Шифры замены. Полиалфавитные шифры. Шифр с подстановками Виженера.

Одна из проблем использования произвольной подстановки это длина ключа, т. к. должно быть определено преобразование каждого символа. Это непросто запомнить. В простой системе подобного рода, иногда называемой подстановкой Виженера, используется специальное кодовое слово, чтобы определить несколько первых подстановок, и затем вставляются остальные буквы. Ключ в форме кодового слова легко запомнить, но шифр очень беден, т. к. последние символы алфавита (такие как Э или Я) вряд ли будут вообще зашифрованы (рис.2).

Рис.2. Шифр с подстановками Виженера

Одним из способов преодоления атаки частотного анализа является использование разных алфавитов преобразования, зависящих от позиции символа в сообщении. Система, изобретенная Джироламо Кардано (Girolamo Cardano), упоминается после системы Виженера (хотя на самом деле именно Виженер разработал автоключевую систему. Имя Блэза де Виженера, к сожалению, неправильно связывают с созданием двух шифров, которые он на самом деле не разрабатывал, и наоборот, не связывают с намного более качественным шифром, который действительно он изобрел). Для определения числа подстановок Цезаря, которые впоследствии будут использоваться для кодирования, применяется специальное кодовое слово. Например, пусть этим кодовым словом будет "ШИФР". Оно определяет четыре алфавита (рис.3, а), первый — со сдвигом 25, второй — со сдвигом 9, третий — со сдвигом 22 и четвертый — со сдвигом 18. Пример кодирования показан на рис.3, б.

а)

б)

Рис.3. Полиалфавитный шифр Веженера: а — таблица шифрования; б — пример кодирования

Такие полиалфавитные шифры лучше, чем моноалфавитные, но они все еще уязвимы для нападения, использующего частотный анализ, когда нападающий вычисляет длину повторения кодового слова и может затем выполнить частотный анализ для каждого алфавита индивидуально. В системе Виженера атака даже облегчается, т. к. каждый алфавит является подстановкой Цезаря.