古典的な暗号

暗号学において、古典的暗号とは、歴史的に使用されていたものの、大部分は使用されなくなった暗号の一種です。現代の暗号アルゴリズムとは対照的に、ほとんどの古典的暗号は、実質的に手作業で計算して解読することができます。しかし、現代の技術では、解読が非常に簡単なことも普通です。この用語には、ギリシャやローマ時代から使用されていた単純なシステム、精巧なルネッサンス時代の暗号、エニグマ暗号機などの第二次世界大戦の暗号などが含まれます。

対照的に、現代の強力な暗号化は、 1970 年代以降に開発された新しいアルゴリズムとコンピューターに依存しています。

古典暗号は転置暗号と換字暗号に分けられることが多いが、秘匿暗号も存在する。

換字式暗号では、メッセージ全体の文字または文字のグループが、他の文字、文字のグループ、または記号に体系的に置き換えられます。

置換暗号のよく知られた例として、シーザー暗号があります。シーザー暗号でメッセージを暗号化するには、メッセージの各文字をアルファベットの 3 文字後ろの文字に置き換えます。つまり、A は D に、B は E に、C は F に置き換えられます。最後に、X、Y、Z はそれぞれ A、B、C に置き換えられます。したがって、たとえば、「WIKIPEDIA」は「ZLNLSHGLD」として暗号化されます。シーザーはアルファベットを 3 文字回転させましたが、任意の数で動作します。

置換暗号のもう 1 つの方法は、キーワードに基づいています。単語またはフレーズからすべてのスペースと重複文字が削除され、エンコーダーはそれを暗号アルファベットの先頭として使用します。暗号アルファベットの最後は、キーワード内の文字を繰り返さずにアルファベットの残りの部分を順番に並べたものです。たとえば、キーワードが CIPHER の場合、暗号アルファベットは次のようになります。

これまでの例はすべて、1 つの暗号アルファベットのみを使用する単一アルファベット置換暗号の例でした。複数の暗号アルファベットを使用する多アルファベット置換暗号も可能です。符号化者は、任意の手法を使用して 2 つ以上の暗号アルファベットを作成し、各文字または単語で使用する暗号アルファベットを交互に変えながらメッセージを符号化します。これにより、暗号解読者は両方の暗号アルファベットを解読する必要があるため、メッセージの解読がはるかに難しくなります。

解読がはるかに難しい多アルファベット置換暗号のもう 1 つの例は、革新的なエンコード方式であるヴィジュネル方陣です。この方陣では、テキストの暗号化に 26 種類の暗号アルファベットが使用されます。各暗号アルファベットは、元のアルファベットを右にシーザーシフトしたものにすぎません。ヴィジュネル方陣は次のようになります。

                ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
                BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUV WXYZA
                CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW XYZAB
                翻訳:
                EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD
                ABCDE の
                GHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA BCDEF
                HIJKLMNOPQRSTUVWXYZAB CDEFG
                IJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGH
                いいえ
                翻訳する
                翻訳する
                MNOPQRSTUVWXYZABCDEFG HIJKL
                いいえ
                OPQRSTUVWXYZABCDEFGHI JKLMN
                KLMNO の
                いいえ
                RSTUVWXYZABCDEFGHIJKL MNOPQ
                ステュフズー
                TUVWXYZABCDEFGHIJKLMN OPQRS
                UVWXYZABCDEFGHIJKLMNO PQRST
                いいえ
                WXYZABCDEFGHIJKLMNOPQ RSTUV
                XYZABCDEFGHIJKLMNOPQR STUVW
                翻訳
                ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY

ヴィジュネル方陣を使用してメッセージを暗号化するには、コーダーはまず使用するキーワードを選択し、次にそれを、エンコードするメッセージと同じ長さになるまで繰り返します。LEMON がキーワードの場合、繰り返されるキーワードの各文字は、エンコードするメッセージの各文字に対して使用する暗号 (どの行) を示します。2 行目の暗号アルファベットでは、A には B、B には C などが使用されます。つまり、暗号アルファベットは「B」です。各暗号アルファベットは、その最初の文字で名前が付けられます。たとえば、キーワードがLEMONで、エンコードするメッセージがATTACKATDAWNの場合、エンコードは次のようになります。

置換暗号の中には、文字の代わりに数字を使用するものがあります。その一例は、音節を表すのに数字が使用される大暗号です。また、キーワードに基づいて 1 文字に対して 4 つの異なる数字のペアのオプションを使用する 別の数字置換暗号^{[ which? ]}もあります。

数字の代わりに、記号を使って文字や音節を置き換えることもできます。その一例が星座アルファベットで、星座がさまざまな文字を表すために使用されていました。たとえば、太陽の記号は A を、木星は B を、土星は C を表しています。点、線、ダッシュも使用できます。その一例がモールス信号です。モールス信号は暗号ではありませんが、点とダッシュを文字として使用しています。ピッグペン暗号では、グリッド システムまたは線と点を使用して文字の記号を確立します。アルファベットの文字を記号や点とダッシュに置き換える方法は他にもさまざまあります。

転置暗号では、文字自体は変更されませんが、メッセージ内の文字の順序は、明確に定義されたスキームに従ってスクランブルされます。多くの転置暗号は、幾何学的なデザインに従って行われます。単純な (そしてこれも簡単に解読できる) 暗号化は、すべての単語を逆順に書くことです。たとえば、「He​​llo my name is Alice.」は、「olleH ym eman si ecilA」になります。scytaleは、メソッドの転置を支援するマシンです。

