Sandi Beaufort dan Kunci Berjalan

Sandi Beaufort merupakan varian sandi Vigenère dengan perbedaan kunci pada rumus enkripsinya. Vigenère menghitung C = (P + K) mod 26, sedangkan Beaufort menghitung C = (K - P) mod 26.

Perubahan kecil ini memberikan sifat yang luar biasa pada sandi Beaufort: sandi ini merupakan invers bagi dirinya sendiri. Operasi yang sama dengan kunci yang sama dapat mengenkripsi dan mendekripsi, suatu sifat yang disebut sebagai sandi resiprokal.

Karena enkripsi dan dekripsi merupakan operasi yang sama dalam Beaufort, sandi ini disebut "resiprokal-sendiri" atau "involutori". Untuk mendekripsi, Anda menjalankan prosedur yang persis sama dengan yang digunakan untuk mengenkripsi.

Hal ini berguna secara praktis pada era sebelum komputer: operator militer hanya perlu mempelajari satu prosedur, bukan dua prosedur terpisah untuk mengenkripsi dan mendekripsi, sehingga waktu pelatihan dan kesalahan manusia dapat dikurangi.

Sandi autokunci mengatasi kelemahan pengulangan kunci pada Vigenère. Kunci dimulai dengan kata kunci awal yang pendek, lalu menambahkan teks terang itu sendiri sebagai kelanjutan kunci.

Artinya, kunci memiliki panjang yang sama dengan pesan dan tidak pernah berulang. Namun, sandi ini rentan terhadap serangan cerdik: jika Anda menebak sebuah kata dalam teks terang, Anda dapat menguji apakah kata tersebut muncul sebagai segmen kunci, lalu mengonfirmasi atau menolak tebakan secara sistematis.

Sandi kunci berjalan mengembangkan gagasan autokunci lebih jauh dengan menggunakan teks panjang yang telah disepakati sebelumnya, seperti buku tertentu, sebagai kunci. Kunci memiliki panjang yang sama dengan pesan dan berasal dari sumber yang tampak acak.

Pengirim dan penerima harus memiliki salinan teks kunci yang sama serta menyepakati posisi awal. Setelah itu, proses enkripsinya identik dengan sandi Vigenère, tetapi menggunakan kunci yang tidak berulang.

Jika teks kunci berjalan benar-benar acak, yang pada dasarnya berarti pad sekali pakai, sandi kunci berjalan aman secara teoretis-informasi. Tidak ada cukup informasi dalam teks sandi untuk menentukan teks terang tanpa kunci.

Claude Shannon membuktikan hal ini: agar sebuah sandi memiliki kerahasiaan sempurna, entropi kunci harus setidaknya sebesar entropi pesan. Kunci yang benar-benar acak dan sepanjang pesan memenuhi kondisi ini.

Dalam praktiknya, teks buku tidak acak. Teks tersebut merupakan prosa bahasa Inggris dengan semua pola statistik bahasa alami. Penyerang dapat mencoba berbagai buku dan posisi awal, lalu menguji apakah kunci dan teks terang yang dihasilkan sama-sama tampak seperti bahasa alami.

Sifat "dua teks" ini, yaitu teks terang dan kunci harus sama-sama merupakan bahasa yang valid, secara paradoks membuat sandi kunci berjalan lebih lemah dalam praktik daripada kunci yang lebih pendek tetapi benar-benar acak.

Giovan Battista Bellaso menerbitkan beberapa rancangan sandi polialfabetik pada tahun 1550-an. Karyanya kemudian keliru dikaitkan dengan Blaise de Vigenère, sehingga terjadi kesalahan penamaan historis pada sandi Vigenère.

Sandi-sandi Bellaso mencakup varian resiprokal yang mendahului sandi Beaufort. Sumbangannya terhadap kriptografi polialfabetik sangat besar, meskipun ia hanya mendapat sedikit pengakuan sampai penelitian sejarah modern meluruskan catatan tersebut.

Sandi polialfabetik menggunakan beberapa alfabet substitusi yang diputar berdasarkan kunci. Hal ini meratakan distribusi frekuensi huruf dalam teks sandi, sehingga analisis frekuensi sederhana tidak berhasil.

Indeks Koinsidensi (IC) mengukur seberapa rata suatu distribusi frekuensi. Teks bahasa Inggris memiliki IC sekitar 0,065. Substitusi yang benar-benar acak memiliki IC sekitar 0,038. Sandi polialfabetik menghasilkan nilai di antara kedua angka ini, bergantung pada panjang kunci.

William Friedman mengembangkan uji statistik untuk menentukan panjang kunci sandi polialfabetik hanya dari teks sandi. Dengan menganalisis IC setiap himpunan karakter ke-n, ia dapat mengidentifikasi periode kunci.

Setelah periode diketahui, sandi tersebut berubah menjadi beberapa substitusi sederhana yang independen dan masing-masing dapat dipecahkan melalui analisis frekuensi. Pendekatan ini membuat Vigenère dan Beaufort dapat dipecahkan secara praktis.

Pada awal abad ke-20, setiap sandi klasik, mulai dari Caesar hingga Vigenère dan Beaufort, telah dipecahkan secara sistematis menggunakan analisis frekuensi, uji Kasiski, atau metode IC Friedman.

Kemunculan sandi mekanis seperti Enigma dan SIGABA, yang kemudian disusul komputer, mengubah kriptografi secara mendasar. Sandi klasik menjadi keingintahuan sejarah dan sarana pembelajaran, bukan lagi mekanisme keamanan praktis.

Pad sekali pakai, jika digunakan dengan benar, merupakan satu-satunya sandi yang kesempurnaannya dapat dibuktikan. Sandi ini memerlukan kunci yang benar-benar acak, sepanjang pesan, hanya digunakan sekali, dan dijaga sepenuhnya kerahasiaannya.

Sandi kunci berjalan mendekati ideal ini, tetapi gagal karena kunci berupa bahasa alami tidak acak. Pad sekali pakai yang sebenarnya, dengan teks buku sebagai kunci, rentan karena kunci dan teks terang sama-sama harus berupa bahasa Inggris alami, sehingga memberikan keuntungan statistik bagi kriptanalisis.

Sandi Beaufort merupakan varian Vigenère yang resiprokal-sendiri; kunci dan algoritma yang sama digunakan untuk mengenkripsi dan mendekripsi. Sandi kunci berjalan menggunakan teks panjang sebagai kunci dan secara teoretis mencapai kerahasiaan sempurna jika kuncinya acak.

Dalam praktiknya, kunci berupa bahasa alami dapat dieksploitasi. Uji IC Friedman dan pemeriksaan Kasiski dapat menentukan panjang kunci sandi polialfabetik, sehingga sandi tersebut dapat diubah menjadi substitusi sederhana yang dapat dipecahkan.