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シーザー暗号[ a ]は、暗号学で使用される最も単純で広く知られている暗号化技術の1つです。これは、平文の各文字がアルファベット上の一定数の位置の文字に置き換えられる換字式暗号の一種です。たとえば、左に3シフトすると、DはAに、EはBに置き換えられます。[ 1 ]この方法は、私的な書簡でこれを使用したユリウス・カエサルにちなんで名付けられました。
シーザー暗号による暗号化ステップは、ヴィジュネル暗号などのより複雑な方式の一部として組み込まれることが多く、 ROT13システムでも現在でも使用されています。しかし、すべての単一アルファベット置換暗号と同様に、シーザー暗号は容易に解読可能であり、現代の運用においては通信の安全性をほとんど提供しません。
この変換は、2つのアルファベットを並べることで表現できます。暗号文は、平文のアルファベットを一定数だけ左または右にずらしたものです。例えば、左に3文字ずらしたシーザー暗号は、右に23文字ずらした暗号と同じです（ずらしパラメータが鍵として使用されます）。
暗号化を行う際、担当者はメッセージの各文字を「平文」の行から探し出し、対応する文字を「暗号文」の行に書き込む。
平文: 素早い茶色のキツネが怠惰な犬を飛び越える 暗号文: QEB NRFZH YOLTK CLU GRJMP LSBO QEB IXWV ALD
解読は逆方向に行われ、右に3だけシフトします。
暗号化は、まず文字を数値に変換することによってモジュラ演算を使用して表現することもできます。その方法は、A → 0、B → 1、...、Z → 25 のスキームに従います。 [ 2 ]シフトnによる文字xの暗号化は、数学的に次のように記述できます。[ 3 ] [ 4 ]
復号化も同様に行われます。
（ここで「mod」は剰余演算を指します。値xは0から25の範囲ですが、x + nまたはx − nがこの範囲外の場合は、26を加算または減算する必要があります。）
置換文字はメッセージ全体を通して同じであるため、この暗号は多表換字暗号とは対照的に、単表換字暗号の一種に分類されます。
カエサル暗号は、ローマの歴史家スエトニウスによれば、軍事的に重要なメッセージを保護するために、3 のシフト (暗号化時にAがDになり、復号化時にその逆) で使用したユリウス・カエサルにちなんで名付けられました。[ 5 ] [ 6 ]カエサルがこの方式を最初に記録に残したものでしたが、他の換字式暗号はそれ以前に存在していたことが知られています。[ 7 ] [ 8 ]スエトニウスは、甥のアウグストゥスが 1 の右シフトでこの暗号を使用したが、ラテン語アルファベットの先頭まで巻き戻さず、代わりにZ をAAに置き換えたと書いています。[ 5 ] [ 9 ]カエサルがより複雑なシステムも使用していたという証拠があります。[ 5 ]文法学者アウルス・ゲッリウスは、彼の暗号に関する (現在は失われた) 論文に言及しています。
「文法学者プロブスによる、カエサルの書簡における文字の隠された意味に関する、実に巧妙に書かれた論文さえ存在する。」
—アウルス・ゲリウス、屋根裏の夜 17.9.1–5
シーザー暗号が当時どれほど効果的だったかは不明である。単純な換字式暗号を解読するための当時の技術の記録はない。現存する最古の記録は、9世紀のアラブ世界のアル・キンディーの著作に遡り、頻度分析が発見されている。[ 10 ]
ユダヤ教のメズザー巻物の裏面には、シーザー暗号のヘブライ語版（アトバシュ暗号と混同しないように）で暗号化されたテキストが見つかることがある。各文字をヘブライ語アルファベットの前の文字に置き換えると、巻物からの引用である「YHWH 、我らの神、YHWH」と読める。 [ 11 ] [ 12 ]
ヴィジュネル暗号は、テキストの各位置で異なるシフトを持つシーザー暗号を使用します。シフトの値は、繰り返しキーワードを使用して定義されます。[ 13 ]繰り返しキーワード（たとえば、南北戦争中に南軍が使用した「 Complete Victory 」 ）は、統計的に高度な頻度分析で検出される可能性のある周期的なパターンを導入します。[ 14 ]（たとえば、一致計数を参照）。キーワードがメッセージと同じ長さで、ランダムに選択され、他の誰にも知られず、再利用されない場合、それはワンタイムパッド暗号であり、暗号学的に解読することは不可能です。ただし、そのような鍵を配布する際に伴う問題により、ワンタイムパッドは実際には使用が困難です。
