Playfair Şifresi

Caesar gibi basit ikame şifreleri tek seferde bir harfi şifreler; bu da onları frekans analizine karşı savunmasız bırakır. İngilizcedeki harflerin sıklıkları tahmin edilebilirdir: En sık kullanılan harf E'dir; onu T, A, O ve diğerleri izler.

Playfair şifresi tek harfler yerine harf çiftlerini (ikili harf gruplarını) şifreler. Bu, olası ikili harf dizilerinin sayısını büyük ölçüde artırır ve frekans dağılımını düzleştirir.

Playfair şifresi, anahtar karesi adı verilen 5x5 harf ızgarasını kullanır. Yalnızca 25 hücre bulunduğundan, I ve J tek bir hücrede birleştirilmiş olarak alfabenin 26 harfinin tümünü içerir.

Anahtar karesini oluşturmak için önce anahtar sözcüğünü yazın (yinelenen harfleri kaldırarak), ardından kalan alfabe harflerini sırayla yerleştirin. Anahtar sözcüğü, düzenlemenin tamamını belirler.

"MONARCHY" anahtar sözcüğü için yinelenen harfleri kaldırın: M-O-N-A-R-C-H-Y. 5x5 ızgarayı satır satır doldurun: MONAR / CHYBE / DFGIK / LPQST / UVWXZ.

Kalan B, D, E, F, G, I, K, L, P, Q, S, T, U, V, W, X, Z harfleri, I/J aynı hücreyi paylaşacak şekilde anahtar sözcüğündeki harflerden sonra sırayla yerleştirilir.

Şifrelemeden önce açık metin, ikili harf gruplarına (harf çiftlerine) ayrılır. Bir çift aynı harfi içeriyorsa aralarına bir X eklenir. Örneğin, "BALLOON" ifadesi "BA LX LO ON" olur.

Mesajda tek sayıda harf varsa sonuna bir X eklenir. Bu ön işleme, Playfair kurallarının her zaman düzgün biçimde uygulanabilmesini sağlar.

Bir çiftteki iki harf de anahtar karesinin aynı satırındaysa her birini hemen sağındaki harfle değiştirin; satırın sonundan başına dönün.

Örneğin MONARCHY matrisinde "AR" şifreleniyorsa ikisi de 1. satırdadır. A, R olur; R, C olur. Şifreli çift "RC" olur.

Bir çiftteki iki harf de aynı sütundaysa her birini hemen altındaki harfle değiştirin; sütunun altından üstüne dönün.

Bu kural simetrik biçimde çalışır: "MB" aynı sütunda olsaydı M, o sütunda kendisinin altında bulunan harfle değiştirilirdi. Sütunlar da tıpkı satırlar gibi başa döner.

İki harf anahtar karesinde bir dikdörtgen oluşturuyorsa her harf, aynı satırdaki dikdörtgenin diğer köşesinde bulunan harfle değiştirilir.

En yaygın durum budur. "MU" şifreleniyorsa ızgarada M ve U'yu bulun. M, 1. satır 1. sütundadır; U ise 5. satır 1. sütundadır. Bir dikdörtgen oluştururlar. M, U'nun sütununda 1. satırda bulunan harfle; U ise M'nin sütununda 5. satırda bulunan harfle değiştirilir.

"HIDE THE GOLD" ifadesini şifrelemek için boşlukları kaldırıp ikili harf gruplarını hazırlayın: HI DE TH EG OL DX. Anahtar karesini kullanarak her çifte uygun kuralı (aynı satır, aynı sütun veya dikdörtgen) uygulayın.

Her çift bağımsız olarak şifrelenir. Sonuç, açık metni geri elde etmek için aynı anahtar karesiyle çözülmesi gereken bir dizi ikili harf grubundan oluşan şifreli metindir.

Basit ikame şifrelerinden daha güçlü olsa da Playfair yine de kriptanalize karşı savunmasızdır. İkili harf grupları üzerinde frekans analizi yapılabilir: İngilizcede "TH", "HE", "IN" ve "ER" en sık kullanılan ikili harf dizileridir.

Yeterli miktarda şifreli metne sahip bir saldırgan, şifrelenmiş ikili harf gruplarından bir frekans tablosu oluşturabilir ve anahtar karesini çıkarsamak için bunu beklenen İngilizce ikili harf sıklıklarıyla karşılaştırabilir.

Playfair şifresi 1854'te Charles Wheatstone tarafından icat edildi, ancak Baron Playfair tarafından yaygınlaştırıldı; adını da buradan aldı. Britanya Ordusu, Birinci Dünya Savaşı sırasında bu şifreyi saha haberleşmesinde kapsamlı biçimde kullandı.

Mekanik donanım olmadan kullanılabilecek kadar kolay, ancak taktik haberleşmeyi koruyabilecek kadar güçlü olduğu için tercih edildi. Avustralya kuvvetleri de bunu İkinci Dünya Savaşı'nda kullandı; o dönemde şifre Japon kriptanalistler tarafından kırıldı.

Playfair'de şifre çözme, aynı anahtar karesini ve aynı üç kuralı kullanır, ancak kurallar ters yönde uygulanır. Aynı satırdaki çiftlerde sağa gitmek yerine sola gidin. Aynı sütundaki çiftlerde aşağı gitmek yerine yukarı çıkın. Dikdörtgen çiftlerinde kural şifrelemeyle aynıdır.

Şifre çözme işleminden sonra X dolgu harfleri kaldırılmalıdır: X ile ayrılmış çift harfler birleştirilir ve sondaki X atılır. Özgün mesajı geri elde etmek için bu yeniden oluşturma adımı gereklidir.

Playfair şifresi kurallarını anlayıp anlamadığınızı sınayın.

Playfair, bir anahtar sözcükten türetilen 5x5 anahtar karesini kullanarak ikili harf gruplarını şifreler. Üç kuralı aynı satır, aynı sütun ve dikdörtgen durumlarını ele alır. İkili harf gruplarının sıklıklarından yararlanmak çok daha zor olduğundan basit ikame şifrelerinden önemli ölçüde daha güçlüdür.

Playfair, zekice tasarlanmış olmasına rağmen WWI dönemi kriptanalistleri tarafından kırıldı. Basit şifrelerden çok alfabeli ve sonunda modern şifrelemeye geçişte önemli bir adım olmayı sürdürür.