Die Ziffer von Playfair oder der Playfair Square sind eine manuelle symmetrische Verschlüsselungstechnik und waren die erste wörtliche Digraph-Ersatz-Ziffer. Das Schema wurde 1854 von Charles Wheatstone erfunden, aber trägt den Namen von Herrn Playfair, der den Gebrauch der Ziffer gefördert hat.

Die Technik encrypts Paare von Briefen (Digraphe), statt einzelner Briefe als in der einfachen Ersatz-Ziffer und den eher komplizierteren Ziffer-Systemen von Vigenère dann im Gebrauch. Der Playfair ist so bedeutsam härter zu brechen, da die für einfache Ersatz-Ziffern verwendete Frequenzanalyse damit nicht arbeitet. Frequenzanalyse kann noch übernommen werden, aber auf den 600 möglichen Digraphen aber nicht den 26 möglichen Monografien. Die Frequenzanalyse von Digraphen ist möglich, aber beträchtlich schwieriger - und sie verlangt allgemein einen viel größeren ciphertext, um nützlich zu sein.

Geschichte

Trotz seiner Erfindung durch Wheatstone ist es bekannt als die Ziffer von Playfair nach Herrn Playfair geworden, der schwer seinen Gebrauch gefördert hat.

Die erste registrierte Beschreibung der Ziffer von Playfair war in einem Dokument, das von Wheatstone am 26. März 1854 unterzeichnet ist.

Es wurde vom britischen Außenministerium zurückgewiesen, als es wegen seiner wahrgenommenen Kompliziertheit entwickelt wurde. Als sich Wheatstone bereit erklärt hat zu demonstrieren, dass drei aus vier Jungen in einer nahe gelegenen Schule lernen konnte, es in 15 Minuten zu verwenden, Unter dem Sekretär des Außenministeriums hat geantwortet, "Das ist sehr möglich, aber Sie konnten es Attachés nie unterrichten."

Es wurde zu taktischen Zwecken durch britische Kräfte im Zweiten Buren-Krieg und im Ersten Weltkrieg und zu demselben Zweck von den Australiern und Deutschen während des Zweiten Weltkriegs verwendet. Das war, weil Playfair vernünftig schnell ist, um zu verwenden, und keine spezielle Ausrüstung verlangt. Ein typisches Drehbuch für den Gebrauch von Playfair würde wichtige, aber nichtkritische Geheimnisse während des wirklichen Kampfs schützen sollen. Als der feindliche cryptanalysts die Nachricht brechen konnte, würde die Information zu ihnen nutzlos sein.

Zwischen Februar 1941 und September 1945 hat die Regierung Neuseelands es für die Kommunikation zwischen Neuseeland, den Chatham Inseln und den Pazifischen Inseln verwendet

Playfair wird durch militärische Kräfte wegen des Advents von Digitalverschlüsselungsgeräten nicht mehr verwendet. Playfair wird jetzt als unsicher zu jedem Zweck betrachtet, weil moderne Computer die Ziffer innerhalb von Sekunden leicht brechen konnten.

Die erste veröffentlichte Lösung der Ziffer von Playfair wurde in einer 19-seitigen Druckschrift von Leutnant Joseph O. Mauborgne, veröffentlicht 1914 beschrieben.

Beschreibung

Die Playfair Ziffer verwendet 5 durch 5 Tisch, der ein Schlüsselwort oder Ausdruck enthält. Memorization des Schlüsselwortes und der 4 einfachen Regeln war alles, was erforderlich war, die 5 durch 5 Tisch zu schaffen und die Ziffer zu verwenden.

Um den Schlüsseltisch zu erzeugen, würde man zuerst die Räume im Tisch mit den Briefen des Schlüsselwortes ausfüllen (irgendwelche Doppelbriefe fallen lassend), dann die restlichen Räume mit dem Rest der Buchstaben vom Alphabet in der Ordnung füllen (gewöhnlich "Q" weglassend, um das Alphabet zu reduzieren, um zu passen; andere Versionen haben sowohl "mich" als auch "J" in demselben Raum gebracht). Der Schlüssel kann in den Spitzenreihen des Tisches, vom linken bis Recht, oder in einem anderen Muster, wie ein spiralförmiger Anfang an der Ecke der oberen linken Hand und Ende im Zentrum geschrieben werden. Das Schlüsselwort zusammen mit der Vereinbarung, für die 5 durch 5 Tisch auszufüllen, setzt den Ziffer-Schlüssel ein.

