olabilirdi. cahil ve diğerleri mesajların bilinmeyen bir yabancı dilde yazıldığını varsayarlardı.[7] O sırada basit ikame şifrelerinin çözümüne yönelik herhangi bir tekniğin kaydı yoktur. Hayatta kalan en eski kayıtlar, 9. yüzyıla ait Al-Kindi içinde Arap keşfiyle dünya frekans analizi.[8]

Arka yüzünde bir kaymalı Sezar şifresi kullanılır. mezuzah şifrelemek için tanrının isimleri. Bu, Yahudi halkının mezuzot almasına izin verilmeyen daha önceki bir zamandan kalma olabilir. Şifrelemenin harfleri, dini açıdan önemli bir "ilahi isim" içerir ve Ortodoks inanç, kötülüğün güçlerini kontrol altında tutar.[9]

19. yüzyılda, gazetelerdeki kişisel reklamlar bölümü bazen basit şifre şemaları kullanılarak şifrelenmiş mesaj alışverişi yapmak için kullanılırdı. Kahn (1967), Sezar şifresini kullanarak şifrelenmiş gizli iletişimle uğraşan aşıkların örneklerini anlatır. Kere.[10] 1915 gibi geç bir tarihte bile, Sezar şifresi kullanımdaydı: Rus ordusu, bunu, birliklerinin ustalaşmasının çok zor olduğu kanıtlanan daha karmaşık şifrelerin yerine kullandı; Alman ve Avusturya kriptanalistler mesajlarının şifresini çözmede çok az zorluk yaşadı.[11]

Kodu şifrelemek veya şifresini çözmek için Sezar şifrelemeli iki döner diskten oluşan bir yapı kullanılabilir.

Sezar şifreleri bugün çocuk oyuncakları gibi gizli kod çözücü halkaları. Aynı zamanda onüç sezar kayması da yapılır. ROT13 algoritma, yaygın olarak bulunan metni gizlemenin basit bir yöntemi Usenet ve metni gizlemek için kullanılır (şakanın ana hatları ve hikaye gibi spoiler ), ancak ciddi bir şifreleme yöntemi olarak kullanılmaz.[12]

Vigenère şifresi metindeki her konumda farklı bir kaydırmaya sahip bir Sezar şifresi kullanır; vardiya değeri, yinelenen bir anahtar sözcük kullanılarak tanımlanır. Anahtar kelime mesaj kadar uzunsa, adresinde seçilir rastgele, asla başkası tarafından bilinmez ve asla tekrar kullanılmaz, bu Bir defalık ped şifre, kırılmaz olduğu kanıtlanmıştır. Koşullar o kadar zordur ki, pratik anlamda asla elde edilemezler. Mesajdan daha kısa anahtar kelimeler (ör. "Zaferi tamamla "tarafından kullanılan Konfederasyon esnasında Amerikan İç Savaşı ), frekans analizinin istatistiksel olarak gelişmiş bir versiyonuyla tespit edilebilecek döngüsel bir model tanıtın.[13]

Nisan 2006'da kaçak Mafya patron Bernardo Provenzano yakalandı Sicilya kısmen, Sezar şifresinin bir varyasyonunda beceriksizce yazılmış bazı mesajlarının kırılmış olmasından dolayı. Provenzano'nun şifresinde sayılar kullanıldı, böylece "A" "4" olarak, "B" "5" olarak yazılırdı, vb.[14]

2011'de Rajib Karim, Sezar şifresini Bangladeşli İslami aktivistlerle havaya uçurma planlarını tartışmak için kullandıktan sonra Birleşik Krallık'ta "terör suçlarından" mahkum edildi. ingiliz Havayolları uçaklar veya BT ağlarını bozar. Tarafların çok daha iyi şifreleme tekniklerine erişimi olmasına rağmen (Karim, PGP bilgisayar disklerinde veri depolamak için), kendi şemalarını kullanmayı seçtiler ( Microsoft Excel ), Mücahede Sırları adlı daha karmaşık bir kod programını reddediyor "çünkü 'kafirler' veya inanmayanlar bunu biliyor, bu yüzden daha az güvenli olmalı".[15] Bu bir uygulama oluşturdu belirsizlik yoluyla güvenlik.

