Il cifrario Playfair

I semplici cifrari a sostituzione, come il cifrario di Cesare, cifrano una lettera alla volta e sono quindi vulnerabili all'analisi delle frequenze. Le lettere dell'alfabeto inglese presentano frequenze prevedibili: la E è la più comune, seguita da T, A, O e così via.

Il cifrario Playfair cifra coppie di lettere (digrammi) anziché singole lettere. Questo aumenta notevolmente il numero di bigrammi possibili e rende la distribuzione delle frequenze più uniforme.

Il cifrario Playfair utilizza una griglia 5x5 di lettere chiamata quadrato della chiave. Contiene tutte le 26 lettere dell'alfabeto, con I e J combinate in un'unica cella (poiché le celle sono solo 25).

Per creare il quadrato della chiave, si scrive prima la parola chiave (rimuovendo i duplicati), quindi si inseriscono in ordine le lettere dell'alfabeto rimanenti. La parola chiave determina l'intera disposizione.

Per la parola chiave "MONARCHY", si rimuovono i duplicati: M-O-N-A-R-C-H-Y. Si compila la griglia 5x5 riga per riga: MONAR / CHYBE / DFGIK / LPQST / UVWXZ.

Le lettere rimanenti B, D, E, F, G, I, K, L, P, Q, S, T, U, V, W, X, Z vengono inserite in ordine dopo le lettere della parola chiave, con I/J che condividono una cella.

Prima della cifratura, il testo in chiaro viene diviso in digrammi (coppie di lettere). Se una coppia contiene la stessa lettera, si inserisce una X tra le due lettere. Ad esempio, "BALLOON" diventa "BA LX LO ON".

Se il messaggio contiene un numero dispari di lettere, si aggiunge una X alla fine. Questa preparazione garantisce che le regole di Playfair possano essere sempre applicate correttamente.

Se entrambe le lettere di una coppia si trovano nella stessa riga del quadrato della chiave, si sostituisce ciascuna con la lettera immediatamente a destra, tornando all'inizio della riga quando si raggiunge la fine.

Ad esempio, nella matrice MONARCHY, cifrando "AR", entrambe si trovano nella riga 1. A diventa R, R diventa C. La coppia del testo cifrato è "RC".

Se entrambe le lettere di una coppia si trovano nella stessa colonna, si sostituisce ciascuna con la lettera immediatamente sottostante, tornando dall'ultima posizione alla prima della colonna.

Questa regola funziona simmetricamente: se "MB" si trovasse nella stessa colonna, M verrebbe sostituita dalla lettera sottostante in quella colonna. Le colonne tornano all'inizio proprio come le righe.

Se le due lettere formano un rettangolo nel quadrato della chiave, ciascuna viene sostituita dalla lettera che si trova nella stessa riga, ma nell'altro vertice del rettangolo.

Questo è il caso più comune. Cifrando "MU", si individuano M e U nella griglia. M si trova nella riga 1, colonna 1, mentre U si trova nella riga 5, colonna 1. Formano un rettangolo. M viene sostituita dalla lettera nella riga 1 della colonna di U, mentre U viene sostituita dalla lettera nella riga 5 della colonna di M.

Per cifrare "HIDE THE GOLD", si rimuovono gli spazi e si preparano i digrammi: HI DE TH EG OL DX. Si applica la regola appropriata (stessa riga, stessa colonna o rettangolo) a ogni coppia utilizzando il quadrato della chiave.

Ogni coppia viene cifrata indipendentemente. Il risultato è una serie di digrammi del testo cifrato che devono essere decodificati con lo stesso quadrato della chiave per recuperare il testo in chiaro.

Sebbene sia più robusto della semplice sostituzione, Playfair è ancora vulnerabile alla crittoanalisi. È possibile analizzare la frequenza dei digrammi: in inglese, "TH", "HE", "IN" ed "ER" sono i bigrammi più comuni.

Un attaccante che disponga di una quantità sufficiente di testo cifrato può creare una tabella delle frequenze dei digrammi cifrati e confrontarla con le frequenze attese dei digrammi inglesi per dedurre il quadrato della chiave.

Il cifrario Playfair fu inventato da Charles Wheatstone nel 1854, ma fu promosso dal barone Playfair, da cui prende il nome. L'esercito britannico lo utilizzò ampiamente nella Prima guerra mondiale per le comunicazioni sul campo.

Era preferito perché era abbastanza semplice da utilizzare senza apparecchiature meccaniche, ma sufficientemente robusto da proteggere le comunicazioni tattiche. Le forze australiane lo utilizzarono anche nella Seconda guerra mondiale, quando fu violato dai crittoanalisti giapponesi.

La decifratura con Playfair utilizza lo stesso quadrato della chiave e le stesse tre regole, ma invertite. Per le coppie nella stessa riga, si scorre verso sinistra anziché verso destra. Per le coppie nella stessa colonna, si scorre verso l'alto anziché verso il basso. Per le coppie che formano un rettangolo, la regola è identica a quella della cifratura.

Dopo la decifratura, è necessario rimuovere le lettere X di riempimento: le lettere doppie separate da una X vengono riunite e la X finale viene eliminata. Questo passaggio di ricostruzione è necessario per recuperare il messaggio originale.

Verifichi la propria comprensione delle regole del cifrario Playfair.

Playfair cifra i digrammi utilizzando un quadrato della chiave 5x5 derivato da una parola chiave. Le sue tre regole gestiscono i casi di stessa riga, stessa colonna e rettangolo. È molto più robusto della semplice sostituzione, perché le frequenze dei digrammi sono molto più difficili da sfruttare.

Nonostante la sua ingegnosità, Playfair fu violato dai crittoanalisti dell'epoca della Prima guerra mondiale. Rimane un passaggio importante nell'evoluzione dalla sostituzione semplice ai cifrari polialfabetici e, infine, alla cifratura moderna.