Zu encrypt eine Nachricht würde man die Nachricht in Digraphe (Gruppen von 2 Briefen) solch brechen, dass, zum Beispiel, "HelloWorld" "ER LL AI ODER LD" wird, und arbeiten Sie sie auf dem Schlüsseltisch aus. Hängen Sie wenn erforderlich einen "Z" an, um den Enddigraph zu vollenden. Die zwei Briefe des Digraphs werden als die entgegengesetzten Ecken eines Rechtecks im Schlüsseltisch betrachtet. Bemerken Sie die Verhältnisposition der Ecken dieses Rechtecks. Dann wenden Sie die folgenden 4 Regeln in der Ordnung jedem Paar von Briefen im plaintext an:

1. Wenn beide Briefe dasselbe sind (oder nur ein Brief verlassen wird), tragen Sie "X" nach dem ersten Brief bei. Encrypt das neue Paar und machen weiter. Einige Varianten von Playfair verwenden "Q" statt "X", aber jede ungewöhnliche Monografie wird tun.
2. Wenn die Briefe auf derselben Reihe Ihres Tisches erscheinen, sie durch die Briefe an ihr unmittelbares Recht beziehungsweise ersetzen (sich ringsherum zur linken Seite der Reihe einhüllend, wenn ein Brief im ursprünglichen Paar auf der richtigen Seite der Reihe war).
3. Wenn die Briefe auf derselben Säule Ihres Tisches erscheinen, sie durch die Briefe sofort unten beziehungsweise ersetzen (sich ringsherum zur Spitzenseite der Säule einhüllend, wenn ein Brief im ursprünglichen Paar auf der untersten Seite der Säule war).
4. Wenn die Briefe nicht auf derselben Reihe oder Säule sind, sie durch die Briefe auf derselben Reihe beziehungsweise, aber am anderen Paar von Ecken des vom ursprünglichen Paar definierten Rechtecks ersetzen. Die Ordnung ist wichtig - der erste Brief des encrypted Paares ist derjenige, der auf derselben Reihe wie der erste Brief des plaintext Paares liegt.

Um zu entschlüsseln, verwenden Sie das GEGENTEIL (Gegenteil) der letzten 3 Regeln und der 1., wie - ist (jedes zusätzliche "X" s fallen lassend (oder "Q" s), die Sinn in der Endnachricht, wenn beendet, nicht haben).

Beispiel

Mit "playfair Beispiel" als der Schlüssel, (ist das Annehmen I und J austauschbar), wird der Tisch:

P L EIN Y F

ICH R E X M

B C D G H

K N O Q S

T U V W Z

Encrypting die Nachricht "Verbergen das Gold im Baumstumpf":

HALLO DE TH EG OL DI NT ER TR AB ES TU ABGEORDNETER

^\

BM OD ZB XD NA, DM VON KU UI XM MO UV WENN SEIN

So verbirgt sich die Nachricht "Das Gold im Baumstumpf" wird "BMODZBXDNABEKUDMUIXMMOUVIF".

Erläuterung mit Bildern

Nehmen Sie an, dass man zu encrypt den Digraph will ODER. Es gibt drei allgemeine Fälle:

Cryptanalysis

Wie die meisten klassischen Ziffern kann die Ziffer von Playfair leicht geknackt werden, wenn es genug Text gibt. Das Erreichen des Schlüssels ist relativ aufrichtig, wenn sowohl plaintext als auch ciphertext bekannt sind. Wenn nur der ciphertext bekannt ist, schließt rohe Gewalt cryptanalysis der Ziffer das Durchsuchen des Schlüsselraums für Matchs zwischen der Frequenz des Ereignisses von digrams (Paare von Briefen) und der bekannten Frequenz des Ereignisses von digrams auf der angenommenen Sprache der ursprünglichen Nachricht ein.

