グリル（暗号）

暗号の歴史において、グリル暗号は、穴の開いたシート（紙や厚紙など）を通して紙に平文を書き込むことで平文を暗号化する技術であった。最も古い記述は、1526年のヤコポ・シルヴェストリによるものである。 ^[1]彼の提案は、長方形のステンシルに単一の文字、音節、または単語を書き、後でそのさまざまな開口部から読み取るというものであった。書き込まれた平文の断片は、断片間の隙間を無害な単語や文字で埋めることで、さらに偽装することができた。この変種も、多くのグリル暗号と同様に、 ステガノグラフィーの例である。

カルダン グリルは秘密の書き込み方法として発明されました。17世紀中ごろから、暗号という語が秘密通信の一般的な用語になりました。それ以前は、ステガノグラフィーという語が一般的でした。^[要出典]秘密の書き込みの一般的な用語は、サイファー( cipherとも綴られる)でした。現代では、暗号とステガノグラフィーは区別されています。

フランシス・ベーコン卿は暗号の 3 つの基本条件を挙げました。言い換えると、次のようになります。

1. 暗号方式は使いにくいものであってはならない
2. 他人が平文を復元することはできない（「暗号の解読」と呼ばれる）
3. 場合によっては、メッセージの存在を疑うべきではない。

3 つの条件をすべて同時に満たすことは困難です。条件 3 はステガノグラフィーに当てはまります。ベーコンは、暗号メッセージは場合によっては暗号としてまったく見えないべきであると考えていました。オリジナルのカルダン・グリルはその目的を達成しました。

しかし、カルダノのオリジナルのバリエーションは条件 3 を満たすようには設計されておらず、条件 2 も満たせませんでした。しかし、この 2 番目の条件を満たした暗号はほとんどなく、そのため、グリル暗号が使用されるたびに、暗号解読者は大喜びします。

グリル暗号がユーザーにとって魅力的である理由は、その使いやすさにあります（条件 1）。一言で言えば、非常にシンプルです。

すべての暗号が他人との通信に使用されるわけではありません。記録やリマインダーは、作成者だけが使用するために暗号で保存される場合があります。このような用途では、キーワードやキー番号などの短い情報を保護するために、グリルを簡単に使用できます。

グリル暗号による通信の場合、送信者と受信者の両方がグリルの同一のコピーを持っている必要があります。グリルを紛失すると、そのグリルで暗号化されたすべての秘密通信が失われる可能性があります。メッセージは読み取れない (つまり、解読できない) か、または (紛失したグリルを持つ) 他の人がメッセージを読んでいる可能性があります。

このような格子のさらなる用途が提案されている。それは、既存のテキストから疑似ランダムシーケンスを生成する方法である。この見解は、ヴォイニッチ手稿に関連して提案された。これは、デイビッド・カーンが謎学と名付けた暗号学の分野であり、ジョン・ディー博士の作品や、フランシス・ベーコンが書いたことを証明するシェイクスピアの作品に埋め込まれたとされる暗号に触れている。ウィリアム・F・フリードマンは、この暗号を調査して信用できないと判断した。^[2]

エリザベス朝の諜報員サー・フランシス・ウォルシンガム(1530-1590) は、エージェントとの通信で平文の文字を隠すために「トレリス」を使用したと伝えられている。しかし、彼は一般的に、当時の最先端の実用的な方法であったノメンクレーターとして知られるコードと暗号を組み合わせた方法を好んだ。トレリスは、スペースが反転可能な装置として説明された。それは、レールフェンス暗号によく似たものを作成し、チェス盤に似た 転置ツールであったと思われる。

カルダノがこのバリエーションを提案したかどうかは知られていないが、彼はチェス プレイヤーであり、ゲームに関する本も執筆していたため、このパターンは彼にとって馴染み深いものだったはずだ。通常のカルダノ グリルには任意の穴があいているが、彼の穴あけ方法をチェス盤の白いマス目に適用すると、規則的なパターンが生まれる。

