A rejtjelező rács egy nyílásos cellákkal (papírból, kartonból vagy hasonló anyagból készült) sablon, amelyet az egyszerű szöveg titkosítására használnak. A szöveget bizonyos szabályok szerint egy ilyen sablonon keresztül vitték fel egy papírlapra, és a szöveg dekódolása csak akkor volt lehetséges, ha ugyanaz a sablon állt rendelkezésre. A legkorábbi ismert ilyen műszer az 1550-ből származó Cardano Grille , amely téglalap alakú sablont használt az egyes betűk, szótagok vagy szavak felírásához, majd réselt cellákon keresztül történő olvasásához. A sima szöveg írott töredékeit az is elfedte, hogy a titkosított töredékek közötti hézagokat értelmetlen szavak vagy betűk töltötték ki. Ez a változat a szteganográfia példája is.
A Cardano rácsot a titkos levelezés módszereként találták fel. A kriptográfia a 17. század közepétől vált ismertté a titkos üzenetekre, egészen addig a szteganográfia fogalmát használták általánosan . Egy másik univerzális kifejezés a titkos levelezésre a cipher szó volt, amelynek az angolban két írásmódja volt: cypher és cipher. Jelenleg különbség van a kriptográfia és a szteganográfia fogalmai között. Sir Francis Bacon három alapvető feltételt támasztott a titkosítással kapcsolatban:
Mindhárom feltétel teljesítése komoly erőfeszítéseket és nagy munkát igényel. A 3. feltétel, amely a szteganográfiára vonatkozik, azt jelenti, hogy a titkosított üzenetnek ideális esetben egyáltalán nem kellene kinéznie. Pontosan ennek a feltételnek felelt meg a lehető legjobban a Cardano által egykor feltalált rács. A Cardano rács különböző kezdeti változatait azonban nem kifejezetten a 3. feltétel teljesítésére tervezték, és általában nem is feleltek meg teljesen a 2. feltételnek, mivel a titkosítási rács segítségével maszkolt szöveg megfejtésének képessége a kriptaelemzők képességeitől és készségeitől függ. . A Cardano titkosítási rács vonzereje mindenekelőtt a felhasználók számára való könnyű használatban volt, vagyis az 1. feltételnek megfelelően.
Nem minden titkosítót használnak a másokkal való kommunikációhoz: a feljegyzések és feljegyzések titkosítva tárolhatók kizárólag szerzői jogi használatra. Például, ha a hash-t tömör információk, például kulcsszó vagy kulcsszám védelmére használják.
Ebben a példában a rácsnak nyolc szabálytalanul (ideális esetben véletlenszerűen) hasított cellája van. Számuk a TANGIERS kulcsszóban szereplő betűk számának felel meg. A rácsot egy rácsos lapra (egy speciálisan vonallal ellátott papírlapra) helyezzük, a betűket felülről lefelé írjuk.
A rács eltávolítása után a rács megtelik véletlenszerű betűkkel és számokkal. A rejtett betűk (más változatokban - számok és egyéb jelek) olvasásához rendelkeznie kell a szerző titkosítási rácsával vagy annak másolatával. A rejtjelkarakterek kulcsai lehetnek egy olyan többalfabetikus titkosításnak, mint amilyet a Giambattista della Porta javasolt .
A rácsot és a hálót külön tárolják. Ha a rácsnak csak egy példánya és egy rácsmásolata van, akkor bármelyik elvesztése mindkettő elvesztésével jár.
Nyilvánvalóan titkosítási rácsot használó kommunikáció esetén a küldőnek és a címzettnek ugyanazzal a rácsmásolattal kell rendelkeznie. A rács elvesztése az összes titkos levelezés elvesztéséhez vezet. Az üzeneteket vagy nem tudja visszafejteni és elolvasni a címzett, vagy egy illetéktelen személy, aki hozzáfért az elveszett rácshoz, visszafejtheti és elolvashatja azokat.
