Vernam-Vigenère暗号

Vernam-Vigenère暗号、データ暗号化に使用される置換暗号のタイプ。ヴァーナムヴィジェーヌ暗号は、1918年にアメリカの電信電話会社(AT&T)のエンジニアであるギルバートS.ヴァーナムによって考案されました。暗号学者ブレーズ・ド・ビジェナー。

バーナムの仕事の時点で、AT&Tのテレプリンターシステムを介して送信されるすべてのメッセージは、マークとスペースの組み合わせが文字、数字、またはその他の記号を表すバイナリコードであるボードットコードでエンコードされていました。バーナムは、メッセージのシンボル間の冗長性によって削減されたのと同じレートで等価を導入し、それによって暗号解読攻撃から通信を保護する手段を提案しました。彼は、異なるVigenèreシステムの復号化の以前の方法が依存していた周期性(および周波数情報とシンボル間相関)が、ランダムな一連のマークとスペース(実​​行中のキー)がメッセージストリーム暗号またはストリーミング暗号と呼ばれるものを生成するための暗号化。

ただし、バーナムのシステムには重大な弱点が1つありました。メッセージシンボルごとに1つのキーシンボルが必要でした。つまり、コミュニカントは事前に実用的でない大きなキーを交換する必要がありました。つまり、最終的に送信するメッセージと同じ大きさのキーを安全に交換する必要がありました。キー自体はパンチ記号の付いた紙テープで構成されており、テレタイプライターのキーボードで記号を入力して暗号化して送信すると、自動的に読み取られます。この操作は、受信テレタイプライターで紙テープのコピーを使用して逆に実行され、暗号を解読しました。バーナムは当初、短いランダムキーは何度も安全に再利用できると信じていたため、そのような大きなキーを配信する努力は正当化されましたが、キーの再利用は、フリードリッヒW.19世紀のドイツ陸軍将校であり、暗号解読者であり、Vigenèreシステムを使用して生成された暗号文の解読に成功しました。バーナムは代替ソリューションを提供しました:2つの短いキーテープを組み合わせることによって生成されたキーmnの 2進数、またはビット。ここで、mnは1以外の共通因子を共有しません(比較的素数です)。そのように計算されたビットストリームは、m nまで繰り返されませんキーのビットが生成されました。このバージョンのバーナム暗号システムは、陸軍信号兵隊のジョセフO.モーボルニ少佐が第一次世界大戦中に2つ以上の短いテープを線形に組み合わせることによって生成されたキーから構築された暗号を解読できることを証明するまで、米国陸軍によって採用および採用されました実行鍵暗号の暗号化に使用される種類の方法。 Mauborgneの研究により、繰り返しの単一鍵も2テープのVernam-Vigenère暗号システムも暗号化されていないことがわかりました。現代の暗号学にはるかに大きな影響を及ぼし、実際にはその土台となっているアイデアは、モーボルニュとウィリアムF.フリードマン(1935〜36年に日本の暗号システムを解読した米国陸軍の暗号学者)によって、唯一のタイプの暗号システムであると結論付けられました。これは無条件に安全であり、ランダムなワンタイムキーを使用します。しかし、これの証拠は、ほぼ30年後に、現代の情報理論の父である別のAT&T研究者、クロードシャノンによって提供されました。

ストリーミング暗号では、キーは一貫性がありません。つまり、暗号分析者が連続する各キーシンボルについて持っている不確実性は、メッセージシンボルの平均情報コンテンツ以上でなければなりません。図の点線の曲線は、この記事のドラフトテキストがランダムなワンタイムキーで暗号化されると、生の出現頻度パターンが失われることを示しています。ダイグラフまたはトリグラフの頻度が十分に長い暗号文に対してプロットされた場合も同じことが当てはまります。言い換えると、システムは無条件に安全であり、暗号解読者が適切な解読技術を見つけられなかったためではなく、鍵または平文メッセージの解決できない数の選択肢に直面しているためです。

平文とその反復鍵Vigenère暗号の頻度分布最も頻繁な平文の文字には100の値が割り当てられ、残りの平文と暗号文の文字には、出現頻度に応じて0〜100の値が与えられます。したがって、最も頻度の高い文字(横軸の1)の値は100ですが、次に頻度の高い文字(2)の値は約78になります。 Vigenère暗号文は、完全に平坦なランダムポリアルファベット暗号ほど顕著ではありませんが、非常に読みづらい分布です。