Monoalfabetická šifra

Tato šifra se nazývá také jednoduchá substituce nebo jednoduchá záměna. Jedná

se o jednu ze základních šifrovacích metod. Při šifrování je postupně každý znak

otevřeného textu nahrazován jedním znakem z šifrové abecedy. Důležité je, že pro

celou otevřenou zprávu se použije stejná šifrová abeceda - od toho tedy název monoalfabetick

á. Tato abeceda může obsahovat odlišné znaky, než abeceda otevřeného

textu.

Obecně není monoalfabetická substituce příliš bezpečná - díky převodu 1:1 se totiž

v šifrovém textu zachovávají určité charakteristické rysy abecedy otevřeného textu,

které lze s úspěchem použít při luštění pomocí frekvenční analýzy (viz kapitola 1.10).

Následující tabulka (1.1) ukazuje příklad otevřené a šifrové abecedy:

Otevřená abeceda a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z

Šifrová abeceda 5 o l 7 & n j 2 q @ z 6 a d 1 i 3 s 9 8 b 4 f p h m

Tab. 1.1: Příklad šifrové abecedy - monoalfabetická substituce

Při znalosti šifrové abecedy je tedy šifrování velmi jednoduché, konkrétní příklad je

vidět v tabulce 1.2. Dešifrování potom probíhá stejným - pouze inverzním - způsobem.

Otevřený text d i p l o m o v a p r a c e

Šifrový text 7 q i 6 1 a 1 4 5 i s 5 1&

Tab. 1.2: Příklad zašifrování textu monoalfabetickou substitucí

15

Podle způsobu záměny se tato šifra dělí na čtyři typy (v následujícím textu je

použito S(x) pro označení šifrové abecedy a O(x) pro abecedu otevřeného textu)

[11]:

Jednoduchý posun V případě jednoduchého posunu vznikne šifrová abecedu tak,

že abeceda otevřeného textu se posune o několik pozic (parametr k v rovnici 1.1).

Pro českou abecedu (26 znaků) tedy existuje celkem 26 možností posunu, z čehož

25 je ?použitelnýchy, poslední je posun o 0 pozic, tedy k žádnému posunu vlastně

nedojde.

Uvedený postup lze zapsat matematicky:

S(x) = O(x) + k (1.1)

kde k je parametr posunu; k 2< 0; 25 >.

Dobrým příkladem této šifry je známá Caesarova šifra, kterou používal Julius Caesar

již v 1.stol. př. n. l. Tuto šifru popsal ve svých Zápiscích o válce galské. Jednotlivá

písmena OT se zamění za písmena ležící v abecedě o tři místa dál. Jedná se tedy

o jednoduchý posun s parametrem k = 3. Caesarův synovec Augustus používal

obdobný systém s parametrem k = 1 a k tomu poslední písmeno v abecedě (tehdy

X) bylo nahrazeno dvojicí AA.

A nní šifra Šifrová abeceda a nní šifry vznikne podle následujícího předpisu:

S(x) = a O(x) + b (1.2)

kde a, b jsou parametry takové, že a 2< 1; 25 > a b 2< 0; 25 >. V tomto případě

existuje celkem 312 možností vytvoření abecedy. Speciálním případem a nní šifry je

jednoduchý posun (pro a = 1).

Použití klíče Tabulka 1.3 demostruje použití klíče při vytváření šifrové abecedy.

Nejprve se obě strany dohodnou na klíči - v tomto případě zvoleno slovo hotel.

a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z

h o t e l a b c d f g i j k m n p q r s u v w x y z

Tab. 1.3: Vytvoření šifrové abecedy pomocí klíče

Tímto slovem bude začínat šifrová abeceda, a dále bude pokračovat abeceda stejná

jako otevřená, pouze s vynecháním písmen z klíče. Pokud se v klíči vyskytují stejná

písmena (např. slovo motorka), vynechají se písmena vyskytující se vícekrát - vyjma

prvního (motrka).

16

Náhodný výběr V tomto případě se šifrová abeceda vygeneruje náhodně z abecedy

otevřeného textu. Existuje tedy celkem 26! = 403291461126605635584000000

4 10 26 možností.

Aby nebylo luštění této šifry jednoduché, šifrový text se obvykle zbavuje mezer

(případně se mezery nahradí některým - obvykle méně frekventovaným - znakem,

či skupinou znaků) - díky tomu kryptoanalytik neví, z kolika slov se otevřený text

skládá. čísla se obvykle vypisují slovy, mohou se ale samozřejmě nahradit některými

jinými znaky - stejně tak jako interpunkce.

Dešifrování jednoduché záměny není složité - obě dvě strany potřebují znát původní

abecedu a případně heslo (parametry) nebo postup, díky kterému se vytvoří abeceda

šifrového textu. Za vůbec první substituční šifru je považován Hebrejci vynalezený

systém ATBAŠ [1]. Šifrování probíhá následujícím způsobem: písmeno OT se nahrad

í takovým písmenem ŠT, které má stejnou vzdálenost od konce abecedy, jako

původní písmeno od začátku abecedy (v české abecedě tedy např. d = w, i = r

atd.).

Jednoduchá záměna byla použitelná do cca 17.století, od té doby byla - obzvláště

pro vojenské a vládní systémy - naprosto nedostatečná a bylo nutné nahradit ji

jinými systémy.