Šifra ADFGVX - ADFGVX cipher

v kryptografie, ADFGVX šifra byla pole šifra používá Němec Armáda na západní frontě během první světová válka. ADFGVX bylo ve skutečnosti rozšíření dřívější šifry s názvem ADFGX.

Vynalezl poručíkem^[1] Fritz Nebel (1891–1977)^[2] a představen v březnu 1918, šifra byla a frakcionování transpoziční šifra který kombinoval upravený Polybius náměstí s jedinou sloupcovou transpozicí.

Šifra je pojmenována po šesti možných písmech použitých v šifrovacím textu: A, D, F, G, PROTI a X. Dopisy byly vybrány záměrně, protože se od sebe velmi liší Morseova abeceda. To snížilo možnost chyby obsluhy.

Nebel navrhl šifru tak, aby poskytovala armádě v pohybu šifrování, které bylo pohodlnější než příkopové kódy ale byl stále v bezpečí. Němci ve skutečnosti věřili, že šifra ADFGVX je nerozbitná.^[3]

Úkon

Pro prostý text zpráva „Útok najednou“, tajemství smíšená abeceda je nejprve vyplněn do formátu 5 × 5 Polybius náměstí:

	A	D	F	G	X
A	b	t	A	l	str
D	d	h	Ó	z	k
F	q	F	proti	s	n
G	G	i / j	C	u	X
X	m	r	E	w	y

i a j byly zkombinovány, aby se abeceda vešla do mřížky 5 × 5.

Pomocí čtverce se zpráva převede do zlomkové formy:

A	t	t	A	C	k	A	t	Ó	n	C	E
AF	INZERÁT	INZERÁT	AF	GF	DX	AF	INZERÁT	DF	FX	GF	XF

Dále se na frakcionovanou zprávu vztahuje a sloupcová transpozice. Zpráva je napsána v řádcích pod transpozičním klíčem (zde „NÁKLAD“):

C A R G O_________A F A D AD A F G FD X A F AD D F F XG F X F

Dále jsou písmena řazena abecedně v transpozičním klíči (změna CARGO na ACGOR) přeskupením sloupců pod písmeny spolu se samotnými písmeny:

A C G O R_________F A D A AA D G F FX D F A AD D F X FF G F X

Poté se odečte ve sloupcích v pořadí podle klíčových slov, čímž se získá šifrový text:

FAXDF ADDDG DGFFF AFAX AFAFX

V praxi měly transpoziční klíče délku asi dvou desítek znaků. Dlouhé zprávy odesílané v šifře ADFGX byly rozděleny do sad zpráv různých a nepravidelných délek, aby byla nezranitelná při vícenásobném anagramování.^[3] Transpoziční klíče i frakční klíče byly denně měněny.

ADFGVX

V červnu 1918, další dopis, PROTI, byl přidán do šifry. To rozšířilo mřížku na 6 × 6, což umožnilo použít 36 znaků. To umožnilo celou abecedu (místo kombinování Já a J) a číslice z 0 na 9. To mělo hlavně za následek značné zkrácení zpráv obsahujících mnoho čísel.

Šifra je založena na 6 písmenech ADFGVX. V následujícím příkladu je abeceda kódována nizozemským kódovým slovem „nachtbommenwerper“. To má za následek abecedu: NACHTBOMEWRPDFGIJKLQSUVXYZ. Tím se vytvoří tabulka níže s písmeny ADFGVX jako záhlaví sloupců a identifikátory řádků:

	A	D	F	G	PROTI	X
A	N	A	1	C	3	H
D	8	T	B	2	Ó	M
F	E	5	Ž	R	P	D
G	4	F	6	G	7	Já
PROTI	9	J	0	K.	L	Q
X	S	U	PROTI	X	Y	Z

Text „útok ve 1200 hodin“ se překládá takto:

A	T	T	A	C	K.	A	T	1	2	0	0	A	M
INZERÁT	DD	DD	INZERÁT	AG	VG	INZERÁT	DD	AF	DG	VF	VF	INZERÁT	DX

Poté se vytvoří nová tabulka s klíčem jako nadpisem. Pojďme jako klíč použít „SOUKROMÍ“. Obvykle se používaly mnohem delší klávesy nebo dokonce fráze.