Şifreyi kırmak

Şifre çözme
vardiya		Aday düz metin
0Exxegoexsrgi
1dwwdfndwrqfh
2cvvcemcvqpeg
3Buubdlbupodf
4Saldırı
5zsszbjzsnmbd
6yrryaiyrmlac
...
23haahjrhavujl
24gzzgiqgzutik
25fyyfhpfytshj

Sezar şifresi bir anda bile kolayca kırılabilir. yalnızca şifreli metin senaryosu. İki durum düşünülebilir:

  1. bir saldırgan bir tür basit ikame şifresinin kullanıldığını bilir (veya tahmin eder), ancak bunun bir Sezar planı olduğunu bilmez;
  2. bir saldırgan Sezar şifresinin kullanımda olduğunu bilir, ancak kaydırma değerini bilmez.

İlk durumda, şifre, genel bir basit ikame şifresiyle aynı teknikler kullanılarak kırılabilir, örneğin frekans analizi veya kalıp sözcükler.[16] Çözerken, bir saldırganın çözümdeki düzenliliği çabucak fark etmesi ve Sezar şifresinin kullanılan özel algoritma olduğu sonucuna varması muhtemeldir.

Tipik bir İngilizce metin örneğindeki harflerin dağılımı, ayırt edici ve tahmin edilebilir bir şekle sahiptir. Sezar kayması bu dağılımı "döndürür" ve ortaya çıkan frekans grafiğini inceleyerek kaymayı belirlemek mümkündür.

İkinci durumda, düzeni bozmak daha da basittir. Yalnızca sınırlı sayıda olası vardiya olduğundan (25 İngilizce), bunların her biri sırayla test edilebilir. kaba kuvvet saldırısı.[17] Bunu yapmanın bir yolu, tüm olası vardiyaların bir tablosuna şifreli metnin bir parçacığını yazmaktır.[18] - bazen "düz bileşeni tamamlama" olarak bilinen bir teknik.[19] Verilen örnek şifreli metin içindir "EXXEGOEXSRGI"; düz metin, dörtlü bir vardiyada gözle anında tanınabilir. Bu yöntemi görmenin bir başka yolu, şifreli metnin her harfinin altına, tüm alfabenin o harften başlayarak ters olarak yazılmasıdır. Bu saldırı, kullanılarak hızlandırılabilir. Alfabe ile ters sırayla yazılmış bir dizi şerit, Şeritler daha sonra bir satır boyunca şifreli metni oluşturmak için hizalanır ve düz metin diğer satırlardan birinde görünmelidir.

Diğer bir kaba kuvvet yaklaşımı, harflerin frekans dağılımını eşleştirmektir. Bir insan, şifreli metindeki harflerin frekanslarının grafiğini çizerek ve bu harflerin düz metnin orijinal dilinde beklenen dağılımını bilerek, grafiğin belirli özelliklerinin yer değiştirmesine bakarak geçişin değerini kolayca tespit edebilir. Bu olarak bilinir frekans analizi. Örneğin, İngilizce dilinde harflerin düz metin frekansları E, T, (genellikle en sık) ve Q, Z (tipik olarak en az sıklıkta) özellikle belirgindir.[20] Bilgisayarlar bunu gerçek frekans dağılımının beklenen dağılımla ne kadar iyi eşleştiğini ölçerek de yapabilirler; örneğin, ki-kare istatistiği kullanılabilir.[21]

Doğal dil düz metni için, tipik olarak yalnızca bir makul şifre çözme olacaktır, ancak son derece kısa düz metinler için birden fazla aday mümkündür. Örneğin, şifreli metin MPQY makul bir şekilde her ikisinin de şifresini çözebilir "Aden"veya"bilmek"(düz metnin İngilizce olduğu varsayılarak); benzer şekilde,"ALIIP"to"oyuncak bebekler"veya"tekerlek"; ve "AFCCP"to"neşeli"veya"tezahürat" (Ayrıca bakınız birlik mesafesi ).

