รหัสซีซาร์

รหัสซีซาร์คืออะไร

รหัสซีซาร์เป็นรหัสแบบแทนที่ที่เข้ารหัสข้อความด้วยการเลื่อนตัวอักษรทุกตัวไปตามลำดับอักษรเป็นจำนวนตำแหน่งที่คงที่ ตั้งชื่อตามจูเลียส ซีซาร์ แม่ทัพชาวโรมัน ผู้ที่ว่ากันว่าใช้ค่าเลื่อนสามเพื่อปกป้องจดหมายส่วนตัวและจดหมายทางการทหาร เนื่องจากตัวอักษรแต่ละตัวจะถูกแทนด้วยตัวเดิมเสมอ รหัสซีซาร์จึงเป็นตัวอย่างที่ง่ายที่สุดและมีการสอนกันแพร่หลายที่สุดของวิทยาการรหัสลับแบบดั้งเดิม และยังคงเป็นจุดเริ่มต้นที่สมบูรณ์แบบสำหรับการเรียนรู้ว่าการเข้ารหัสทำงานอย่างไร

ทุกวันนี้รหัสซีซาร์ปรากฏอยู่ในปริศนา ห้องหนีภัย การแข่งขันแคปเจอร์เดอะแฟล็ก และแบบฝึกหัดการเขียนโปรแกรมสำหรับผู้เริ่มต้น ส่วน ROT13 ซึ่งเป็นรูปแบบที่โด่งดังที่สุดของมัน ก็ยังคงถูกใช้ทั่วเว็บเพื่อซ่อนสปอยล์ มุกตอนจบ และเฉลยไว้ในที่แจ้ง

การเข้ารหัสด้วยรหัสซีซาร์ทำงานอย่างไร

ในการเข้ารหัส คุณเลือกค่าเลื่อนที่เรียกว่ากุญแจ ระหว่าง 1 ถึง 25 จากนั้นตัวอักษรแต่ละตัวของข้อความจะเคลื่อนไปข้างหน้าตามลำดับอักษรเป็นจำนวนตำแหน่งเท่านั้น โดยวนจาก Z กลับไปยัง A เมื่อเลยปลายลำดับ การถอดรหัสจะย้อนกระบวนการ โดยเลื่อนตัวอักษรแต่ละตัวถอยหลังด้วยจำนวนเท่ากัน ส่วนช่องว่าง ตัวเลข และเครื่องหมายวรรคตอนตามปกติจะไม่ถูกแตะต้อง จึงเป็นเหตุที่รูปร่างและความยาวของข้อความต้นฉบับยังคงมองเห็นได้ในข้อความเข้ารหัส

ตัวอย่างเช่น ด้วยค่าเลื่อนสาม ตัวอักษร A จะกลายเป็น D, B กลายเป็น E และคำว่า HELLO จะกลายเป็น KHOOR ในการอ่านข้อความ ผู้รับเพียงต้องรู้ค่าเลื่อนค่าเดียว แล้วเลื่อนตัวอักษรทุกตัวถอยหลังสามตำแหน่ง

ตัวอย่างประกอบ: ค่าเลื่อนสาม

ลองนำวลีคลาสสิก ATTACK AT DAWN มาใช้ค่าเลื่อนสามของซีซาร์เอง A จับคู่กับ D, T จับคู่กับ W, C จับคู่กับ F, K จับคู่กับ N และเรื่อยไปเช่นนี้ จนได้ข้อความเข้ารหัส DWWDFN DW GDZQ สังเกตว่าช่องว่างยังคงอยู่ที่เดิม และตัวอักษรซ้ำจะเข้ารหัสเป็นอักขระเดียวกันเสมอ ดังนั้นตัว T คู่ใน ATTACK จึงกลายเป็นตัว W คู่ การย้อนค่าเลื่อนจะเปลี่ยน DWWDFN DW GDZQ กลับไปเป็น ATTACK AT DAWN ได้ทันที

