รหัสวิเฌแนร์

รหัสวิเฌแนร์คืออะไร

รหัสวิเฌแนร์เป็นรหัสแบบแทนที่หลายอักษรที่เข้ารหัสข้อความโดยใช้คำสำคัญ แทนที่จะเลื่อนตัวอักษรทุกตัวด้วยจำนวนคงที่เท่ากันอย่างที่รหัสซีซาร์ทำ มันใช้ตัวอักษรแต่ละตัวของคำสำคัญในการกำหนดค่าเลื่อนที่ต่างกันให้กับตัวอักษรแต่ละตัวของข้อความ โดยวนคำสำคัญซ้ำไปเรื่อย ๆ เพราะตัวอักษรธรรมดาตัวเดียวกันสามารถกลายเป็นตัวอักษรเข้ารหัสได้หลายตัวขึ้นอยู่กับตำแหน่งของมัน รหัสนี้จึงซ่อนรูปแบบความถี่ของตัวอักษรเดี่ยว อันเป็นสิ่งที่ทำให้รหัสง่าย ๆ ถูกเจาะได้โดยง่าย

เป็นเวลาราวสามศตวรรษที่มันถูกถือว่าถอดไม่ได้ จนได้รับสมญานามภาษาฝรั่งเศสว่า le chiffre indéchiffrable หรือรหัสที่ถอดไม่ได้ ทุกวันนี้มันเป็นที่นิยมในปริศนา ห้องหนีภัย และการแข่งขันแคปเจอร์เดอะแฟล็ก อีกทั้งยังเป็นบทเรียนคลาสสิกที่แสดงให้เห็นว่ากุญแจช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้รหัสได้อย่างไร

การเข้ารหัสวิเฌแนร์ทำงานอย่างไร

ก่อนอื่นคุณเลือกคำสำคัญ เช่น LEMON คำสำคัญจะถูกวางซ้ำไว้เหนือข้อความ เพื่อให้ตัวอักษรทุกตัวของข้อความธรรมดาจับคู่กับตัวอักษรหนึ่งของกุญแจ ตัวอักษรกุญแจแต่ละตัวแทนค่าเลื่อนหนึ่งค่า A หมายถึงเลื่อน 0, B เลื่อน 1, C เลื่อน 2 ไปเรื่อย ๆ จนถึง Z ซึ่งเลื่อน 25 ในการเข้ารหัส คุณบวกตัวอักษรธรรมดาแต่ละตัวเข้ากับตัวอักษรกุญแจของมันแล้ววนกลับตามลำดับอักษร ส่วนการถอดรหัสจะใช้การลบแทน

มีเพียงตัวอักษร A ถึง Z เท่านั้นที่ถูกเข้ารหัส และแต่ละตัวคงรูปตัวพิมพ์ใหญ่หรือตัวพิมพ์เล็กไว้ ส่วนช่องว่าง ตัวเลข และเครื่องหมายวรรคตอนจะผ่านไปโดยไม่ถูกแตะต้องและไม่ใช้ตัวอักษรกุญแจ ดังนั้นกุญแจจึงยังคงเรียงตรงกับตัวอักษรจริงของข้อความเสมอ

ตัวอย่างประกอบ: คำสำคัญ LEMON

ลองนำวลี ATTACK AT DAWN และคำสำคัญ LEMON มาใช้ การเรียงคำสำคัญแบบวนซ้ำให้ตรงกับตัวอักษรจะได้ LEMONLEMONLE การบวกตัวอักษรธรรมดาแต่ละตัวเข้ากับตัวอักษรกุญแจของมัน A บวก L เป็น L, T บวก E เป็น X, T บวก M เป็น F และเรื่อยไปเช่นนี้ จะได้ข้อความเข้ารหัส LXFOPVEFRNHR สังเกตว่าตัว T สองตัวใน ATTACK กลายเป็นตัวอักษรเข้ารหัสที่ต่างกัน คือ X และ F เพราะมันอยู่ใต้ตัวอักษรกุญแจที่ต่างกัน นั่นแหละคือสิ่งที่เอาชนะการวิเคราะห์ความถี่อย่างง่ายได้

ในการถอดรหัส คุณย้อนกระบวนการด้วยคำสำคัญเดียวกัน โดยลบตัวอักษรกุญแจแต่ละตัวออก หรืออ่านตารางทาบูลาเรกตาย้อนกลับ หากปราศจากคำสำคัญ ข้อความเข้ารหัสแทบไม่เปิดเผยอะไรเลย

