آشنایی با تاریخچه سیستم رمزنگاری ویجنر

روش رمزنگاری ویجنر یکی از شیوه‌های رمزنگاری متون در گذشته است. این سیستم رمزنگاری به کمک رمزهای سزار طراحی شده بود. با وجود این که درک و پیاده سازی این سیستم رمزنگاری بسیار ساده است، اما تلاش‌های انجام شده جهت شکستن آن سه قرن به طول انجامید که نشانگر ساختار غیرقابل حدس آن است. بسیاری از افراد تلاش کردند این طرح رمزنگاری را اجرا کنند. فریدریش کاسکی اولین کسی بود که در سال 1863 روش عمومی برای رمزگشایی رمزهای ویجنر را منتشر کرد.

رمزنگاری ویجنر

این سیستم رمزنگاری در اصل توسط Giovan Battista Bellaso در سال 1553 در کتاب la cifra del sig ارائه شد. اما طرح وی ناموفق بود؛ بعدها در قرن پانزدهم (1523-1596) به Blaise de Vigenère نسبت داده شد، بنابراین به این نام شناخته شد.

نخستین شرح مستند از یک رمز الفبایی، توسط لئون باتیستا آلبرتی در سال 1467 تنظیم شده که در آن از دیسک رمزنگاری فلزی برای سوئیچ بین حروف رمز استفاده می‌شد. سیستم آلبرتی تنها با جابجایی چند حرف در متن آن را رمزگذاری می‌کرد.

سال‌ها پس از آن یوهانس تریمیتوس در یکی از آثار خود به نام Polygraphiae، جدول recta که یکی از اجزای حیاتی رمز Vigenère به شمار می‌رود را طراحی کرد. با این حال رمزنگاری Trithemius یک سیستم انعطاف‌پذیر و قابل پیش‌بینی برای تغییر متن پیام به متن رمزنگاری شده را فراهم کرد.

بطور کلی سیستم رمزنگاری که با نام ویجنر شناخته شده بود، توسط Giovan Battista Bellaso در سال 1553 در کتاب la cifra del sig توصیف شد. کتاب او بر اساس جدول Trithemius نوشته شده بود، با این تفاوت که او کلمه کلیدی را به این جدول اضافه کرد. با وجود این که Alberti و Trithemius از الگوی ثابتی پیروی می‌کردند، طرح Bellaso بیانگر این است که الگوی جایگزینی به سادگی با انتخاب یک کلمه کلیدی تغییر می‌کند.

کلمات کلیدی، کلمه یا عبارت کوتاهی است که بین گروه فرستنده و گیرنده پیام توافق شده بود و بوسیله همین عبارت رمزنگاری و رمزگشایی می‌شد. در صورت لو رفتن کلمه کلیدی، دو گروه با توافق مجدد آن را تغییر می دادند. از این جهت سیستم رمزنگاری Bellaso امن‌تر بود. Bellaso در سال 1586 سیستم رمزنگاری به نام” Auto key “را به دادگاه هنر فرانسه ارائه کرد. سیستم Auto key مشابه اما قوی تر از سیستم رمزنگاری قبلی عمل می‌کرد.

جدول recta جدولی مربعی(27×27) که بر اساس جدول Trithemius نوشته شده که ساختار آن با یک خانه پایه خالی درتقاطع سطر و ستون اول شکل می گیرد. هر ستون یا ردیف در این جدول بر اساس شماره ردیف یا سطر مشخص کننده کاراکتر آغازین می باشد. به این صورت که سطر اول با کاراکتر A شروع شده و سطر دوم با کاراکتر B و به همین ترتیب و در انتها هنگامی که به کاراکتر Z که کاراکتر پایانی می باشد مجددا کاراکترها از ابتدا قرار میگیرد این روند برای تنها26 کاراکتر قابل اجرا است. به این معنا که سطر اول که باحرف A شروع می شود به کاراکتر Z منتهی می شود ولی سطر چهارم که باحرف D آغاز می شودبه حرف C ختم می شود.

رمز Vigenere به سبب قدرت منحصر بفرد خود به شهرت رسید. در سال 1917دانشمندان آمریکایی رمز Vigenere را به عنوان رمزی غیر قابل تحلیل توصیف کردند که سزاوار این شهرت نیست. Charles Babbage از این جهت که موفق به شکستن چندین رمز تا اوایل سال 1854شده است شهرت یافت ، اما در انتشار راه حل کلی برای آن با شکست مواجه شد. Kasiski به طور کامل کد رمز را شکست و تکنیک آن را در قرن نوزدهم منتشر کرد،اما پیش از این در قرن 16 برخی افراد بوسیله
رمزگشایی های ماهرانه نیر موفق به شکستن این رمز شده بودند.

رمز Vigenere آنقدر ساده است و نقطه عطف آن استفاده از صفحه های رمزنگاری می‌باشد.
دیسک رمزنگاری ابزاری برای رمزنگاری و رمزگشایی که در 1470 توسط معمار ایتالیایی ساخته شد و توسط لئون باتیستا آلبرتی توسعه یافت.

این دیسک که به نام صفحه رمزنگاری آلبرتی نامگذاری شده است شامل دو دایره است که از مرکز روی یکدیگر قرارگرفته اند، دایره بزرگتر ثابت و دایره‌ی کوچکتر که روی دایره بزرگتر قرار می گیرد که قابل چرخش است است.اولین صفحه دیسک از جنس مس بوده است که حروف الفبا به ترتیب روی لبه آن نوشته شده بود.به این ترتیب که دایره را به 26 قسمت مساوی، با ترسیم 13 قطر دایره تقسیم میکردند. و حروف را درون خانه های ایجاد شده در لبه دایره می نوشتند. این صفحه دیسک کمک می‌کرد که به جای جدولی پیچید از این ابزار ساده استفاده کرد.

شرح سیستم رمزنگاری در یک رمز سزار، هر حرف الفبا به اندازه سه کاراکتر از مکان ها فعلی خود حرکت می کند. به عنوان مثال، در رمزنگاری با تغییر حرکت 3 که درواقع مقدار پیش فرض رمزنگاری سزار است، A تبدیل به D شده، B تبدیل به E شده، Y تبدیل به B می‌شود و … . رمز Vigenere دارای چندین رمز سزار در توالی با تغییرات مختلف است.

در رمزنگاری و رمزگشایی Vigenere از جدول حروف الفبایی به نام جدول recta و یا Vigenere استفاده می شود.

برای رمزنگاری پیام، باید متن آن را به صورت پیوسته و بدون فاصله نوشته و در خط بعد حروف کلمه کلیدی را به ترتیب و پشت سر هم زیر همین متن تکرار کرد. برای دستیابی به متن رمز شده حروف کلمه کلیدی را در ردیف‌های جدول و حروف پیام را در ستون های جدول می یابیم، از کنار هم قراردادن حروف موجود در تقاطع سطر و ستون، متن پیام رمز مشخص می‌شود. به طور مثال برای کلمه کلیدی (LEMON) به شکل زیر است.

متن پیام: ATTACKATDAWNTOTHEM

کلمه کلیدی: LEMONLEMONLEMONLEM

متن رمز شده: LXFOPVEFRNHRFCGSIY