19世紀には、新聞の個人広告欄が、単純な暗号方式で暗号化されたメッセージのやり取りに使われることがあった。デイビッド・カーン（1967）は、タイムズ紙で恋人たちがシーザー暗号を使って秘密の通信をしていた例を述べている。[ 15 ] 1915年の第一次世界大戦中も、ロシア軍は、兵士たちが習得するのが難しいことが判明したより複雑な暗号の代替としてシーザー暗号を使用していた。ドイツとオーストリアの暗号解読者は、そのメッセージの解読にほとんど苦労しなかった。[ 16 ]
2006年4月、逃亡中のマフィアのボス、ベルナルド・プロベンツァーノはシチリアで逮捕されたが、その理由の一つは、彼がシーザー暗号の変形版で拙く書いたメッセージの一部が解読されたことだった。プロベンツァーノの暗号は数字を使用しており、「A」は「4」、「B」は「5」などと書かれていた。[ 17 ]
2011年、ブリティッシュ・エアウェイズの従業員ラジブ・カリムは、シーザー暗号を使用してバングラデシュのジハード活動家と航空会社の飛行機を爆破したり、ITシステムを妨害したりする計画について話し合った後、「テロ犯罪」で有罪判決を受けた。両者ははるかに優れた暗号化技術を利用できたにもかかわらず（カリム自身はデータ保存にPGPを使用していた）、 Microsoft Excelで実装した独自の方式を使用することを選択し、ムジャヒディーン・シークレッツと呼ばれるより高度なコードプログラムを拒否した。その理由は「カフィール」、つまり非信者がそれについて知っているため、安全性が低いに違いないからである。[ 18 ]
シーザー暗号は、今日では秘密の解読リングなどの子供のおもちゃにも見られます。また、13 のシーザーシフトはROT13暗号でも実行され、これはUsenetで広く見られるテキストを難読化する簡単な方法で、テキストを難読化するために使用されています (ジョークのオチや物語のネタバレなど) が、暗号化方法として真剣に使用されることはありません。[ 19 ]
シーザー暗号は、暗号文のみのシナリオでも簡単に解読できます。可能なシフトの数が限られているため（英語では25）、攻撃者は可能なすべてのシフトを使用してメッセージまたはその一部を解読することで総当たり攻撃を行うことができます。正しい復号は、平文の言語で意味を成すものです。[ 20 ]右側に暗号文「exxegoexsrgi」の例を示します。シフト4の候補平文「attackatonce」は、英語のテキストとして意味を成す唯一のものです。別の総当たり攻撃の方法は、暗号文の各文字の下に、その文字から始めてアルファベットを書き出すことです。ここでも、正しい復号は英語のテキストとして意味を成すものです。この手法は、「平文コンポーネントの完成」と呼ばれることもあります。[ 21 ] [ 22 ]
別のアプローチは、文字の頻度分布を照合することです。暗号文中の文字の頻度をグラフ化し、平文の元の言語におけるそれらの文字の期待される分布を知っていれば、人間はグラフの特定の特徴のずれを見ることでシフトの値を容易に特定できます。これは頻度分析として知られています。たとえば、英語では、平文中の文字E、T（通常最も頻出）とQ、Z（通常最も頻出しない）の頻度は特に特徴的です。[ 23 ]コンピュータは、観測された頻度分布と期待される分布の類似性を評価することで、このプロセスを自動化できます。これは、たとえば、カイ二乗統計量[ 24 ]を利用したり、観測された言語分布と既知の言語分布の間の二乗誤差の合計を最小化したりすることによって実現できます。 [ 25 ]
シーザー暗号の一意性距離は約2であり、平均して少なくとも2文字の暗号文で鍵を特定する必要があることを意味します。[ 26 ]まれに、より多くのテキストが必要になる場合があります。たとえば、「river」と「arena」という単語はシーザーシフトで相互に変換できるため、異なるシフトで同じ暗号文を生成できます。ただし、実際には、少なくとも6文字の暗号文があれば、ほぼ確実に鍵を見つけることができます。[ 27 ]
シーザー暗号では、テキストを複数回暗号化してもセキュリティは向上しません。これは、例えばシフトAとシフトBの2つの暗号化は、シフトA + Bの1つの暗号化と等価になるためです。数学的には、各可能な鍵の下での暗号化操作の集合は、合成に関して群を形成します。[ 28 ]
{{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク)シーザー暗号エンコーダー＆デコーダー– 無料のインタラクティブツール