Sezar şifresi ile bir metni birden çok kez şifrelemek ek güvenlik sağlamaz. Bunun nedeni, mesela vardiyanın iki şifrelemesidir. Bir ve vardiya B, vardiya ile tek bir şifrelemeye eşdeğer olacaktır Bir + B. Matematiksel terimlerle, her olası anahtarın altındaki şifreleme işlemleri seti bir grup altında kompozisyon.[22]

Ayrıca bakınız

Notlar

  1. ^ Suetonius, Vita Divi Julii 56.6
  2. ^ Luciano, Dennis; Gordon Prichett (Ocak 1987). "Kriptoloji: Sezar Şifrelerinden Açık Anahtarlı Şifreleme Sistemlerine". Kolej Matematik Dergisi. 18 (1): 2–17. CiteSeerX  10.1.1.110.6123. doi:10.2307/2686311. JSTOR  2686311.
  3. ^ Wobst, Reinhard (2001). Kriptoloji Kilidi Açıldı. Wiley. s. 19. ISBN  978-0-470-06064-3.
  4. ^ "Kodu Kırmak". Merkezi İstihbarat Teşkilatı. Alındı 21 Şubat 2017.
  5. ^ Singh, Simon (2000). Kod Kitabı. Çapa. pp.289-290. ISBN  0-385-49532-3.
  6. ^ Reinke, Edgar C. (Aralık 1962). "Klasik Kriptografi". Klasik Dergi. 58 (3): 114.
  7. ^ Pieprzyk, Josef; Thomas Hardjono; Jennifer Seberry (2003). Bilgisayar Güvenliğinin Temelleri. Springer. s. 6. ISBN  3-540-43101-2.
  8. ^ Singh, Simon (2000). Kod Kitabı. Çapa. pp.14–20. ISBN  0-385-49532-3.
  9. ^ Alexander Poltorak. "Mezuzah ve Astroloji". chabad.org. Alındı 2008-06-13.
  10. ^ Kahn, David (1967). The Codbreakers. s. 775–6. ISBN  978-0-684-83130-5.
  11. ^ Kahn, David (1967). The Codbreakers. sayfa 631–2. ISBN  978-0-684-83130-5.
  12. ^ Wobst, Reinhard (2001). Kriptoloji Kilidi Açıldı. Wiley. s. 20. ISBN  978-0-470-06064-3.
  13. ^ Kahn, David (1967). The Codbreakers. ISBN  978-0-684-83130-5.
  14. ^ Leyden, John (2006-04-19). "Mafya patronu beceriksiz kriptoyla bozuldu". Kayıt. Alındı 2008-06-13.
  15. ^ "BA cihatçıları, İsa dönemi şifrelemesine güvendi". Kayıt. 2011-03-22. Alındı 2011-04-01.
  16. ^ Beutelspacher, Albrecht (1994). Kriptoloji. Amerika Matematik Derneği. s. 9–11. ISBN  0-88385-504-6.
  17. ^ Beutelspacher, Albrecht (1994). Kriptoloji. Amerika Matematik Derneği. sayfa 8-9. ISBN  0-88385-504-6.
  18. ^ Leighton, Albert C. (Nisan 1969). "Yunanlılar ve Romalılar Arasında Gizli İletişim". Teknoloji ve Kültür. 10 (2): 139–154. doi:10.2307/3101474. JSTOR  3101474.
  19. ^ Sinkov, Abraham; Paul L. Irwin (1966). Temel Kriptanaliz: Matematiksel Bir Yaklaşım. Amerika Matematik Derneği. sayfa 13–15. ISBN  0-88385-622-0.
  20. ^ Singh, Simon (2000). Kod Kitabı. Çapa. pp.72–77. ISBN  0-385-49532-3.
  21. ^ Savarese, Chris; Brian Hart (2002-07-15). "Sezar Şifresi". Alındı 2008-07-16.
  22. ^ Wobst, Reinhard (2001). Kriptoloji Kilidi Açıldı. Wiley. s. 31. ISBN  978-0-470-06064-3.

Kaynakça

  • F. L. Bauer, Şifresi Çözülmüş Sırlar, 2. baskı, 2000, Springer. ISBN  3-540-66871-3.
  • David Kahn, Codebreakers: The Story of Secret Writing, Revize ed. 1996. ISBN  0-684-83130-9.
  • Chris Savarese ve Brian Hart, Sezar Şifresi, 1999

Dış bağlantılar