列暗号では、元のメッセージは長方形に左から右、上から下に並べられます。次に、キーが選択され、長方形の各列に番号が割り当てられ、並べ替えの順序が決定されます。キー内の文字に対応する番号は、アルファベットの位置によって決まります。つまり、A は 1、B は 2、C は 3 などです。たとえば、キーワードが CAT で、メッセージが THE SKY IS BLUE の場合、メッセージは次のように並べられます。

                         猫
                         3 1 20
                         の
                         空
                         ＩＳＢ
                         ルー

次に、文字が数字の順に取られ、メッセージが転置されます。最初に A の下の列が取られ、次に C の下の列、そして T の下の列が取られ、結果として「空は青い」というメッセージは HKSUTSILEYBE になります。

中国暗号の転置法では、メッセージの文字を右から左、上下の列に書き込んで文字を混ぜ合わせます。次に、最初の行から始めて、新しい暗号文を得るために文字を取ります。たとえば、暗号化する必要のあるメッセージが「THE DOG RAN FAR」である場合、中国暗号は次のようになります。

                           RRGT
                           AAOH
                           非核化

暗号文は次のようになります: RRGT AAOH FNDE

多くの転置暗号はこれら 2 つの例に似ており、通常は文字を行または列に並べ替えてから、体系的に文字を転置します。その他の例としては、垂直平行暗号や二重転置暗号などがあります。

積暗号で置換と転置を組み合わせることで、より複雑なアルゴリズムを形成できます。DESなどの最新のブロック暗号は、置換と転置の複数の段階を繰り返します。

簡単に言えば、隠蔽暗号、またはヌル暗号とは、多数のヌル文字、つまりおとり文字を含む暗号です。ヌル暗号は、指定された領域にヌル文字が配置された平文の単語、または各単語の末尾にヌル文字を配置して異なる位置に分割された平文メッセージである場合もあります。 [ ^{1] [2]}ただし、ヌル文字が 2、3 個しかないメッセージ (たとえば、先頭に 1 個、末尾に 1 個) はヌル暗号 ではありません。

例えば、イングランド内戦の際、王党派のジョン・トレヴァニアン卿は、コルチェスター のピューリタンの城から脱出する際に、次のメッセージによって助けられました。^[3]

ジョン卿、希望は苦しむ者への最善の慰めです。恐れ多いことですが、今はあなたを助けることはできません。私があなたに言いたいのは、これだけです。私があなたに借りがあるのに、それを返すことができるなら、私に頼むのをためらわないでください。私にできることは多くありませんが、私にできることは、きっとやります。死が訪れても、普通の人が恐れても、あなたは恐れないはずです。忠誠心に対するこのような報酬を得ることは、大きな名誉です。この苦い杯を免れるよう、祈ってください。君がどんな苦しみも嫌がるのではないかとは心配していない。もし服従してそれを拒絶できるなら、それが賢明な男のやり方だ。私に言ってくれ、そしてもし君がそうしたいと思っていたことを何でもしてやる。将軍は水曜日に帰る。君の召使を指揮下に置け。

各句読点の後の 3 番目の文字は、「礼拝堂のスライドの東端にあるパネル」を示します。

ドットまたはピンプリックヌル暗号は、文章中の特定の文字の上または下にドットまたはピンプリックを配置する一般的な古典的な暗号化方法です。^[4]これに関する初期の言及は、アエネアス・タクティクスが著書『要塞の防御について』でこれについて書いたものです。^[5]

古典的暗号は一般に非常に簡単に解読できます。多くの古典的暗号は、攻撃者が十分な暗号文しか知らない場合でも解読できるため、暗号文のみの攻撃に対して脆弱です。一部の古典的暗号 (シーザー暗号など) は鍵空間が小さいです。これらの暗号は、総当たり攻撃、つまりすべての鍵を試すだけで解読できます。換字式暗号は鍵空間が広くてもかまいませんが、頻度分析に対して脆弱であることがよくあります。これは、たとえば平文言語で頻繁に使用される文字が暗号文でも頻繁に使用される文字に対応するためです。ヴィジュネル暗号などの多アルファベット暗号は、複数の換字を使用することで単純な頻度分析を防止します。ただし、カシスキ検査などのより高度な手法を使用すれば、これらの暗号を解読できます。

一方、現代の暗号は、暗号文のみの攻撃よりもはるかに強力な攻撃に耐えられるように設計されています。優れた現代の暗号は、既知平文​​攻撃、選択平文攻撃、選択暗号文攻撃など、さまざまな潜在的な攻撃に対して安全でなければなりません。これらの暗号では、攻撃者が平文とそれに対応する暗号文をいくら知っていても、また平文または暗号文を自分で選択できたとしても、キーを見つけることができない必要があります。古典的な暗号はこれらのはるかに強力な基準を満たしていないため、本格的なアプリケーションにはもはや興味がありません。

古典的な暗号のいくつかの技術は、現代の暗号を強化するために使用することができます。たとえば、AESのMixColumnsステップはヒル暗号です。^[6]

• 暗号の歴史

• 手書き暗号 暗号機と暗号学における鉛筆と紙による暗号
• トリニティ カレッジ コンピュータ サイエンス学部: 暗号の歴史 置換暗号や転置暗号など、さまざまな種類の暗号化アルゴリズムに関する情報
• シン、サイモン.コードブック: 古代エジプトから量子暗号までの秘密の科学. ニューヨーク: アンカー、2000年。
• ダガペエフ、アレクサンダー。コードと暗号。オックスフォード大学出版、1939年。
• ウィリアム・フリードマン。第一次世界大戦中のアメリカ遠征軍におけるアメリカ陸軍野戦法典、米国陸軍省、1942年6月
• ラフィン、ジョン。『コードと暗号：時代を超えた秘密文書』アベラール＝シューマン、1964年。
• フリクソン、フレッド B. コード、暗号、秘密言語。ニューヨーク：ボナンザブックス、1989 年。