実行中のキー暗号

古典暗号では、ランニングキー暗号は多アルファベット置換 暗号の一種で、通常は書籍のテキストを使用して非常に長いキーストリームを提供します。このような暗号に関する最初の記述は、1892年にフランスの数学者アーサー・ジョセフ・ヘルマン（ Éditions Hermannの創設者としてよく知られています）によって行われました。通常、使用する書籍は事前に合意され、使用する文章は各メッセージに対してランダムに選択され、メッセージのどこかに秘密裏に示されます。

使用されているキーテキストは、プログラミング言語 C (1978 年版)の一部であり、タブラ レクタはタブローです。ここでのプレーンテキストは「すぐに逃げろ」です。

ページ 63、行 1 が実行キーとして選択されています。

エラーは複数の場所で発生する可能性があります。ラベルには...

実行キーはプレーンテキストの下に書き込まれます。

その後、メッセージは「JCVSR LQNPS」として送信されます。ただし、ヴィジュネル暗号とは異なり、メッセージが拡張された場合、キーは繰り返されません。キー テキスト自体 (プログラミング言語 Cのテキスト) がキーとして使用され、任意の長さに拡張できます。メッセージが拡張された場合 (「すぐに逃げてください。発見されました」など)、実行キーは前と同じように継続されます。

実行キーがどこにあるかを判断するために、5 つの暗号文文字の偽のブロックがその後追加されます。3 つはページ番号、2 つは行番号を示し、数字をエンコードするために A=0、B=1 などが使用されます。このようなブロックはインジケーターブロックと呼ばれます。インジケーター ブロックは、各メッセージの最後から 2 番目に挿入されます。(インジケーター ブロックを隠すための他の多くのスキームが可能です。) したがって、ページ 63、行 1 は「AGDAB」(06301) としてエンコードされます。

これにより、「JCVSR LQNPS YGUIM QAWXS AGDAB MECTO」という最終メッセージが表示されます。

ランニング キー暗号の最新の変種では、従来のタブラ レクタをビット単位の排他的論理和に置き換え、アルファベット文字ではなくバイト全体を操作し、大きなファイルからランニング キーを導出します。ファイルのエントロピー密度が高くなる可能性があることと、自動化が容易なことを除けば、このような変種と従来の方法の間に実質的な違いはほとんどありません。

複数の開始ポインタ (または組み合わせルール) を使用してテキストを組み合わせ生成すると、よりコンパクトな実行キーを使用できます。たとえば、1 つの場所 (単一のポインタ) から開始するのではなく、複数の開始ポインタを使用してストリームを XOR して新しい実行キーを形成できます。同様に、スキップ ルールを使用できます。その場合、実行キー ブックへの一連のポインタと、最初のキー テキストから新しい並べ替えられた実行キーを生成するための一連のルールが交換されます。(これらは、公開鍵暗号化を介して、または直接交換できます。実行キー ブックを変更せずに頻繁に変更することもできます。)

従来の暗号文は、平文とはかなり異なるようです。この問題に対処するため、ある変種では、暗号文出力として「平文」の文字ではなく「平文」の単語を出力します。これは、単語の「アルファベット」を作成することで行われます (実際には、複数の単語が各暗号文出力文字に対応します)。その結果、暗号文出力は、平文の単語の長いシーケンスのように見えます (プロセスはネストできます)。理論的には、これは標準の暗号文文字を出力として使用することと変わりません。ただし、平文のように見える暗号文は、「人間がループに加わる」結果となり、誤って復号化された平文として解釈しようとする可能性があります。

^{一例として、BDA (Berkhoff デフレータ アルゴリズム) [引用が必要]}が挙げられます。各暗号文出力文字には、少なくとも 1 つの名詞、動詞、形容詞、副詞が関連付けられています (例: 各ASCII文字に対して (少なくとも) それぞれ 1 つ)。文法的に妥当な文章が暗号文出力として生成されます。復号化には、単語を ASCII にマッピングし直し、実行キーを使用して文字を実際のプレーン テキストに復号化する必要があります。Nested-BDA は、出力を再暗号化プロセスに数回通して、複数のレイヤーの「プレーン テキストのように見える」暗号文を生成します。各レイヤーでは、存在しない意味を解釈するために「人間が関与」する可能性があります。