Cryptanalysis von Playfair ist dieser von quadratischen und Zwei-Quadrate-Ziffern ähnlich, obwohl die Verhältniseinfachheit des Systems von Playfair den sich identifizierenden Kandidaten plaintext leichtere Schnuren macht. Am meisten namentlich, ein Digraph von Playfair und seine Rückseite (z.B. AB und BA) wird zu demselben Brief-Muster im plaintext entschlüsseln (z.B. RE und ER). In Englisch gibt es viele Wörter, die diese umgekehrten Digraphe wie REceivER und DEpartED enthalten. Das Identifizieren in der Nähe von umgekehrten Digraphen im ciphertext und das Zusammenbringen des Musters zu einer Liste bekannter plaintext Wörter, die das Muster enthalten, sind eine leichte Weise, mögliche Plaintext-Schnuren zu erzeugen, mit denen man beginnt, den Schlüssel zu bauen.

Eine verschiedene Annäherung an das Anpacken einer Ziffer von Playfair ist die Schrotflinte-Hügel-Steigmethode. Das fängt mit einem zufälligen Quadrat von Briefen an. Dann werden geringe Änderungen (d. h. umschaltende Briefe, Reihen oder das Reflektieren des kompletten Quadrats) eingeführt, um zu sehen, ob der Kandidat plaintext mehr Standard plaintext ähnlich ist als vor der Änderung (vielleicht, indem er die Digraphe mit einer bekannten Frequenzkarte vergleicht). Wenn, wie man hält, das neue Quadrat eine Verbesserung ist, dann wird es angenommen und dann weiter verändert, um einen noch besseren Kandidaten zu finden. Schließlich, wie man findet, erreichen der plaintext oder etwas sehr nahe eine maximale Kerbe durch beliebige Sortieren-Methode wird gewählt. Das ist offensichtlich außer der Reihe der typischen menschlichen Geduld, aber Computer können diesen Algorithmus annehmen, um Ziffern von Playfair mit einem relativ kleinen Betrag des Textes zu knacken.

Ein anderer Aspekt von Playfair, der es von quadratischen und Zwei-Quadrate-Ziffern trennt, ist die Tatsache, dass es einen doppelt-stelligen Digraph z.B nie enthalten wird. EE. Wenn es keine doppelten Brief-Digraphe im ciphertext gibt und die Länge der Nachricht lang genug ist, um das statistisch bedeutend zu machen, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Methode der Verschlüsselung Playfair ist.

Ein guter Tutorenkurs beim Wiederaufbau des Schlüssels für eine Ziffer von Playfair kann im Kapitel 7, "Lösung von Polygrafischen Ersatz-Systemen," vom Feldhandbuch 34-40-2 gefunden werden, das von der USA-Armee erzeugt ist.

Ein ausführlicher cryptanalysis von Playfair wird im Kapitel 28 des Mysterium-Romans von Dorothy L. Sayers übernommen Haben Seinen Kadaver. In dieser Geschichte wird eine Nachricht von Playfair demonstriert, um kryptografisch schwach zu sein, weil der Detektiv im Stande ist, für den kompletten Schlüssel zu lösen, der nur einige Annahmen betreffs der Formatierung der Nachricht macht (in diesem Fall, dass die Nachricht mit dem Namen einer Stadt und dann eines Datums anfängt). Das Buch von Sayers schließt ein Detaillieren der Mechanik der Verschlüsselung von Playfair, sowie einer schrittweisen Rechnung des Handbuches cryptanalysis ein.

Die deutsche Armee, Luftwaffe und Polizei haben das Doppelte Playfair System als eine Ziffer des mittleren Ranges in WWII verwendet, aber weil sie die Ziffer früh in WWI gebrochen hatten, haben sie es angepasst, indem sie ein zweites Quadrat eingeführt haben, von dem der zweite Brief jedes bigram ausgewählt wurde, und auf das Schlüsselwort verzichtet hat, die Briefe in die zufällige Ordnung legend. Aber mit der deutschen Zärtlichkeit für pro forma Nachrichten wurden sie am Bletchley Park gebrochen. Nachrichten wurde durch eine folgende Zahl vorangegangen, und Zahlen wurden dargelegt. Da die deutschen Zahlen 1 (eins) zu zwölf (zwölf) alle außer acht der Briefe in den Doppelten Playfair Quadraten enthalten, pro forma war Verkehr relativ leicht (Schmied, Seite 74-75) zu brechen

Moderne Vergleiche

Computergeführte Block-Ziffern arbeiten gewissermaßen ähnlich Playfair: Sie brechen die ursprüngliche Nachricht in Blöcke von Charakteren und wenden eine komplizierte mathematische Transformation an, die auf dem Schlüssel zu jedem jener Blöcke gestützt ist.