P	R	Já	PROTI	A	C	Y
A	D	D	D	D	D	A
D	A	G	PROTI	G	A	D
D	D	A	F	D	G	PROTI
F	PROTI	F	A	D	D	X

Sloupce jsou seřazeny podle abecedy podle klíčového slova a tabulka se mění takto:

A	C	Já	P	R	PROTI	Y
D	D	D	A	D	D	A
G	A	G	D	A	PROTI	D
D	G	A	D	D	F	PROTI
D	D	F	F	PROTI	A	X

Poté vzájemné připojení sloupců vede k tomuto ciphertextu:
DGDD DAGD DGAF ADDF DADV DVFA ADVX

Pomocí klíčového slova lze sloupce rekonstruovat a umístit ve správném pořadí. Při použití původní tabulky obsahující tajnou abecedu lze text dešifrovat.

Kryptoanalýza

ADFGVX byl dešifrovaný podle francouzština Armáda Poručík Georges Painvin a šifra byla rozbita na začátku června 1918.^[4] Práce byla podle standardů klasické kryptografie výjimečně obtížná a Painvin během ní fyzicky onemocněl. Jeho metoda řešení se spoléhala na hledání zpráv se stereotypními počátky, které by je rozdělily a poté vytvořily podobné vzory na pozicích v šifrovacím textu, které odpovídaly záhlaví sloupců v transpoziční tabulce. (Po dosažení tohoto kroku byla vyžadována značná statistická analýza, vše bylo provedeno ručně.) Byla tedy účinná pouze v dobách velmi vysokého provozu, ale to bylo také tehdy, když byly odeslány nejdůležitější zprávy.

To však nebyl jediný trik, který Painvin použil k prolomení šifry ADFGX.^[3] Rovněž použil opakující se části šifrovacího textu k odvození informací o pravděpodobné délce použitého klíče. Protože klíč měl sudý počet písmen, věděl, jak bylo šifrováno, že každý sloupec se skládal výhradně ze souřadnic písmen převzatých z horní části náměstí Polybius nebo z levé strany náměstí, ne směs dva. Také po nahrazení, ale před provedením, by se sloupce střídavě skládaly výhradně z „horních“ a „postranních“ písmen. Jednou z charakteristik frekvenční analýzy písmen je, že zatímco distribuce jednotlivých písmen se může od normy značně lišit, hodnota zákon průměrů diktuje, že skupiny písmen se liší méně. U šifry ADFGX je každé „boční“ písmeno nebo „horní“ písmeno spojeno s pěti prostými písmeny. Ve výše uvedeném příkladu je „boční“ písmeno „D“ spojeno s prostými písmeny „d h o z k“ a „horní“ písmeno „D“ je spojeno s prostými písmeny „t h f j r“. Jelikož obě skupiny pěti písmen mají různá kumulativní rozdělení kmitočtů, má frekvenční analýza písmene „D“ ve sloupcích skládajících se z „postranních“ písmen výrazně odlišný výsledek od výsledků písmene „D“ ve sloupcích skládajících se z „nahoře“ písmena. Tento trik umožnil Painvinovi odhadnout, které sloupce se skládají z „bočních“ písmen a které sloupce se skládají z „horních“ písmen. Poté je mohl spárovat a provést frekvenční analýzu párování, aby zjistil, zda jsou párování pouze šumem nebo odpovídají písmenům v holém textu. Jakmile měl správné párování, mohl pomocí frekvenční analýzy zjistit skutečná písmena v holém textu. Výsledek byl stále transponován, ale k dešifrování stačilo jen jednoduché provedení. Jakmile určí schéma transpozice pro jednu zprávu, byl by schopen rozluštit jakoukoli jinou zprávu, která byla zašifrována stejným transpozičním klíčem.^[3]

Painvin prolomil šifru ADFGX v dubnu 1918, několik týdnů poté, co Němci spustili jejich Jarní útok. V přímém důsledku francouzská armáda zjistila, kde Erich Ludendorff zamýšlel zaútočit. Francouzi soustředili své síly v tomto bodě, který údajně zastavil jarní ofenzívu.

