รหัสลับเพลย์แฟร์

รหัสลับแทนที่อย่างง่าย เช่น รหัสซีซาร์ เข้ารหัสทีละตัวอักษร จึงเสี่ยงต่อการวิเคราะห์ความถี่ ตัวอักษรภาษาอังกฤษมีความถี่ที่คาดเดาได้ โดย E พบบ่อยที่สุด ตามด้วย T, A, O และอื่น ๆ

รหัสลับเพลย์แฟร์เข้ารหัสตัวอักษรเป็นคู่ (คู่ตัวอักษร) แทนการเข้ารหัสทีละตัวอักษร วิธีนี้เพิ่มจำนวนคู่ตัวอักษรที่เป็นไปได้อย่างมากและทำให้การวิเคราะห์ความถี่ทำได้ยากขึ้น

รหัสลับเพลย์แฟร์ใช้ตารางตัวอักษรขนาด 5x5 ซึ่งเรียกว่าตารางกุญแจ ตารางนี้มีตัวอักษรครบทั้ง 26 ตัว โดยรวม I และ J ไว้ในช่องเดียวกัน เนื่องจากมีช่องทั้งหมดเพียง 25 ช่อง

ในการสร้างตารางกุญแจ ให้เขียนคำสำคัญก่อนโดยตัดตัวอักษรซ้ำออก จากนั้นเติมตัวอักษรที่เหลือในลำดับของตัวอักษร คำสำคัญจะเป็นตัวกำหนดการจัดเรียงทั้งหมด

สำหรับคำสำคัญ "MONARCHY" ให้ตัดตัวอักษรซ้ำออก: M-O-N-A-R-C-H-Y จากนั้นเติมตารางขนาด 5x5 ทีละแถว: MONAR / CHYBE / DFGIK / LPQST / UVWXZ

ตัวอักษรที่เหลือ B, D, E, F, G, I, K, L, P, Q, S, T, U, V, W, X, Z จะถูกเติมตามลำดับหลังตัวอักษรในคำสำคัญ โดยให้ I/J ใช้ช่องเดียวกัน

ก่อนเข้ารหัส ให้แบ่งข้อความต้นฉบับออกเป็นคู่ตัวอักษร หากคู่ใดมีตัวอักษรซ้ำกัน ให้แทรก X ระหว่างตัวอักษรทั้งสอง ตัวอย่างเช่น "BALLOON" จะกลายเป็น "BA LX LO ON"

หากข้อความมีจำนวนตัวอักษรเป็นเลขคี่ ให้เติม X ต่อท้าย ขั้นตอนเตรียมข้อมูลนี้ทำให้สามารถใช้กฎของรหัสลับเพลย์แฟร์ได้อย่างถูกต้องเสมอ

หากตัวอักษรทั้งสองของคู่หนึ่งอยู่ในแถวเดียวกันของตารางกุญแจ ให้แทนที่แต่ละตัวด้วยตัวอักษรที่อยู่ถัดไปทางขวาทันที โดยวนกลับจากท้ายแถวไปยังต้นแถว

ตัวอย่างเช่น ในเมทริกซ์ MONARCHY หากเข้ารหัส "AR" ตัวอักษรทั้งสองอยู่ในแถวที่ 1 A จะกลายเป็น R และ R จะกลายเป็น C คู่ข้อความเข้ารหัสจึงเป็น "RC"

หากตัวอักษรทั้งสองของคู่อยู่ในคอลัมน์เดียวกัน ให้แทนที่แต่ละตัวด้วยตัวอักษรที่อยู่ด้านล่างทันที โดยวนกลับจากด้านล่างไปด้านบนของคอลัมน์

กฎนี้ทำงานแบบสมมาตร หาก "MB" อยู่ในคอลัมน์เดียวกัน M จะถูกแทนที่ด้วยตัวอักษรที่อยู่ด้านล่างในคอลัมน์นั้น คอลัมน์จะวนกลับเช่นเดียวกับแถว

หากตัวอักษรทั้งสองสร้างเป็นมุมของสี่เหลี่ยมผืนผ้าในตารางกุญแจ ให้แทนที่แต่ละตัวด้วยตัวอักษรในแถวเดียวกันที่อยู่ตรงมุมอีกด้านของสี่เหลี่ยมผืนผ้า

กรณีนี้เกิดขึ้นบ่อยที่สุด หากเข้ารหัส "MU" ให้ค้นหา M และ U ในตาราง M อยู่ที่แถว 1 คอลัมน์ 1 ส่วน U อยู่ที่แถว 5 คอลัมน์ 1 ทั้งสองตัวจึงสร้างเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า M จะถูกแทนที่ด้วยตัวอักษรที่อยู่ในแถว 1 และคอลัมน์ของ U ส่วน U จะถูกแทนที่ด้วยตัวอักษรที่อยู่ในแถว 5 และคอลัมน์ของ M

