Полиграфическая замена - это шифр, в котором равномерная замена выполняется над блоками букв. Когда длина блока конкретно известна, используются более точные термины: например, шифр, в котором заменяются пары букв, является биграфическим .
Как концепция, полиграфическая замена контрастирует с моноалфавитными (или простыми) заменами, в которых отдельные буквы заменяются единообразно, или полиалфавитными заменами, в которых отдельные буквы заменяются по-разному в зависимости от их положения в тексте. Теоретически эти определения частично совпадают; Можно предположить, что шифр Виженера с восьмибуквенным ключом можно рассматривать как октографическую замену. На практике это бесполезное наблюдение, поскольку гораздо более плодотворно рассматривать его как полиалфавитный шифр замещения.
Конкретные шифры
В 1563 году Джамбаттиста делла Порта разработал первую биграфическую замену. Однако это была не более чем матрица символов. На практике это было бы почти невозможно запомнить, а ношение вокруг стола могло бы привести к риску попасть в руки врага.
В 1854 году Чарльз Уитстон придумал шифр Playfair , систему на основе ключевых слов, которую можно было использовать на бумаге в полевых условиях. В течение следующих пятидесяти лет за этим последовали тесно связанные четырехквадратные и двухквадратные шифры, которые немного более громоздки, но обеспечивают немного лучшую безопасность.
В 1929 году Лестер С. Хилл разработал шифр Хилла , который использует матричную алгебру для шифрования блоков любой желаемой длины. Однако шифрование очень сложно выполнить вручную для любого достаточно большого размера блока, хотя оно было реализовано на машине или компьютере. Таким образом, это граница между классической и современной криптографией.
Криптоанализ общих полиграфических замен
Полиграфические системы действительно обеспечивают значительное улучшение безопасности по сравнению с моноалфавитными заменами. Учитывая отдельную букву «E» в сообщении, оно может быть зашифровано с использованием любой из 52 инструкций в зависимости от его местоположения и соседей, что может быть использовано с большим преимуществом для маскировки частоты появления отдельных букв. Однако повышение безопасности ограничено; Хотя для взлома обычно требуется более крупный образец текста, это все же можно сделать вручную.
Определить полиграфически зашифрованный текст можно, составив частотную диаграмму полиграмм, а не только отдельных букв. Их можно сравнить с частотой использования открытого текста на английском языке. Распределение биграмм даже шире, чем отдельных букв. Например, шесть наиболее часто встречающихся букв в английском языке (23%) представляют примерно половину английского открытого текста, но для достижения той же эффективности требуется только 8% наиболее часто встречающихся букв из 676 биграмм. Кроме того, даже в открытом тексте, состоящем из многих тысяч символов, можно было бы ожидать, что почти половина биграмм не будет встречаться или возникнет лишь с трудом. Вдобавок, просматривая текст, можно было бы ожидать увидеть довольно регулярное разбросание повторяющегося текста, кратного длине блока, и относительно небольшое количество, не кратное.
Взлом кода, идентифицированного как полиграфический, похож на взлом обычной моноалфавитной замены, за исключением более крупного «алфавита». Один определяет наиболее часто встречающиеся полиграммы, экспериментирует с заменой их обычными полиграммами открытого текста и пытается создать общие слова, фразы и, наконец, значения. Естественно, если расследование привело к тому, что криптоаналитик заподозрил, что код имеет определенный тип, например, шифр Playfair или шифр Хилла порядка 2, то они могут использовать более конкретную атаку.