A rejtjelrács használatát a Voynich-kézirat kapcsán továbbfejlesztették a már létező szövegből pszeudo-véletlen sorozatok generálására szolgáló módszerben . David Kahn enigmatológiának nevezte a kriptográfia azon területét, amely a titkos jelentés szövegekből való kinyerésével foglalkozik. Például tartalmazza John Dee műveit és állítólag Shakespeare műveibe ágyazott rejtjeleket , bizonyítva, hogy azokat Francis Bacon írta. Ez utóbbi verziót William Friedman tanulmányozta és cáfolta . [egy]
Sir Francis Walsingham (1530-1590) titkosító rácsot használt az egyszerű szövegű levelek elrejtésére, amikor ügynökeivel kommunikált. Általában azonban a nómenklator néven ismert kombinált módszert részesítette előnyben.[ pontosítás ] melyik volt akkoriban a legfejlettebb titkosítási módszer. Vizuálisan a nómenklátor egy permutációs eszköz volt, amely valami hasonlót hozott létre, mint egy cikk- cakk titkosítás , és sakktáblára emlékeztetett.
Úgy gondolják, hogy a sakktábla titkosítási módszerét nem Cardano javasolta, bár ismert, hogy sakkozó volt, aki könyvet írt a játékokról. A szokásos Cardano rácsban tetszőlegesen kialakított rések-cellák találhatók, de ha ezeket a réseket a sakktábla fehér négyzeteinek megfelelően rendezzük el, akkor egy adott titkosítási mintát kapunk. A titkosítás egy lapon kezdődik – egy „sakktáblán” a sakkozáshoz nem megfelelő helyen: a bal felső sarokban egy fekete négyzet található. Az üzenet első betűje ebben a fekete négyzetben van írva, a második és minden további betű a megfelelő négyzetek egyikébe. Ha az üzenetet függőlegesen írják, akkor vízszintesen olvassák el, és fordítva.
32 betű kitöltése után a tábla függőlegesen vagy vízszintesen 90 fokkal el van forgatva (az eredmény ugyanaz), azaz a sakkozáshoz megfelelő helyzetben (bal felső sarokban fehér négyzet van), és további 32 betű meg vannak írva. A 64 betűnél hosszabb üzenetekhez még egy tábla és egy papírlap szükséges. A rövidebb üzenetek üres betűkkel vannak kitöltve (úgynevezett padding ). Minden további négyzetbe nulla kerül, azaz minden jelekkel nem kitöltött hely nullákkal van kitöltve.
JMTHHDLISIYPSLUIAOWAE TIEENWAPDENENELGOONNA ITEEFNKERLOONDDNTTENR X
Ez a permutációs módszer invariáns mintát hoz létre, és a rövid megjegyzéseken kívül nem felel meg a visszafejtési biztonsági követelményeknek.
33, 5, 41, 13, 49, 21, 57, 29, 1, 37, 9, 45, 17, 53, 25, 61, 34, 6, 42, 14, 50, 22, 58, 30, 2, 38, 10, 46, 18, 54, 26, 62, 35, 7, 43, 15, 51, 23, 59, 31, 3, 39, 11, 47, 19, 55, 27, 63, 36, 8, 44, 16, 52, 24, 60, 32, 4, 40, 12, 48, 20, 56, 28, 64
A betűk és más titkosított karakterek megbízható elrejtéséhez egy második permutációra van szükség. A sakk-hasonlatot követve a visszafejtési útvonal lehet például a lovag lépése. Egy másik lehetőség a fordított spirál, bizonyos számú nullával kombinálva az üzenet elején és végén.
A téglalap alakú Cardano rácsok négy pozícióban helyezhetők el. A sakktábla titkosításának csak két pozíciója van, de a forgó rácsnak ez a változata vezetett egy összetettebb, négy pozícióból álló, két irányba forgatható rács kifejlesztéséhez.
Báró Eduard Fleissner von Wostrowitz , az osztrák lovasság nyugalmazott ezredese 1880-ban leírta a sakktábla titkosításának egy változatát, és annak rudait az első világháború idején a német hadsereg átvette. Ezeket a rácsokat gyakran Fleisnerről nevezik el, bár ő egy 1809-ben Tübingenben megjelent német mű anyagát használta fel Klübertől, aki Helen Gayneshez , Cardanónak tulajdonította a rácsnak ezt a formáját [2] .