Natürlich werden moderne Ziffern auf die Großschrift nicht eingeschränkt, J-less Nachrichten ohne Zeichensetzungen. Jede Form von Daten, die auf einem Computer versorgt werden können, kann encrypted mit einer modernen Ziffer sein.

Eine moderne Block-Ziffer kann in einer diesem von Playfair ähnlichen Weise, wo derselbe Block (in Playfair, einem Paar von Briefen) immer encrypts zu demselben Bit von ciphertext geführt werden: In unserem Beispiel wird CO immer als AI herauskommen. Tatsächlich verwenden viele schlecht geschriebene Verschlüsselungsprogramme gerade diese Technik, genannt Elektronischen Codebook oder EZB.

Die hoch entwickeltere Durchführung einer Ziffer wird eine von vielen anderen Weisen verwenden. Das allgemeinste wird Ziffer-Feed-Back-Weise oder CFB genannt.

CFB fängt mit encrypting etwas anderes an als Ihre Nachricht, um Dinge anfangen zu lassen. Dieses Bit an der Front von Dingen wird einen Initialisierungsvektoren, oder IV genannt. Die IV brauchen nicht heimlich zu sein, aber dieselben IV sollten mit demselben Verschlüsselungsschlüssel nie wiederverwendet werden.

Erstens, encrypt die IV. Nehmen Sie die IV und verbinden Sie es mit dem ersten Block des plaintext. Mit Computern wird das mit einer mathematischen Funktion genannt einen binären XOR getan; eine ähnliche Wirkung konnte mit Playfair durch "das Hinzufügen" der zwei zusammen vollbracht werden: C + H = K; W + F = B. Es ist dieser Wert, der dem ciphertext geschrieben wird.

Dann nehmen Sie das Ergebnis vom letzten Schritt, encrypt es als normalerweise, und fügen Sie es zum folgenden Block vom plaintext hinzu. Auf diese Weise hängt die Verschlüsselung jedes Blocks von der Verschlüsselung jedes vorhergehenden Blocks ab.

Encrypt IV-> (fügen) XOR (hinzu), dass das Ergebnis mit dem ersten Block von plaintext-> als ciphertext-> encrypt vom vorherigen-> schreibt, schreiben XOR mit dem folgenden Block von plaintext->, weil ciphertext-> wiederholen

Das mit Playfair verschlüsselte Beispiel hat auf diese Weise modifiziert, das Verwenden von IV von "AB" könnte so schauen:

OKHKBGVF …

Dieser Prozess vergrößert außerordentlich die Sicherheit des Verschlüsselungssystems. Wenn getan, mit Computern wird die Geschwindigkeit der Verarbeitung der Verschlüsselung nicht bedeutsam gehindert.

In der populären Kultur

• Der Roman Hat Seinen Kadaver durch Dorothy L. Sayers gibt eine detaillierte Rechnung des Knackens einer Ziffer von Playfair.
• Im Film wird ein Schatz-Jagd-Hinweis als Ziffer von Playfair verschlüsselt.
• Im Audiobuchschelm Angel: Gott des Donners, ein Ziffer-Hinweis von Playfair wird verwendet, um Anja Creed nach Venedig zu senden.

Siehe auch

• Themen in der Geheimschrift
• quadratischer

Referenzen

• Schmied, Michael Station X: Der Codebreakers des Bletchley Park (1998, Kanal 4 Books/Macmillan, London) internationale Standardbuchnummer 0-7522-2189-2

Außenverbindungen

• Online-encrypting und das Entschlüsseln Playfair mit JavaScript
• Der Extrakt von einem Vortrag bemerkt auf Ziffern - Digraphic Ziffern: Playfair