Cách giải mật mã hàng rào

Trong các hệ thống thủ công, việc chuyển đổi thường được thực hiện với sự hỗ trợ của một phương pháp ghi nhớ dễ nhớ . Ví dụ, một mật mã phổ biến của học sinh là "hàng rào đường sắt", trong đó các chữ cái của bản rõ được viết xen kẽ giữa các hàng và các hàng sau đó được đọc tuần tự để đưa ra mật mã. Trong một hàng rào đường sắt hai chiều sâu [hai hàng], thông điệp CHÚNG TÔI ĐƯỢC KHÁM PHÁ LƯU CHÍNH BẠN sẽ được viết

Đếm tần số đơn giản trên bản mã sẽ tiết lộ cho nhà phân tích mật mã rằng các chữ cái xảy ra với cùng tần số chính xác trong mật mã như trong bản rõ trung bình và do đó, có thể xảy ra việc sắp xếp lại các chữ cái một cách đơn giản.

Hàng rào đường sắt là ví dụ đơn giản nhất về một loại mật mã chuyển vị, được gọi là mật mã tuyến , đã được phổ biến đáng kể trong lịch sử ban đầu của mật mã học. Nói chung, các phần tử của văn bản rõ ràng [thường là các chữ cái đơn lẻ] được viết theo thứ tự sắp xếp trước [tuyến đường] thành một mảng hình học [ma trận] — điển hình là hình chữ nhật — được người phát và người nhận thoả thuận trước và sau đó đọc ra bằng cách theo sau tuyến quy định thông qua ma trận để tạo ra mật mã. Chìa khóa trong mật mã tuyến đường bao gồm giữ bí mật mảng hình học, điểm bắt đầu và các tuyến đường. Rõ ràng, cả ma trận và các tuyến đường có thể phức tạp hơn nhiều so với trong ví dụ này; nhưng ngay cả như vậy, chúng cung cấp ít bảo mật. Một dạng chuyển vị [ hoán vị] được sử dụng rộng rãi phụ thuộc vào một từ khóa dễ nhớ để xác định tuyến đường mà các cột của ma trận hình chữ nhật sẽ được đọc. Ví dụ: sử dụng từ khóa AUTHOR và sắp xếp các cột theo thứ tự từ vựng của các chữ cái trong từ khóa

Khi giải mã một bản mã tuyến, người nhận nhập các ký hiệu bản mã vào ma trận đã thỏa thuận theo lộ trình mã hóa và sau đó đọc bản rõ theo thứ tự đầu vào ban đầu. Có thể đạt được sự cải thiện đáng kể về bảo mật mật mã bằng cách mã hóa lại mật mã thu được từ một chuyển vị này với một chuyển vị khác. Bởi vì kết quả [tích] của hai chuyển vị cũng là một chuyển vị, tác dụng của nhiều chuyển vị là xác định một tuyến đường phức tạp trong ma trận, bản thân nó sẽ khó mô tả bằng bất kỳ phép ghi nhớ đơn giản nào. [ Xem Mã sản phẩm , bên dưới.]

Trong cùng một lớp, hệ thống rơi cũng sử dụng ma trận các tông đục lỗ được gọi là lưới; Các mô tả về các hệ thống như vậy có thể được tìm thấy trong hầu hết các sách cũ hơn về mật mã. Trong mật mã hiện đại, chuyển vị chủ yếu đóng vai trò là một trong một số bước mã hóa trong việc hình thành mật mã hợp chất hoặc sản phẩm .

Trong mật mã thay thế, các đơn vị của bản rõ [thường là các chữ cái đơn lẻ hoặc các cặp chữ cái] được thay thế bằng các ký hiệu hoặc nhóm ký hiệu khác, các ký hiệu này không cần giống với các ký hiệu được sử dụng trong bản rõ. Ví dụ, trong Cuộc phiêu lưu của những người đàn ông nhảy múa [1903] của Sir Arthur Conan Doyle , Sherlock Holmes giải một mật mã thay thế đơn pha, trong đó các biểu tượng bản mã là hình gậy của một con người ở nhiều tư thế giống nhau.

Đơn giản nhất của tất cả các mật mã thay thế là những mật mã trong đó bảng chữ cái mật mã chỉ là một sự thay đổi theo chu kỳ của bảng chữ cái bản rõ. Trong số này, nổi tiếng nhất làMật mã Caesar , được sử dụng bởi Julius Caesar , trong đó A được mã hóa thành D, B là E, v.v. Như nhiều học sinh đã phát hiện ra sự bối rối của mình, các mật mã thay thế chuyển dịch theo chu kỳ không được bảo mật. Và như được chỉ ra trong phần Cryptanalysis , không có bất kỳ mật mã thay thế đơn pha nào khác mà trong đó một ký hiệu bản rõ nhất định luôn được mã hóa thành cùng một ký hiệu bản mã. Vì sự dư thừa của ngôn ngữ tiếng Anh, chỉ cần khoảng 25 ký hiệu của bản mã để cho phép phân tích mật mã thay thế đơn pha, điều này làm cho chúng trở thành một nguồn phổ biến cho các mật mã giải trí. Giải thích cho điểm yếu này là sự phân bố tần số của các ký hiệu trong bản rõ và trong bản mã là giống hệt nhau, chỉ có các ký hiệu được gắn nhãn lại. Trên thực tế, bất kỳ cấu trúc hoặc mẫu nào trong bản rõ đều được bảo toàn nguyên vẹn trong bản mã, do đó nhiệm vụ của nhà phân tích mật mã trở nên dễ dàng.

Có hai cách tiếp cận chính đã được sử dụng với mật mã thay thế để giảm bớt mức độ mà cấu trúc trong bản rõ — chủ yếu là tần số một chữ cái — tồn tại trong bản mã. Một cách tiếp cận là mã hóa các phần tử của bản rõ bao gồm hai hoặc nhiều ký hiệu; ví dụ: digraph và tam đồ. Cách khác là sử dụng một số bảng chữ cái mật mã. Khi phương pháp thay thế polyalphabetic này được đưa đến giới hạn của nó, nó dẫn đến các phím hoặc miếng đệm dùng một lần.