ในการเข้ารหัส "HIDE THE GOLD" ให้ตัดช่องว่างออกและเตรียมคู่ตัวอักษร: HI DE TH EG OL DX จากนั้นใช้กฎที่เหมาะสม (แถวเดียวกัน คอลัมน์เดียวกัน หรือสี่เหลี่ยมผืนผ้า) กับแต่ละคู่โดยใช้ตารางกุญแจ

แต่ละคู่จะถูกเข้ารหัสแยกจากกัน ผลลัพธ์คือชุดของข้อความเข้ารหัสแบบคู่ตัวอักษร ซึ่งต้องถอดรหัสด้วยตารางกุญแจเดียวกันเพื่อกู้คืนข้อความต้นฉบับ

แม้จะแข็งแกร่งกว่าการแทนที่อย่างง่าย แต่เพลย์แฟร์ก็ยังเสี่ยงต่อการวิเคราะห์รหัสลับ สามารถวิเคราะห์ความถี่ของคู่ตัวอักษรได้ โดยในภาษาอังกฤษ "TH", "HE", "IN" และ "ER" เป็นคู่ตัวอักษรที่พบบ่อยที่สุด

ผู้โจมตีที่มีข้อความเข้ารหัสมากเพียงพอสามารถสร้างตารางความถี่ของคู่ตัวอักษรที่เข้ารหัส แล้วเปรียบเทียบกับความถี่ของคู่ตัวอักษรภาษาอังกฤษที่คาดไว้ เพื่ออนุมานตารางกุญแจ

รหัสลับเพลย์แฟร์คิดค้นโดยชาร์ลส์ วีตสโตนในปี 1854 แต่ได้รับการผลักดันโดยบารอน เพลย์แฟร์ จึงเป็นที่มาของชื่อรหัสลับนี้ กองทัพอังกฤษใช้รหัสนี้อย่างกว้างขวางในสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเพื่อการสื่อสารภาคสนาม

รหัสนี้ได้รับความนิยมเพราะใช้งานได้ง่ายโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์กลไก แต่ก็แข็งแกร่งพอที่จะปกป้องการสื่อสารทางยุทธวิธี กองกำลังออสเตรเลียยังใช้รหัสนี้ในสงครามโลกครั้งที่สอง ซึ่งต่อมานักวิเคราะห์รหัสลับชาวญี่ปุ่นสามารถถอดรหัสได้

การถอดรหัสด้วยเพลย์แฟร์ใช้ตารางกุญแจเดียวกันและกฎสามข้อเดียวกัน แต่ใช้ในทิศทางตรงกันข้าม สำหรับคู่ที่อยู่ในแถวเดียวกัน ให้เลื่อนไปทางซ้ายแทนทางขวา สำหรับคู่ที่อยู่ในคอลัมน์เดียวกัน ให้เลื่อนขึ้นแทนลง ส่วนคู่ที่เป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าใช้กฎเดียวกับการเข้ารหัส

หลังถอดรหัสแล้ว ต้องลบตัวอักษร X ที่เติมไว้ โดยรวมตัวอักษรซ้ำที่มี X คั่นกลางเข้าด้วยกัน และลบ X ที่อยู่ท้ายข้อความ ขั้นตอนการประกอบข้อความกลับนี้จำเป็นต่อการกู้คืนข้อความเดิม

ทดสอบความเข้าใจของคุณเกี่ยวกับกฎของรหัสลับเพลย์แฟร์

เพลย์แฟร์เข้ารหัสคู่ตัวอักษรโดยใช้ตารางกุญแจขนาด 5x5 ที่สร้างจากคำสำคัญ กฎสามข้อของรหัสนี้จัดการกรณีแถวเดียวกัน คอลัมน์เดียวกัน และสี่เหลี่ยมผืนผ้า รหัสนี้แข็งแกร่งกว่าการแทนที่อย่างง่ายอย่างมาก เพราะความถี่ของคู่ตัวอักษรนำไปใช้โจมตีได้ยากกว่ามาก

แม้จะมีแนวคิดอันชาญฉลาด แต่เพลย์แฟร์ก็ถูกนักวิเคราะห์รหัสลับในยุค WWI ถอดรหัสได้ รหัสนี้ยังคงเป็นก้าวสำคัญในวิวัฒนาการจากการแทนที่อย่างง่ายไปสู่รหัสลับแบบหลายตัวอักษร และท้ายที่สุดไปสู่การเข้ารหัสสมัยใหม่