Sifir Playfair

Sifir penggantian ringkas seperti Caesar menyulitkan satu huruf pada satu-satu masa, lalu menjadikannya terdedah kepada analisis kekerapan. Huruf bahasa Inggeris mempunyai kekerapan yang boleh dijangka: E paling kerap muncul, diikuti T, A, O dan seterusnya.

Sifir Playfair menyulitkan pasangan huruf (digraf), bukannya huruf tunggal. Hal ini meningkatkan dengan banyak bilangan bigraf yang mungkin dan meratakan taburan kekerapan.

Sifir Playfair menggunakan grid huruf 5x5 yang dipanggil petak kunci. Grid ini mengandungi semua 26 huruf abjad, dengan I dan J digabungkan dalam satu sel (kerana hanya terdapat 25 sel).

Untuk mencipta petak kunci, tulis kata kunci dahulu (dengan membuang pendua), kemudian isikan huruf abjad yang selebihnya mengikut urutan. Kata kunci menentukan keseluruhan susunan.

Untuk kata kunci "MONARCHY", buang pendua: M-O-N-A-R-C-H-Y. Isikan grid 5x5 mengikut baris: MONAR / CHYBE / DFGIK / LPQST / UVWXZ.

Huruf yang selebihnya B, D, E, F, G, I, K, L, P, Q, S, T, U, V, W, X, Z dimasukkan mengikut urutan selepas huruf kata kunci, dengan I/J berkongsi satu sel.

Sebelum penyulitan, teks biasa dipecahkan kepada digraf (pasangan huruf). Jika satu pasangan mengandungi huruf yang sama, sisipkan X di antara kedua-duanya. Contohnya, "BALLOON" menjadi "BA LX LO ON".

Jika mesej mempunyai bilangan huruf ganjil, tambahkan X pada penghujungnya. Pemprosesan awal ini memastikan peraturan Playfair sentiasa boleh digunakan dengan lancar.

Jika kedua-dua huruf dalam satu pasangan berada pada baris yang sama dalam petak kunci, gantikan setiap huruf dengan huruf di sebelah kanannya (kembali ke awal baris apabila sampai ke penghujung).

Contohnya, dalam matriks MONARCHY, jika "AR" disulitkan, kedua-duanya berada pada baris 1. A menjadi R, manakala R menjadi C. Pasangan teks sifir ialah "RC".

Jika kedua-dua huruf dalam satu pasangan berada pada lajur yang sama, gantikan setiap huruf dengan huruf tepat di bawahnya (kembali dari bawah ke atas lajur).

Peraturan ini berfungsi secara simetri: jika "MB" berada pada lajur yang sama, M akan digantikan dengan huruf di bawahnya dalam lajur itu. Lajur kembali ke awal sama seperti baris.

Jika kedua-dua huruf membentuk segi empat tepat dalam petak kunci, gantikan setiap huruf dengan huruf pada baris yang sama tetapi di bucu segi empat tepat yang satu lagi.

Ini ialah keadaan yang paling biasa. Jika menyulitkan "MU", cari M dan U dalam grid. M berada pada baris 1 lajur 1, manakala U berada pada baris 5 lajur 1. Kedua-duanya membentuk segi empat tepat. M digantikan dengan huruf pada baris 1 di lajur U, dan U digantikan dengan huruf pada baris 5 di lajur M.

Untuk menyulitkan "HIDE THE GOLD": buang ruang dan sediakan digraf: HI DE TH EG OL DX. Gunakan peraturan yang sesuai (baris yang sama, lajur yang sama atau segi empat tepat) pada setiap pasangan menggunakan petak kunci.

Setiap pasangan disulitkan secara berasingan. Hasilnya ialah siri teks sifir digraf yang mesti dinyahkod menggunakan petak kunci yang sama untuk mendapatkan semula teks biasa.

Walaupun lebih kukuh daripada penggantian ringkas, Playfair masih terdedah kepada kriptanalisis. Analisis kekerapan digraf boleh dilakukan: dalam bahasa Inggeris, "TH", "HE", "IN" dan "ER" ialah bigraf yang paling kerap muncul.

Penyerang yang memiliki teks sifir yang mencukupi boleh membina jadual kekerapan digraf yang disulitkan dan membandingkannya dengan kekerapan digraf bahasa Inggeris yang dijangka untuk meneka petak kunci.

Sifir Playfair dicipta oleh Charles Wheatstone pada tahun 1854 tetapi dipopularkan oleh Baron Playfair, lalu mendapat namanya. Tentera British menggunakannya secara meluas dalam Perang Dunia I untuk komunikasi medan.

Sifir ini dipilih kerana cukup mudah digunakan tanpa peralatan mekanikal, namun cukup kukuh untuk melindungi komunikasi taktikal. Angkatan Australia turut menggunakannya dalam Perang Dunia II, ketika sifir ini dipecahkan oleh kriptanalisis Jepun.

Penyahsulitan dalam Playfair menggunakan petak kunci yang sama dan tiga peraturan yang sama, tetapi secara terbalik. Untuk pasangan pada baris yang sama, alihkan ke kiri dan bukannya ke kanan. Untuk pasangan pada lajur yang sama, alihkan ke atas dan bukannya ke bawah. Untuk pasangan segi empat tepat, peraturannya sama seperti penyulitan.

Selepas penyahsulitan, huruf pengisi X mesti dibuang: huruf berganda yang dipisahkan oleh X digabungkan, dan X pada penghujung dibuang. Langkah pembinaan semula ini diperlukan untuk mendapatkan semula mesej asal.

Playfair menyulitkan digraf menggunakan petak kunci 5x5 yang diterbitkan daripada kata kunci. Tiga peraturannya mengendalikan keadaan baris yang sama, lajur yang sama dan segi empat tepat. Sifir ini jauh lebih kukuh daripada penggantian ringkas kerana kekerapan digraf lebih sukar dieksploitasi.

Walaupun pintar, Playfair telah dipecahkan oleh kriptanalisis pada zaman WWI. Sifir ini kekal sebagai langkah penting dalam perkembangan daripada penyulitan ringkas kepada penyulitan polialfabetik dan akhirnya penyulitan moden.