Шифр четырёх квадратов — метод ручного симметрического шифрования, который представляет собой модифицированный вариант шифра Плейфера. Этот метод обеспечивает более высокий уровень безопасности защищённых данных. Шифр был изобретён известным французским криптографом в 1902 году.
Данный метод шифрует пары букв и, тем самым, попадает в категорию шифров, известных как . Это добавляет значительную прочность шифрованию по сравнению с шифрами простой замены, которые действуют на отдельные символы. Использование биграмм делает шифр четырёх квадратов менее восприимчивым к частотному криптоанализу, так как он должен быть применен к 676 возможным парам букв (в английском алфавите), а не только к 26 символам для монографического замещения. Частотный анализ для биграмм возможен, но он гораздо сложнее, и для того, чтобы этот анализ был полезен, требуется, как правило, намного больше шифротекста.
Описание Шифр четырёх квадратов использует 4 квадратных матрицы, размером зависящих от количества букв в алфавите, например, 5х5 в английском языке, 6х6 в русском. ABCDEFGHI/JKLMNOPQRSTUVWXYZ АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ - - - Две из них заполняются алфавитом в стандартном порядке (обычно буква «Q» опускаются, чтобы уменьшить алфавит, либо «I» и «J» объединяются в одной клетке). В две оставшиеся таблицы помещаются ключевые слова в верхней строке слева направо. Потом в оставшиеся ячейки матрицы записываются по порядку символы алфавита, не встречающиеся в ключевом слове. Ключевые слова, дополненные алфавитом, составляют матрицы 5х5 и являются ключом шифра.
A B C D E C R I/J P T F G H I/J K O G A F B L M N O P D E H K L Q R S T U M N Q S U V W X Y Z V W X Y Z S E G U R A B C D E T A B C D F G H I/J K F H I/J K L L M N O P M N O P Q Q R S T U V W X Y Z V W X Y Z
Алгоритм Для шифрования необходимо выполнить следующие пункты: Разделить сообщение на биграммы. ATTACK AT DAWN = AT TA CK AT DA WN По очереди найти их в левом верхнем и правом нижнем квадрате. Например, AT. A B C D E C R I/J P T F G H I/J K O G A F B L M N O P D E H K L Q R S T U M N Q S U V W X Y Z V W X Y Z S E G U R A B C D E T A B C D F G H I/J K F H I/J K L L M N O P M N O P Q Q R S T U V W X Y Z V W X Y Z Комплементарно найденным буквам выбрать другие 2 буквы из правого верхнего и левого нижнего квадратов — PM. При этом все четыре буквы будут находиться в вершинах полученного прямоугольника. Полученную пару букв помещают в шифр слева направо. A B C D E C R I/J P T F G H I/J K O G A F B L M N O P D E H K L Q R S T U M N Q S U V W X Y Z V W X Y Z S E G U R A B C D E T A B C D F G H I/J K F H I/J K L L M N O P M N O P Q Q R S T U V W X Y Z V W X Y Z Повторить для всех пар букв, содержащихся в сообщении. В итоге получается зашифрованное сообщение: PM MU TB PM CU XH = PMMUTBPMCUXH
Для расшифровки сообщения нужно проделать те же действия, выбирая буквы на квадратах с кодовыми словами.
Реализация Ниже показан пример функции на JavaScript, которая выполняет шифрование сообщения и возвращает результат.
function encrypt(messageInput, keyword, alphabet) { var messageOutput = "";
var pos = 0; while (pos < messageInput.length) { var m1 = messageInput[pos]; var m2 = '';
if (pos + 1 < messageInput.length) { m2 = messageInput[pos + 1]; pos += 2; } else { m2 = 'Q' pos += 1;
var idx1 = alphabet.indexOf(m1); var idx2 = alphabet.indexOf(m2); var c1 = keyword[(5 * Math.floor(idx1 / 5)) + idx2 % 5]; var c2 = keyword[(5 * Math.floor(idx2 / 5)) + idx1 % 5];
messageOutput = messageOutput.concat(c1); messageOutput = messageOutput.concat(c2);
return messageOutput; }
В истории Во время Второй мировой войны шифр четырёх квадратов использовался немецкими вооруженными силами. Тогда текст немного изменялся, прежде чем быть зашифрованным: например, сообщение MORE TROOPS NEEDED HERE разбивалось таким образом: MORET NEEDE ROOPS DHERE и биграммы, которые подвергались шифровке, были: MR OO RO EP TS ND EH EE DR EE Согласно книге Codebreakers, сборнику воспоминаний тех, кто работал в Блетчли-парке во время войны, немецкая армия использовала шифр, в котором биграммы шифровались с помощью шифра четырёх квадратов.
отметил, что рассекреченные документы NSA относятся также к шифру этого типа, в котором биграммы были зашифрованы дважды посредством шифра с четырьмя квадратами. Так как каждая буква была зашифрована в первый раз, а затем помещалась в квадрат с другой стороны для второй шифровки, отношение между открытым текстом и шифром было намного сложнее, чем в шифре Плейфера.
Безопасность Шифр четырёх квадратов может быть легко взломан. Довольно просто определить ключ, если известны и открытый текст, и шифротекст, и по этой причине угадывание части открытого текста является очень эффективным способом взлома этого шифра. Если часть открытого текста известна или легко угадываема, это должно быть использовано в первую очередь, чтобы определить как можно большую часть ключа, а затем могут быть применены и другие методы.
По сравнению с шифром Плейфера, шифр четырёх квадратов является более надёжным в случае симметричных биграмм (например, AB BA будет зашифровано как XY YX в шифре Плейфера, но не в шифре четырёх квадратов). Это верно только в том случае, если два ключевых слова разные.
Шифр четырёх квадратов является более сильным, чем шифр Плейфера, но более громоздким из-за использования двух ключей, и процессы шифрования и дешифрования сообщения могут занять много времени. Принимая во внимание, что увеличение прочности шифрования, обеспечиваемое шифром четырёх квадратов, является незначительным, и что оба метода легко взломать, если достаточное количество шифротекста известно, шифр Плейфера был гораздо более распространён.
Примечания
Литература
Категория:Шифры