ADFGVX dan Fraksionasi

Pada tahun 1918, militer Jerman menghadapi masalah kritis: para kriptanalis Sekutu memecahkan kode lapangan mereka lebih cepat daripada kemampuan mereka untuk menggantinya. Sandi baru yang lebih kuat sangat dibutuhkan untuk Serangan Musim Semi tahun 1918.

Kolonel Fritz Nebel mengembangkan sandi ADFGVX, yang memadukan dua teknik klasik dengan cara yang belum pernah dilakukan sebelumnya dalam kriptografi militer.

Sandi ini dinamai berdasarkan enam huruf teks sandinya: A, D, F, G, V, X. Huruf-huruf ini dipilih secara sengaja karena representasi kode Morse masing-masing sangat berbeda.

Hal ini meminimalkan kesalahan transmisi melalui radio lapangan. Salah mengira satu huruf sebagai huruf lain dapat merusak seluruh pesan, sehingga perancang memilih huruf dengan pola Morse yang semaksimal mungkin dapat dibedakan.

Langkah pertama adalah substitusi menggunakan persegi Polybius 6x6. Ke-36 selnya memuat 26 huruf dan digit 0-9, yang disusun dalam urutan berdasarkan kunci. Label baris dan kolomnya adalah enam huruf A, D, F, G, V, X.

Setiap karakter teks asli diganti dengan dua huruf: label baris dan label kolom selnya. Sebagai contoh, jika H berada pada baris A dan kolom F, H menjadi "AF".

Setelah substitusi, teks sandi yang telah digandakan ditulis ke dalam kisi dengan jumlah kolom yang sama dengan panjang kunci. Kata kunci kedua menentukan urutan kolom.

Kolom dibaca berdasarkan urutan alfabet huruf-huruf kunci. Hal ini menyusun ulang pasangan hasil substitusi, menghilangkan pola yang masih tersisa, dan menghasilkan sandi yang tahan terhadap analisis frekuensi maupun pencocokan pola.

Fraksionasi adalah teknik memecah setiap karakter teks asli menjadi beberapa simbol teks sandi sebelum mentransposisinya. Dalam ADFGVX, setiap huruf menjadi dua simbol, yaitu baris dan kolom, yang kemudian diacak secara terpisah.

Artinya, kedua "bagian" dari satu huruf teks asli berakhir di posisi yang berbeda dalam teks sandi akhir, sehingga substitusi dan transposisi tidak mungkin dianalisis secara terpisah.

Sandi substitusi murni seperti Playfair rentan terhadap analisis frekuensi. Sandi transposisi murni seperti sandi pagar rel rentan terhadap penyusunan ulang huruf. Menggabungkan keduanya mengatasi kedua kelemahan tersebut.

ADFGVX menyulitkan analisis frekuensi dengan memecah dan mentransposisi simbol-simbol hasil substitusi. Untuk memecahkan transposisi, Anda perlu mengetahui kunci substitusi, dan sebaliknya.

Kriptanalis Prancis Georges Painvin memecahkan sandi ADFGVX pada Juni 1918, hanya beberapa hari sebelum serangan Jerman yang dilindunginya. Pencapaian ini dianggap sebagai salah satu pencapaian kriptanalisis paling cemerlang pada masa WWI.

Metode Painvin memanfaatkan pola dalam pesan-pesan yang dikirim pada hari yang sama dengan kunci yang sama. Dengan membandingkan teks-teks sandi yang panjangnya serupa, ia dapat mengidentifikasi batas kolom dan menelusuri proses transposisi secara terbalik.

Terobosan Painvin memberi Sekutu informasi intelijen yang membantu meredam Serangan Musim Semi Jerman. Serangan itu gagal sebagian karena keunggulan intelijen yang diperoleh dari pemecahan ADFGVX.

Kisah ini menunjukkan bahwa rancangan sandi yang cerdik pun dapat dipecahkan ketika keamanan operasional buruk. Jerman menggunakan kembali kunci dan mengirim terlalu banyak pesan dalam waktu singkat, sehingga Painvin memperoleh bahan yang dibutuhkannya.

Dalam transposisi kolom, Anda menulis teks asli dalam baris-baris di bawah kata kunci, lalu membaca kolom berdasarkan urutan alfabet huruf-huruf kata kunci. Kata kunci "KEY" menghasilkan urutan kolom 2-1-3, karena E mendahului K dan K mendahului Y.

Kolom keluaran menyelang-selingkan teks asli sehingga pola-pola lokalnya rusak. Dekripsi memerlukan penulisan kembali teks sandi ke dalam kolom dengan urutan yang sama, lalu membacanya baris demi baris.

Setiap lapisan sandi klasik mengatasi kelemahan yang berbeda. Substitusi menyamarkan identitas huruf, sedangkan transposisi menyamarkan posisi huruf. Bersama-sama, keduanya menghasilkan sandi yang mengharuskan kedua lapisan diserang secara bersamaan.

Prinsip penggabungan konfusi (substitusi) dan difusi (transposisi) ini kemudian dirumuskan secara formal oleh Claude Shannon dan menjadi landasan teoretis bagi sandi blok modern seperti AES.

Sebelum ADFGVX, Jerman menggunakan ADFGX, varian 5 huruf yang lebih sederhana dan tidak menyertakan digit dalam bujur sangkar Polybius-nya. ADFGVX memperluas bujur sangkar tersebut menjadi 6x6 untuk menyertakan semua 10 digit, sehingga data numerik dapat dienkripsi.

Perluasan dari ADFGX menjadi ADFGVX merupakan tanggapan terhadap sebagian keberhasilan pihak Sekutu dalam memecahkan ADFGX. Penambahan digit memperbesar ruang kunci dan mempersulit analisis frekuensi digraf dengan menyebarkan pola ke lebih banyak pasangan simbol.

Uji pemahaman Anda tentang fraksionasi dalam ADFGVX.

ADFGVX menggabungkan substitusi bujur sangkar Polybius dengan transposisi kolom, menggunakan fraksionasi untuk menjalin keduanya. Alfabet enam huruf dipilih untuk meminimalkan kesalahan transmisi kode Morse.

Meskipun canggih, Painvin berhasil memecahkannya dengan memanfaatkan penggunaan ulang kunci. Sandi ini menunjukkan kekuatan penggabungan teknik klasik sekaligus pentingnya keamanan operasional.