暗号作成者は、チェスには不向きな盤面から始めます。メッセージの各文字は、1 つのマス目に書き込まれます。メッセージが縦書きの場合は横書きに、横書きの場合は縦書きに書き込まれます。

32 文字を書き込んだ後、ボードを 90 度回転させて、さらに 32 文字を書きます (ボードを水平または垂直に反転しても同じであることに注意してください)。短いメッセージは、ヌル文字 (つまり、パディング) で埋められます。64 文字を超えるメッセージの場合は、ボードをもう一度回転させて、別の紙を用意する必要があります。プレーンテキストが短すぎる場合は、各マスを完全にヌルで埋める必要があります。

JMTHHDLISIYPSLUIAOWAE TIEENWAPDENENELGOONNA ITEEFNKERLOONDDNTTENR X

この転置方法は不変のパターンを生成し、表面的な音符以外では十分に安全ではありません。

33、5、41、13、49、21、57、29、1、37、9、45、17、53、25、61、34、6、42、14、50、22、58、30、2、 38、10、46、18、54、 26、62、35、7、43、15、51、23、59、31、3、39、11、47、19、55、27、63、36、8、44、16、52、24、60、 32、4、40、12、48、 20、56、28、 64

文字を隠すには、2 回目の転置が必要です。チェスのアナロジーに従うと、取られるルートはナイトの動きになります。または、逆スパイラルなどの他のパスと、メッセージの先頭と末尾を埋めるための特定の数のヌル文字を組み合わせて合意することもできます。

長方形のカルダン グリルは 4 つの位置に配置できます。トレリスまたはチェスボードには 2 つの位置しかありませんが、2 方向に回転できる 4 つの位置を持つ、より洗練された回転グリルが生まれました。

オーストリアの元騎兵大佐、エドゥアルト・フライスナー・フォン・ヴォストロヴィッツ男爵は、1880年にチェス盤暗号のバリエーションを記述し、彼の格子は第一次世界大戦中にドイツ軍に採用された。これらの格子はフライスナーにちなんで名付けられることが多いが、フライスナーは主に1809年にテュービンゲンで出版されたドイツの著作から資料を得ており、その著作はクリューバーによるもので、クリューバーはヘレン・フーシェ・ゲインズと同様に、この形の格子はカルダノに帰した。^[3]

バウアーは、グリルは18世紀、例えば1745年にオランダのヴィルヘルム4世の統治下で使用されていたと指摘している。その後、数学者CFヒンデンブルクは1796年に旋盤加工グリルをより体系的に研究した。「[それらは]歴史的起源を知らないため、フライスナーグリルと呼ばれることが多い。」

フライスナー (またはフライスナー) グリルの 1 つの形式では、8 x 8 のグリッドに 16 個の穴が開けられ、各象限に 4 個の穴が開けられます。各象限の正方形に 1 から 16 までの番号が付けられている場合、16 個の番号はすべて 1 回だけ使用する必要があります。これにより、開口部の配置にさまざまなバリエーションが可能になります。

格子には、北、東、南、西の 4 つの位置があります。各位置では、64 個の正方形のうち 16 個が露出します。暗号作成者は格子をシートの上に置き、メッセージの最初の 16 文字を書きます。次に、格子を 90 度回転させて、次の 16 文字を書き、格子がいっぱいになるまでこれを繰り返します。

異なる寸法のグリルを作ることは可能ですが、1 つの象限の正方形の数が奇数の場合、合計が偶数であっても、1 つの象限またはセクションに追加の穿孔が必要です。フライスナー グリルの図では、スペースの都合上、6x6 の例がよく使用されます。1 つの象限の開口部の数は 9 なので、3 つの象限には 2 つの開口部が含まれ、1 つの象限には 3 つの開口部が必要です。開口部の標準的なパターンはありません。開口部は、上記の説明に従って、適切な組み合わせを作成する目的でユーザーによって作成されます。

この手法は、ジュール・ヴェルヌが1885年に出版した小説『マティアス・ザンドルフ』の中で回転する格子をプロット装置として使用したことで広く知られるようになった。ヴェルヌは、1881年に出版されたフライスナーの論文『暗号技術ハンドブック』でこのアイデアに出会った。