Bauer megjegyzi, hogy hasonló rácsokat már a 18. században is használtak, például 1745-ben IV. Vilmos Stadtholder irányítása alatt. Később, 1796-ban C.F. Hindenburg matematikus szisztematikusabban tanulmányozta a forgó rácsokat: "[ezeket] gyakran Fleisner-rácsoknak nevezik, mivel nem ismerik történelmi eredetüket."
A Fleissner-rács egyik formája 16 perforációt tartalmaz egy 8×8-as rácsban - minden negyedben 4 lyuk. Ha az egyes kvadránsok négyzetei 1-től 16-ig vannak számozva, akkor mind a 16 számot csak egyszer kell használni a rejtjelezéshez, ami lehetővé teszi számos lyuk elhelyezési lehetőséget.
A rács négy pozícióból áll - észak, kelet, dél, nyugat. Minden pozíció lehetővé teszi a 64 mezőből 16 használatát. A titkosító rácsot helyez a lapra, és leírja az üzenet első 16 betűjét. Ezután a rácsot 90 fokkal elfordítva írja a második 16-ot, és így tovább, amíg a rács meg nem telik.
Elvileg lehetséges különféle méretű rácsok kialakítása; Ha azonban egy negyed négyzeteinek száma páratlan, még akkor is, ha az összeg páros, akkor egy negyednek vagy szakasznak tartalmaznia kell egy további réscellát. A Fleissner-rács szemléltetésére gyakran a 6x6-os méretet veszik példaként a térbeli egyszerűség kedvéért; a cellahelyek száma egy negyedben 9, tehát három kvadránsban 2 cellahely található, egy negyedben pedig 3-nak kell lennie. Nincs szabványos minta a cellahelyek számára; azokat a felhasználó hozza létre a fent leírtak szerint, hogy "erős zűrzavart", azaz nehezen megfejthető titkosítást hozzon létre.
Ez a módszer széles körben ismertté vált, amikor Jules Verne 1885-ben megjelent Mátyás Szandor című regényében a forgó rácsot használta cselekményeszközként . Verne erre az ötletre Fleisner 1881-ben megjelent Kézikönyvében bukkant rá.
A Fleisner rácsokat különféle méretben gyártották az első világháború alatt, és 1916 végén a német hadsereg használta [3] . Minden rácsnak saját kódneve volt az A, B, C, D, E, F ábécé betűsorozatának megfelelően: 5 × 5 - ANNA; 6×6 - BERTA; 7×7 - CLARA; 8×8 - DORA; 9×9 - EMIL; 10×10 - FRANZ. A rácsos titkosítás megbízhatósága azonban nem volt kielégítő, és négy hónap elteltével elhagyták.
A használt rács méretének meghatározásának biztonságosabb módja a kulcskód beszúrása a rejtjelezett szöveg elejére: E = 5; F = 6 stb., a betű sorszámának megfelelően az ábécében. Sőt, a visszafejtés bonyolítását az is biztosította, hogy a rácsot bármilyen irányba el lehetett forgatni, és nem kellett a kiindulási helyzetnek ÉSZAK-nak lennie. Nyilvánvaló, hogy az üzenetek továbbításának munkamódszere a feladó és a címzett megállapodása alapján történik, és bizonyos ütemezés szerint működhet.
A következő példákban két rejtjelezett szöveg ugyanazt az üzenetet tartalmazza. Ezek a modellrácson alapulnak, és az ÉSZAK pozícióból indulnak, de az egyik szöveg a rács óramutató járásával megegyező, a másik az óramutató járásával ellentétes irányú elforgatásával jön létre. A titkosított szöveg vízszintesen és függőlegesen is olvasható.
