Шифрлау әдістері

Цезарь шифры

Цезарь шифры - ең жеңіл және кеңінен тараған шифр әдісі. Оны Цезарь коды, Цезарь жылжытуы немесе жылжыту шифры деп те атайды.

Шифр орнына қоюдың бір түрі деп те атауға болады. Шифрде әрбір таңба ашық мәтінде әліпби бойынша тұрақты көлемде оңға немесе солға жылжытылып отырады.Мысалы, жылжыту саны 3 болатын шифрде А әрібі В, Ә әрібі Г ауыстырылады.

Шифр рим императоры Гай Юлий Цезарь атыменаталған.Ол осы шифрды өзінің генералдарымен қолданған.

Бұл шифрование көбінесе көптеген күрделі шифрдің бөлігі ретінде қолданады, мысалы, Виженер шифры.Цезарь шифры әлі де ROT13 системасында қолданыс табуда. Барлық монолитті шифрлер секілді Цезарь шифрі де тез сындырылады, практикада мүлдем қолданыс көрмейді.

Қолданылу тарихы
Цезарь шифры Гай Юлий Цезарь атымен аталған. Ол шифрды солға үш орын жылжыту арқылы қолданған.
Он екі Цезарь өміріне сенсек Гай Светоний Транквилл оны үш орынға жылжыту арқылы әскери ақпарат жіберуде қолданған. Цезарь алғашқы шифр өолданушы ретінде тарихта қалғанымен,алдында басқа шифрлеу әдістері де қолданғанын білеміз.Егер онда конфидициеалды жіберу болса, ол осы шифрды қолданған,мәселен, әліпби ретін ауыстырған.Сонда ешқандай сөзді түсінуге мүмкіншілік болмаған.Егер мәтінді түсінгісі келсе төртінші әріпті қою міндетті еді.Мысалы, А әрпі В..|Гай Светоний Транквилл|Он екі Цезарьдің өмірі 56
Оның жиені, Август, қолданыста осы шифрлеу әдісін ұстанған. Бірақ ол оңға қарай бір орын жылжытуды ұстанған.Шифрлеген кезде А орнына Ә, Ә орнына Б қойған.|Гай Светоний Транквилл, Он екі Цезарь өмірі 88
Юлий Цезарьдің қиынырақ схемалар қолданғанына дәлелдер табылуда.
Цезарьдің шифрлеу әдісі қаншалықты тиімді болғаны белгісіз. Бірақ Цезарьдің көптеген жаулары сауатсыз болғандықтан, шифр басқа тілде жазылған деп ойлағандықтан шифр айтарлықтай қауіпсіз болған.Шифрды сындыру жайлы ешқандай деректер жоқ.Ең алғашқы дерек 9-ғасырда өмір сүрген әл Кинди жазбаларында кезедеседі. Цезарь шифры бір орынға жылжыту кері жылжыту Мезузада Құдай аттарын шифрлеу үшін қолданады.Бұл алғашқы кездегі жағдай болуы мүмкін, еврей халқына Мезузаға сенуге рұқсат берілмеген. 19 ғасырда газеттегі жарнама бөлігінде жеңіл шифрды ақпарат алмастыру үшін қолданған. Кан Дэвид Таймс газетінде бұқара халық құпиялы коммуникацияларда өз кезегін бермегені туралы сипаттап жазды. 1915 жылы Цезарь шифры өз қолданысын тапты. Ресей әскері бұл шифрды қиын шифрлер орнына қолданды.Өйткені қиын шифрлер әскерлерге қиындай болды,бірақ неміс,австрия әскерлеріне бұл шифрды табу қиынға соқпады.
Он үш орынға жылжытылып шифр ROT13] алгоритмінде қолданылады,қарапайым мәтін шатастыру тәсілінде Usenet кеңінен қолданады.Көбінесе спойлерді тығу үшін қолданады. Виженер шифры Цезарь шифрын әр түрлі жылжытулар арқылы қолданады.Жылжыту кілт сөз арқылы анықталады.Егер кілт ұзындығы мәтін ұзындығына тең болса,бұл сындырылмайтын шифрге айналады. 2006 жылы мафия бастығы Бернардо Провенцано Сицилияда Цезарь шифрын өзінің хабарламаларының криптоанализінде қолданғаны үшін ұсталды. Провенцано шифрды "A" әріпі 4 орында "Ә" әріпі 5 орында тұрған бойында қолданған.
Цезарь шифрын жеңіл қолдану үшін ортақ оське кіргізілген 2 диаметрлері әр түрлі шеттерінде әліпби жазылған дисктерді қолданады. Алғашында дисктер әр дисктегі әріптері сәйкестендіріліп тұрғызады, сосын қанша орынға жылжыту арқылы Цезарь шифры шығадыМысалы, А әріпін В әріпіне жылжытсақ 3 орынға солға жылжыған шифрды аламыз.

Шифрды бұзу

Цезарь шифры тек қана шифрланған сөз белгілі болғанда да жеңіл бұзылады. Екі түрлі жағдай қарастыруға болады:

бұзушы жеңіл шифр қолданғаны туралы біледі, бірақ нақты Цезарь шифры екенін білмейді.
бұзушы Цезарь шифры қолданғанын біледі, бірақ қанша орынға жылжығанын білмейді.