フライスナーグリルは第一次世界大戦中に様々なサイズで製造され、1916年末にドイツ軍によって使用されました。 ^[4] 各グリルには異なるコード名が付けられていました：5x5 ANNA、6X6 BERTA、7X7 CLARA、8X8 DORA、9X9 EMIL、10X10 FRANZ。セキュリティが弱かったため、4か月後に撤去されました。

使用されている格子のサイズを示す別の方法は、暗号文の先頭にキー コードを挿入することでした。E = 5、F = 6 などです。格子はどちらの方向にも回転でき、開始位置は北である必要はありません。明らかに、動作方法は送信者と受信者の間の取り決めによって行われ、スケジュールに従って操作できます。

次の例では、2 つの暗号文に同じメッセージが含まれています。これらは、例の格子から構築され、北の位置から始まりますが、1 つは格子を時計回りに回転させて形成され、もう 1 つは反時計回りに回転させて形成されます。次に、暗号文は水平方向に格子から取り出されますが、垂直方向にも同じように取り出すことができます。

時計回り

ITIT ILOH GEHE TCDF レンズ IIST FANB FSET EPES HENN URRE NEEN TRCG PR&I ODCT SLOE

反時計回り

レイト・シア・GTHE・TIDF・レンブ・イエット・フォンス・FSST・URES・ネドン・エプレ・ヒーン・TRTG・プロイ・ONEC・SL&C

1925年、イタリア通信部隊のルイージ・サッコは、第一次世界大戦の暗号についての考察を含む暗号に関する本『Nozzioni di crittografia』の執筆を始めた。彼は、フライスナーの方法をデラステッレ 二分暗号や四方暗号などの分数暗号に適用すると、セキュリティが大幅に向上することに気づきました。

グリレ暗号は、漢字の転置にも役立つ手段です。グリレ暗号では、他の暗号 (たとえば、換字暗号) を適用できるアルファベットや音節文字への単語の転記が避けられます。

第一次世界大戦後、機械暗号化によって単純な暗号装置は時代遅れとなり、グリル暗号はアマチュア目的以外では使用されなくなりました。しかし、グリルは現代の暗号に反映されている転置暗号のアイデアの種を提供しました。

1939 年に課題として設定された未解読のダガペエフ暗号には 14 x 14 のダイノームが含まれており、分割された暗号文を格子によって転置するというサッコのアイデアに基づいている可能性があります。

鍵交換の難しい問題の一例である格子の配置は、新聞のクロスワードパズルの形で簡単に入手できるサードパーティの格子を使用することで緩和できます。これは厳密には格子暗号ではありませんが、黒いマス目をずらしたチェス盤に似ており、カルダン方式で使用できます。メッセージ テキストを白いマス目に水平に書き、暗号文を垂直に取り出すことも、その逆も可能です。

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また、サッコの観察によれば、この方法は、Seriated Playfair のような分数暗号を破壊します。

クロスワードもキーワードの元になることがあります。図に示したサイズのマス目には、月ごとの各日を表す単語が書かれており、マス目には番号が付けられています。

オリジナルのカルダノ グリルは、紳士の私信を綴るための文学的な装置でした。その使用が疑われると、隠されたメッセージがまったく存在しないのに隠されたメッセージが発見され、暗号解読者を混乱させる可能性があります。ランダムなグリッド内の文字と数字は、実体のない形で現れることがあります。グリル自体を入手することが、攻撃者の主な目的です。

しかし、グリルのコピーが入手できなくても、すべてが失われるわけではありません。カルダノ グリルの後の変種は、すべての転置暗号に共通する問題を抱えています。頻度分析により、文字の正規分布が示され、平文が書かれた言語が示唆されます。^[5]問題は、簡単に述べられるものの、実現は容易ではありません。転置パターンを特定し、暗号文を解読することです。同じグリルを使用して書かれた複数のメッセージを所有することは、かなりの助けになります。

ゲインズは、手持ち暗号とその解読に関する標準的な著作の中で、転置暗号について長々と説明し、回転格子に一章を割いている。^[3]

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