ÓRAMUTATÓ JÁRÁSÁVAL MEGEGYEZŐ
ITIT ILOH GEHE TCDF LENS IIST FANB FSET EPES HENN URRE NEEN TRCG PR&I ODCT SLOE
ÓRAMUTATÓ JÁRÁSÁVAL ELLENTÉTES IRÁNYBAN
LEIT CIAH GTHE TIDF LENB IIET FONS FSST URES NEDN EPRE HEEN TRTG PROI ONEC SL&C
1925-ben Luigi Sacco aki az olasz katonai kommunikációs alakulatnál szolgált, elkezdett írni a rejtjelekről szóló könyvet, a Cryptographic Concepts (Nozzioni di crittografia) címmel, amely az első világháború kódjairól szóló tanulmányt is tartalmazott. Megjegyezte, hogy Fleisner módszere alkalmazható olyan mozgatási vagy transzpozíciós rejtjelekre, mint a Delastel- rejtjel , Bifid vagy a négykvadrátú titkosítás [ , ezzel jelentősen növelve a rejtjel biztonságát és megbízhatóságát.
A rácsos titkosítás szintén hasznos módszer a kínai karakterek fordítására; kerülik a szavak ábécé vagy szótag karakterekbe való átírását, amelyekre más titkosítások (például helyettesítő rejtjelek ) vonatkozhatnak .
Az I. világháború után megjelent a gépi titkosítás, az egyszerű titkosító eszközök elavultak, a rácsos titkosítások amatőr célokat leszámítva megszűntek. Ennek ellenére a rácsok adták a kezdeti ötleteket a transzpozíciós rejtjelekhez, amelyek a modern kriptográfiában is tükröződnek.
Az 1939-ben kriptográfiai problémaként megadott, megfejtetlen D' Agapeev- rejtjel 14 × 14 dinamát tartalmaz, és valószínűleg Sacco azon ötletén alapul, hogy egy transzpozíciós rejtjelszöveget egy ráccsal hordozzon.
A rácselosztás , amely egy példa az összetett kulcscsere- problémákra , megkönnyíthető, ha egy könnyen elérhető, harmadik féltől származó rácsot veszünk egy újság keresztrejtvény formájában. Bár szigorúan véve ez a forma nem rejtjelrács, inkább egy sakktáblára hasonlít, fekete négyzetekkel, és Cardano rácsként használható. Az üzenet szövege írható vízszintesen, fehér négyzetekbe, míg a titkosított szöveg függőlegesen, vagy fordítva.
CTATI ETTOL TTOEH RRHEI MUCKE SSEEL AUDUE RITSC VISCH NREHE LEERD DTOHS ESDNN LEWAC LEONT OIIEA RRSET LLPDR EIVYT ELTTD TOXEA E4TMI GIUOD PTRT1 ENCNE ABYMO NOEET EBCAL LUZIU ONUYPT YOUNTOO
Sacco megfigyelése szerint ez a módszer egy transzpozíciós szkriptet fejt meg, például a Playfair square -t . A napilapokban megjelenő keresztrejtvények szintén a kulcsszavak lehetséges forrásai. Egy bizonyos méretű rácsban a hónap minden napjára van egy szó, és a négyzetek meg vannak számozva.
Cardano eredeti rácsja egy levéleszköz volt[ pontosítás ] urak személyes levelezésében[ kit? ] . A használatának minden gyanúja keresésekhez és rejtett üzenetek felfedezésére irányuló kísérletekhez vezethet, még akkor is, ha rejtett üzenetek nem léteztek, és ez a bizonytalanság megzavarta a kriptoanalitikusokat.[ adja meg ] . Mivel a betűk és számok egy tetszőleges rácsban tartalom nélküli formát ölthetnek[ pontosítás ] , akkor a titkosítási rács másolatának beszerzése volt a dekódolásban érdekelt fél fő célja.
A Cardano rács későbbi verzióiban vannak olyan problémák, amelyek minden transzpozíciós rejtjelre jellemzőek. A gyakorisági elemzés a betűk normál eloszlását mutatja, és azt a nyelvet javasolja, amelyen a nyílt szöveget írták [4] . A probléma, amelyet könnyű megfogalmazni, bár nem olyan könnyű megoldani, a permutációs minta azonosítása és így a rejtjelezett szöveg megfejtése. Ha több üzenetet ír ugyanarra a rácsra, az sokkal könnyebbé teszi a feladatot.
Ellen Gaines a kézi rejtjelekről és azok kriptoanalíziséről szóló munkájában részletesen elemezte a transzponált rejtjeleket, és egy fejezetet szentelt a forgó rácsnak [2] .