สูตรของรหัสซีซาร์

ในทางคณิตศาสตร์ ตัวอักษรแต่ละตัวจะถูกถือเป็นตัวเลขตั้งแต่ 0 ถึง 25 โดยที่ A คือ 0 และ Z คือ 25 การเข้ารหัสเขียนเป็น E(x) = (x + n) mod 26 และการถอดรหัสเขียนเป็น D(x) = (x - n) mod 26 โดยที่ x คือตำแหน่งของตัวอักษรและ n คือค่าเลื่อน การ mod 26 คือสิ่งที่ทำให้ลำดับอักษรวนกลับ ดังนั้นการเลื่อน Y ไปสามตำแหน่งจึงไปจบที่ B แทนที่จะเลยปลายลำดับอักษรออกไป

อธิบาย ROT13 ROT5 และ ROT47

ROT13 คือรหัสซีซาร์ที่ตรึงไว้ที่ค่าเลื่อนสิบสาม เนื่องจากสิบสามเป็นครึ่งหนึ่งของยี่สิบหกพอดี การใช้ ROT13 สองครั้งจึงได้ข้อความเดิมกลับมา ดังนั้นการดำเนินการเดียวจึงทั้งเข้ารหัสและถอดรหัสได้ในตัว ส่วน ROT5 นำแนวคิดเดียวกันมาใช้กับตัวเลขสิบตัวคือ 0 ถึง 9 จึงสะดวกสำหรับการอำพรางตัวเลข ขณะที่ ROT47 หมุนอักขระ ASCII ที่พิมพ์ได้ทั้ง 94 ตัวไปพร้อมกัน โดยสับตัวอักษร ตัวเลข และเครื่องหมายวรรคตอนทั้งหมดในคราวเดียว แต่ละแบบนี้ผกผันในตัวเอง ซึ่งเป็นเหตุที่ทำให้มันสะดวกอย่างยิ่งในการซ่อนและเปิดเผยข้อความสั้น ๆ อย่างรวดเร็ว

จะเจาะรหัสซีซาร์ได้อย่างไร

รหัสซีซาร์มีกุญแจที่เป็นไปได้เพียง 25 ค่า จึงทำให้เจาะได้ง่ายดายอย่างยิ่ง วิธีที่ตรงที่สุดคือการโจมตีแบบบรูทฟอร์ซ นั่นคือถอดรหัสข้อความด้วยค่าเลื่อนทุกค่าตั้งแต่ 1 ถึง 25 แล้วอ่านผลลัพธ์ใดก็ตามที่ได้ความ ส่วนวิธีที่ชาญฉลาดกว่าคือการวิเคราะห์ความถี่ ซึ่งเปรียบเทียบการกระจายของตัวอักษรของแต่ละผลลัพธ์กับความถี่ปกติของภาษาอังกฤษ ที่ซึ่ง E, T และ A เป็นตัวอักษรที่พบบ่อยที่สุด แล้วเลือกผลที่ใกล้เคียงที่สุดโดยอัตโนมัติ โหมดเจาะรหัสในเครื่องมือนี้ทำทั้งสองอย่างให้คุณ โดยแสดงผลการถอดรหัสครบทั้ง 25 ค่า และเน้นคำตอบที่น่าจะถูกต้องที่สุดด้วยคะแนนไคสแควร์

ประวัติย่อของรหัสซีซาร์

รหัสนี้ได้ชื่อมาจากจูเลียส ซีซาร์ ผู้ซึ่งตามบันทึกของซูโทเนียส นักประวัติศาสตร์ ได้เลื่อนตัวอักษรแต่ละตัวไปสามตำแหน่งเพื่อรักษาความลับของข้อความราว 50 ปีก่อนคริสตกาล ว่ากันว่าออกุสตุส ผู้สืบทอดตำแหน่งของเขา ใช้วิธีคล้ายกันด้วยค่าเลื่อนหนึ่ง เป็นเวลาหลายศตวรรษที่การเลื่อนตัวอักษรอย่างง่าย ๆ ปลอดภัยเพียงพอ ส่วนใหญ่เพราะมีคนเพียงน้อยนิดที่อ่านออก ไม่ต้องพูดถึงการวิเคราะห์ข้อความที่เข้ารหัส จุดอ่อนของมันเป็นที่เข้าใจกันแล้วในศตวรรษที่เก้า เมื่ออัล-คินดี นักคณิตศาสตร์ชาวอาหรับ ได้อธิบายการวิเคราะห์ความถี่ ซึ่งเป็นเทคนิคที่เจาะรหัสนี้ได้ในไม่กี่วินาทีในปัจจุบัน