สูตรวิเฌแนร์และตารางทาบูลาเรกตา

หากกำหนดเลขให้ตัวอักษรตั้งแต่ 0 ถึง 25 โดยที่ A คือ 0 และ Z คือ 25 การเข้ารหัสคือ C = (P + K) mod 26 และการถอดรหัสคือ P = (C - K) mod 26 โดยที่ P คือตัวอักษรธรรมดา K คือตัวอักษรกุญแจปัจจุบัน และการ mod 26 ทำให้ลำดับอักษรวนกลับ การดำเนินการเดียวกันนี้สามารถทำด้วยมือได้โดยใช้ตารางทาบูลาเรกตา ซึ่งเป็นตาราง 26 คูณ 26 ของลำดับอักษรที่เลื่อนไปแล้ว หาตัวอักษรกุญแจทางด้านซ้ายและตัวอักษรธรรมดาตามด้านบน ช่องที่แถวและคอลัมน์มาบรรจบกันคือตัวอักษรเข้ารหัส

รูปแบบ Autokey และ Beaufort

รูปแบบ Autokey แก้จุดอ่อนหลักของรหัสมาตรฐาน นั่นคือกุญแจที่วนซ้ำ หลังจากคำสำคัญหมดลง กุญแจจะต่อไปด้วยตัวข้อความธรรมดาเอง กุญแจที่ไหลไปจึงไม่มีวันวนซ้ำและรหัสยากต่อการโจมตียิ่งขึ้นมาก การถอดรหัสจะกู้ข้อความธรรมดาคืนทีละตัวอักษรแล้วป้อนกลับเข้าไปในกระแสกุญแจ

รูปแบบ Beaufort ใช้สูตร C = (K - P) mod 26 เนื่องจากการลบออกจากกุญแจเป็นการผกผันในตัวเอง การดำเนินการเดียวกันจึงทั้งเข้ารหัสและถอดรหัส ซึ่งทำให้มันสะดวกสำหรับจานรหัสที่เคยใช้กันในทะเล เครื่องมือนี้รองรับทั้งสามรูปแบบ เพื่อให้คุณเปรียบเทียบมันบนข้อความและคำสำคัญเดียวกันได้

จะเจาะรหัสวิเฌแนร์ได้อย่างไร

การเจาะรหัสนี้ทำในสองขั้นตอน ขั้นแรกคุณหาความยาวของคำสำคัญ ตามแบบดั้งเดิมด้วยการตรวจสอบแบบคาซิสกี ซึ่งมองหากลุ่มตัวอักษรที่ซ้ำกันในข้อความเข้ารหัสและวัดช่องว่างระหว่างกลุ่มเหล่านั้น หรือด้วยการทดสอบฟรีดแมนซึ่งใช้ดัชนีความบังเอิญ เมื่อทราบความยาวของกุญแจแล้ว ข้อความเข้ารหัสจะถูกแยกออกเป็นคอลัมน์ตามจำนวนนั้น แต่ละคอลัมน์ถูกเข้ารหัสด้วยค่าเลื่อนซีซาร์เพียงค่าเดียว และการวิเคราะห์ความถี่ตามปกติก็เจาะแต่ละคอลัมน์แยกกันได้

นั่นหมายความว่ารหัสวิเฌแนร์ที่ใช้กุญแจสั้นบนข้อความยาวนั้นเจาะได้ค่อนข้างง่าย ซึ่งเป็นเหตุที่ความแข็งแกร่งของรหัสขึ้นอยู่กับการใช้กุญแจที่ยาวและไม่วนซ้ำเป็นอย่างมาก แนวคิดของ Autokey และวันไทม์แพดเติบโตขึ้นมาโดยตรงจากความพยายามที่จะกำจัดการวนซ้ำนั้น

ประวัติย่อของรหัสวิเฌแนร์

แนวคิดการใช้คำสำคัญเพื่อสลับระหว่างลำดับอักษรถูกตีพิมพ์ครั้งแรกโดยโจวัน บัตติสตา เบลลาโซ ในปี ค.ศ. 1553 ซึ่งต่อยอดจากตารางหลายอักษรของโยฮันเนส ทริเทมิอุส และเลออน บัตติสตา อัลแบร์ตี ต่อมาวิธีนี้ถูกยกความดีความชอบให้ผิดคนไปยังนักการทูตชาวฝรั่งเศส แบลซ เดอ วิเฌแนร์ ซึ่งชื่อของเขาก็ติดอยู่กับมันแม้ว่างานของเขาเองจะอธิบายรูปแบบ Autokey ที่แข็งแกร่งกว่า รหัสกุญแจที่วนซ้ำนี้ต้านทานนักวิเคราะห์รหัสมาหลายศตวรรษ จนกระทั่งชาลส์ แบบเบจ เจาะมันได้เป็นการส่วนตัวในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1850 และฟรีดริช คาซิสกี ตีพิมพ์วิธีการทั่วไปในปี ค.ศ. 1863