Бірінші жағдайда шифр орнына қою арқылы тез бұзылуы мүмкін,мысалы жиілікті анализ тағы сондай сондай. Бұл әдісті қолдана отырып ол шифрдің қайталануынан бұл Цезарь шифры екенін тез байқауы мүмкін.

Екінші жағдайда шифрды бұзу одан әрі жеңіл болып келеді. Жылжыту орны онша көп емес,сондықтан қатты күш арқылы шифрды бұзуға болады. Бұны істеудің техникасы көбінесе шифрланған сөздің бөлігі алынып оны барлық мүмкін жылжытуларға қойып шығу(қазақ тілінде 42).Кейде оны "жай компоненттің бітілу" техникасы деп те атайды."EXXEGOEXSRGI" шифрланған сөзіне мысал келтірейік, дұрыс мәтінде сөз төртінші қатарда тұрғанын көріп тұрмыз.

Бұл әдісті басқа жолмен қолдануға болады-әр әріптің астына осы әріптен бастап әліпби толығымен жазылады.Бұл әдіс егер алдын ала әліпби жазылған жолақтар дайын болса тездетіледі. Ол үшін бір жолақта шифрланған сөз пайда болу керек,сонда қалған бөлігінде біз дұрыс мәтінді көреміз.

Қарапайым мәтінде тек қана қайта шифрлаудың бір ғана нұсқасы болады. Ал егер өте қысқа болса сөздің бірнеше нұсқасы болуы мүмкін.Мысалы, шифрланған MPQY сөзі қайта шифрланғанда "aden" және"know" (шифрланған мәтен ағылшын ілінде жазылды). Тура осылай "ALIIP" сөзін "dolls"деп немесе "wheel"деп шифрды шешуге болады; "AFCCP"сөзін "jolly"немесе "cheer" деп бірнеше түрде шифрды шешуге болады.

Бірнеше рет шифрлау табандылықты ешқалай жақсартпайды.Өйткені a және b жылжыту шифры a+b шифрына тең болып келеді

Полибий квадраты
Полибий квадраты қарапайым ауыстырудың алғашқы шифрларының біpі болып есептеледі. 5x5 квадраттың әрбір орнына кездейсоқ түрде алынған бip әрin жазылады (1-сурет). Грек алфавитінің әріптерімен толтырғанда бip орын бос қалған, ал латын алфавитінің әріптерімен толтырғанда бip орынға екі әріп (i және j) жазылған.

A   B   C   D   E
F   G   H   I,J   K
L   M   N   O   P
Q   R   S   T   U
V   W   X   Y   Z
Полибий квадраты көмегімен шифрлау кезінде ашық мәтіннің кезекті әрпінің орнына сол бағанда одан төмен орналасқан әpin шифрмәтінге жазылады. Егер ашық мәтіннің әрпі кестенің төменгі қатарында болса, онда шифрмәтін үшін осы бағанның ең жоғарғы әрпі алынады. Мысалы,ψ      сөзі үшін       шифрмәтін шығады.
Вижинер шифрлау жүйесі
Вижинер ((1523-1596), Римдегі француз елшісі, өзінің шифр жүйесін ойлап тапқан. Виженердің шифры 400 жыл бойы кері шифрланбайтын деп саналған, сондықтан әскери шифр ретінде кеңінен қолданылған).
Вижинер жүйесі Цезарь шифрлау жүйесіне ұқсайды. Шифрлау кестесі Вижинер кестесі деп аталады. Вижинер кестесі n2 элементтен тұратын квадраттық матрица болып табылады. Бұл жерде n – қолданылатын алфавит символдарының саны. Бірінші қатарда алфавиттің барлық әріптері жазылады. Әрбір келесі қатарда бір әріпке ығыстырылады. Осындай әрекетті аяғына дейін қайталаудың нәтижесінде қатар саны бағанның (алфавит әріптерінің) санына тең квадрат кесте құрылады. 6-суретте қазақ тіліне арналған Вижинер кестесі көрсетілген. Кестенің екі кірісі бар: негізгі ашық мәтіннің әрпін анықтайтын жоғарғы қатардың символдары және кілттің сол жақтағы шеткі бағаны.
Шифрлау (және кері шифрлау) үшін Вижинер кестесін қолдануға болады. Шифрлауды орындау үшін әріптерден тұратын кілт таңдап алынады. Шифрлау былайша жүргізіледі. Толық кестеден бірінші қатар және бірінші әріптері кілттің әріптеріне сәйкес келетін қатарлар іріктеліп алынады.

Виженер шифрі

Бұл алгоритм моноәліпбилік алмасуға қарағанда қиындау. Оның кілт сөзі ретінде, мысалы «CHAIR» сөзі болуы мүмкін. Виженер шрифі Цезарьдің шрифіне ұқсас, бірақ кілт сөзге байланысьы әр әріп өзгеріп отырады. «CHAIR» кілт сөзі қолданылған хабарламаның бірінші әрпі С, екіншісі H, солай кете береді. Кілт сөз бес әріптен құралғандықтан, алтыншы әріп қайтадан С-мен алмастырылады. Көңіл-күйді көтеру үшін «Ka ia vczy» сөзін тауып көріңіз, ағылшын тілінде. Жауабы: «It is easy» - кілт сөз «CHAIR».