Tvrzení, že Painvinovo rozbití šifry ADFGX, Němce zastavilo Jarní útok roku 1918, i když se často^[5] někteří zpochybňují. Ve své recenzi z roku 2002 Sophie de Lastours „kniha na toto téma, La France gagne la guerre des code secrets 1914-1918, v Journal of Intelligence History, (Journal of Intelligence History: svazek 2, číslo 2, zima 2002) Hilmar-Detlef Brückner uvedl:

Sophie de Lastours se bohužel připojuje k tradičnímu francouzskému názoru, že řešení německého telegramu ADFGVX Painvinem na začátku června 1918 bylo rozhodující pro vítězství spojenců v první světové válce, protože včas varovalo před blížící se německou ofenzívou dostat se do Paříže a způsobit spojencům kritickou porážku. Již mnoho let je však známo, že Němec Gneisenau byl zahájen útok z 11. června, aby přiměl francouzské vrchní velení vrhnout se do rezerv z oblasti na sever, kde měli Němci v úmyslu zaútočit později.
Jeho cíl musel být hrubě zveličen, což německé vrchní velení učinilo šířením zvěstí, že útok míří do Paříže a dále; dezinformace byla účinná a zjevně stále je. Německá ofenzíva však nebyla úspěšná, protože Francouzi měli po ruce dostatek rezerv, aby útok zastavili, a proto nemuseli přivádět další posily.
Navíc se obvykle přehlíží, že základní verze šifry ADFGVX byla vytvořena speciálně pro německou jarní ofenzívu v roce 1918, která měla spojencům zasadit ničivou ránu. Doufalo se, že šifra ADFGX ochrání německou komunikaci před spojeneckými kryptografy během útoku, ke kterému došlo.
Telegramy v ADFGX se poprvé objevily 5. března a německý útok začal 21. března. Když Painvin představil své první řešení kódu dne 5. dubna, německá ofenzíva již utichla.

Šifry ADFGX a ADFGVX jsou nyní považovány za nejisté.

Reference

^ Friedrich L. Bauer: Dešifrovaná tajemství, metody a maxima kryptologie. Springer, Berlín 2007 (4. Aufl.), S. 173, ISBN 3-540-24502-2.
^ Friedrich L. Bauer: Dešifrovaná tajemství, metody a maxima kryptologie. Springer, Berlín 2007 (4. Aufl.), S. 53, ISBN 3-540-24502-2.
^ ^A ^b ^C ^d „Kódy a lámání kódů v první světové válce“. Archivovány od originál dne 3. května 2010. Citováno 10. března 2010.
^ Newton, David E. (1997). Encyklopedie kryptografie. Santa Barbara California: Instructional Horizons, Inc. str. 6.
^ „Painvinova manna zachránila Francouze,“ napsal David Kahn, v The Codebreakers - The Story of Secret Writing, 1967, ISBN 978-0-684-83130-5, Kapitola 9. Kahn také podrobně popisuje roli, kterou ve francouzské reakci hrálo Painvinovo dešifrování německých zpráv Operace Gneisenau.

Zdroje

Childs, J. Rives, Obecné řešení šifrovacího systému ADFGVX, Egejský park Press, ISBN 0-89412-284-3.
Friedman, William F. Vojenská kryptoanalýza, část IV: Transpoziční a frakční systémy. Laguna Hills, Kalifornie: Aegean Park Press, 1992.

externí odkazy

[1] Friedrich L. Bauer: Dešifrovaná tajemství, metody a maxima kryptologie. Springer, Berlín 2007 (4. Aufl.), S. 173, ISBN 3-540-24502-2.

[2] Friedrich L. Bauer: Dešifrovaná tajemství, metody a maxima kryptologie. Springer, Berlín 2007 (4. Aufl.), S. 53, ISBN 3-540-24502-2.

[WWI_Codebreaking-3] A ^b ^C ^d „Kódy a lámání kódů v první světové válce“. Archivovány od originál dne 3. května 2010. Citováno 10. března 2010.

[4] Newton, David E. (1997). Encyklopedie kryptografie. Santa Barbara California: Instructional Horizons, Inc. str. 6.

[5] „Painvinova manna zachránila Francouze,“ napsal David Kahn, v The Codebreakers - The Story of Secret Writing, 1967, ISBN 978-0-684-83130-5, Kapitola 9. Kahn také podrobně popisuje roli, kterou ve francouzské reakci hrálo Painvinovo dešifrování německých zpráv Operace Gneisenau.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]