レールフェンス暗号

レールフェンス暗号(ジグザグ暗号とも呼ばれる) は、転置暗号の古典的なタイプです。暗号化の実行方法が水平のレールで構築されたフェンスに似ていることから、この名前が付けられました。

レール フェンス暗号では、平文は仮想フェンスの連続する「レール」上に斜め下向きに書き込まれ、下のレールに達すると上に移動し、上のレールに達すると再び下に移動し、平文全体が書き出されるまでこれを繰り返します。その後、暗号文は行ごとに読み取られます。

たとえば、「WE ARE DISCOVERED. RUN AT ONCE.」というメッセージを 3 つの「レール」で暗号化するには、次のようにテキストを記述します。

W . . . E . . . C . . . R . . . U . . . O . . .
. E . R . D . S . O . E . E . R . N . T . N . E
. . Ａ . . . Ｉ . . . Ｖ . . . Ｄ . . . Ａ . . . Ｃ .

(スペースと句読点は省略されていることに注意してください。) 次に、テキストを水平に読み取って暗号文を取得します。

ウェクルオ・エルドソエルンテ・アイヴダック

暗号化中に使用されるレールの数を とします。平文が書き込まれると、レール上の各文字の垂直位置のシーケンスが繰り返し周期で上下に変化することに注目してください。上記の例 ( )では、垂直位置は 4 の周期で繰り返されます。一般に、シーケンスは の周期で繰り返されます。 ${\displaystyle N}$${\displaystyle N=3}$${\displaystyle 2(N-1)}$

を復号化する文字列の長さとします。が の倍数であり、 であると仮定します。 暗号文を文字列に分割することから始めます。最初の文字列と最後の文字列の長さは、各中間文字列の長さは です。 を使用した上記の例ではとなるため、暗号文を次のように分割します。 ${\displaystyle L}$${\displaystyle L}$${\displaystyle 2(N-1)}$${\displaystyle K={L \over {2(N-1)}}}$${\displaystyle K}$${\displaystyle 2K}$${\displaystyle L=24}$${\displaystyle K=6}$

ウェクルオ・エルドソエルンテ・アイヴダック

最初の行と最後の行の各文字の後にスペースを入れて、各文字列を別々の行に記述します。

ウェクルオ
 エルドソエルンテ
  エイブダック

次に、最初の列を下に、斜め上に、次の列を下、というように平文を読み進めていきます。

が の倍数でない場合、暗号文を分割する方法の決定は上で説明したものよりも少し複雑になりますが、基本的なアプローチは同じです。あるいは、復号化を簡単にするために、平文に追加の文字を追加して、その長さを の倍数にすることもできます。 ${\displaystyle L}$${\displaystyle 2(N-1)}$${\displaystyle 2(N-1)}$

暗号文にパディングが施されていないが、使用されているレールの数を知っているか、または総当たり攻撃で調べる場合は、次の手順で暗号文を復号化できます。

上と同様に、を復号化する文字列の長さとし、 を暗号化中に使用されたレールの数とします。と の2 つの変数を追加します。ここで、= 復号化された Rail Fence の対角線の数、= 最後の対角線の空きスペースの数です。 ${\displaystyle L}$${\displaystyle N}$${\displaystyle x}$${\displaystyle y}$${\displaystyle x+1}$${\displaystyle y}$

${\displaystyle 1={\frac {L+y}{N+((N-1)*x)}}}$

次に、と を代数的に解きます。ここで、両方の値は可能な限り最小の数値です。これは、分母が より大きくなるまで 1 ずつ増加し、次に を解くだけで簡単に実行できます。3 本のレールの代わりに 6 本のレールを使用するように変更された例の暗号について考えてみましょう。 ${\displaystyle x}$${\displaystyle y}$${\displaystyle x}$${\displaystyle L}$${\displaystyle y}$

W.........V.........O
.E......OE......TN
..A.....C...R.....A...C
...R...S.....E...N.....E
……えい……ど……
.....D.........R......

結果として得られる暗号文は次のようになります。

WVO EOETN ACRAC RSENE EIDU DR

であることが分かっており、 を使用すれば上の方程式を解くことができます。 ${\displaystyle L=24}$${\displaystyle N=6}$

${\displaystyle 1={\frac {24+y}{6+(5*x)}}}$

${\displaystyle 1={\frac {18+y}{5*x}}}$ 分数を簡略化します。

${\displaystyle 1={\frac {18+y}{5*4}}}$ 解く${\displaystyle x}$

${\displaystyle 1={\frac {18+2}{20}}}$ 解く${\displaystyle y}$

これで、、および ができました。つまり、レールが 6 本、対角線が 5 本 (4+1)、端に空きスペースが 2 つあります。最後の対角線の端にある空きスペースをブロックすると、暗号文を使用してレール フェンスを 1 行ずつ埋めていくだけで済みます。 ${\displaystyle N=6}$${\displaystyle x=4}$${\displaystyle y=2}$

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    _ _ _ _ ×
     _ _ バツ

ウィキペディア
 EOETN
  ACRAC
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    _ _ _ _ ×
     _ _ バツ

暗号の鍵はレールの数 です。 がわかっている場合、暗号文は上記のアルゴリズムを使用して復号化できます。 の値が暗号文の長さ 以上の場合は、暗号文が平文と同じになるため使用できません。したがって、使用可能な鍵の数が少なくなり、すべての可能な鍵を試すブルートフォース攻撃が可能になります。結果として、レールフェンス暗号は弱いと考えられています。^[要出典]${\displaystyle N}$${\displaystyle N}$${\displaystyle N}$${\displaystyle L}$

ジグザグ暗号という用語は、上記のレールフェンス暗号を指す場合があります。ただし、フレッチャー・プラットがSecret and Urgentで説明した別のタイプの暗号を指す場合もあります。これは、「紙に縦の列に罫線を引いて書き、各列の先頭に文字を配置します。紙の上から下に向かって読んでいくと、適切な列にメッセージの文字ごとに点が付けられます。次に、列の先頭の文字を切り取り、罫線を消して、点のメッセージを受信者に送信します。受信者は、列の幅と上部の文字の配置を知って、図を再構成し、その内容を読みます。」^[1]

• 転置暗号
• スキュタレー

• ヘレン・フーシェ・ゲインズ『暗号解読：暗号とその解読の研究』ドーバー社、1956年、ISBN 0-486-20097-3 

• アメリカ暗号協会
• レールフェンス暗号の暗号化と復号化のためのブラックチェンバーページ