「グロマーク暗号」（「アルファベットと連続キーが混在するグロンスフェルト暗号」）は、連続する数字のペアを追加することで形成される連続数値キーを使用します。^[1] VIC暗号は、同様の遅延フィボナッチジェネレータを使用します。

ランニングキーが本当にランダムで、再利用されることがなく、秘密に保たれている場合、その結果はワンタイムパッド、つまり完全な秘密性（平文に関する情報を一切明かさない）を提供する方法になります。しかし、（いつものように）ランニングキーが自然言語のテキストブロックである場合、そのテキストは暗号解読に使用できる非ランダムな特性を持つため、セキュリティは実際にはかなり低くなります。たとえば、ウィリアム・F・フリードマンは第一次世界大戦中に、最も頻繁に使用される文字を他の最も頻繁に使用される文字でエンコードした暗号文のみの攻撃を提案しました。 ^[2]その結果、平文とランニングキーの両方の文字あたりのエントロピーは低く、結合操作は簡単に逆転します。

暗号を攻撃するために、暗号解読者は、暗号文に沿って推測した可能性のある平文を実行し、可能性のある各位置から平文を減算します。結果が理解可能なチャンクである場合、推測した平文がその位置に対して正しい可能性が高くなります (実際の平文として、または実行キーの一部として)。「理解可能なチャンク」は、多くの場合、どちらかの端で拡張できるため、さらに可能性の高い平文が提供され、さらに拡張できます (詳細については、Autokey 暗号を参照してください)。最終的には、実行キーのソースが特定され、ゲームが終わる可能性があります。

セキュリティを向上させる方法はいくつかあります。最初の最も明白な方法は、タブラ・レクタの代わりに秘密の混合アルファベット・タブローを使用することです。これは確かに問題を非常に複雑にしますが、完全な解決策ではありません。フリードマンの方法で利用されているように、平文とランニング・キー文字のペアは、たとえば「QQ」ではなく「EE」などの高頻度ペアである可能性がはるかに高くなります。これが出力頻度分布にもたらす歪みは、「EE」と「QQ」が同じ暗号文文字にマップされる可能性が十分にあるという事実によって不鮮明になりますが、それでも分布は平坦ではありません。これにより、暗号解読者はタブローの一部を推測し、前と同じように処理を進めることができます（ただし、再構築されたタブローからセクションが欠落している部分があります）。

もうひとつの可能性は、一般的な英語よりも文字あたりのエントロピーが高いキーテキストを使用することです。この目的のために、KGB はエージェントに、ランダムに見える数字の長いリストが含まれることが多い年鑑や貿易報告書 などの文書を使用するようアドバイスしました。

もう 1 つの問題は、キー空間が驚くほど小さいことです。おそらく使用されるキー テキストが 1 億個あり、それぞれに平均 11,000 個の開始位置があるとします。大量のキー テキストのコレクションを持つ相手にとっては、 のオーダーの総当たり検索が可能になりますが、これはコンピューター暗号化の標準では比較的容易なターゲットです (この問題へのアプローチについては、上記の順列生成実行キーを参照してください)。 ${\displaystyle 2^{40}}$

どちらの暗号も、古典的には小説を鍵素材として使っていたため、多くの情報源ではブック暗号とランニング キー暗号を混同しています。実際には、両者はごく遠い関係にあります。ランニング キー暗号は多アルファベット置換で、ブック暗号は同音置換です。おそらく、最も明確な違いは、ランニング暗号は乱数の本で最もうまく機能するのに対し、そのような本 (テキストを含まない) はブック暗号には役に立たないという事実です。

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