3.2. Биграммные шифры замены

Если при шифровании преобразуется по две буквы открытого текста, то такой шифр называется биграммным шифром замены. Первый биграммный шифр был изобретён аббатом Иоганном Тритемием и опубликован в 1508-м году. Другой биграммный шифр изобретён в 1854 году Чарльзом Витстоном. Лорд Лайон Плейфер (англ. Lyon Playfair) внедрил этот шифр в государственных службах Великобритании, и шифр был назван шифром Плейфера.

Опишем шифр Плейфера. Составляется таблица для английского алфавита (буквы I, J отождествляются), в которую заносятся буквы перемешанного алфавита, например, в виде таблицы, представленной ниже. Часто перемешивание алфавита реализуется с помощью начального слова, в котором отбрасываются повторяющиеся символы. В нашем примере начальное слово playfair. Таблица имеет вид:

Буквы открытого текста разбиваются на пары. Правила шифрования каждой пары состоят в следующем.

• Если буквы пары не лежат в одной строке или в одном столбце таблицы, то они заменяются буквами, образующими с исходными буквами вершины прямоугольника. Первой букве пары соответствует буква таблицы, находящаяся в том же столбце. Пара букв открытого текста we заменяется двумя буквами таблицы hu. Пара букв открытого текста ew заменяется двумя буквами таблицы uh.
• Если буквы пары открытого текста расположены в одной строке таблицы, то каждая буква заменяется соседней справа буквой таблицы. Например, пара gk заменяется двумя буквами hm. Если одна из этих букв – крайняя правая в таблице, то её «правым соседом» считается крайняя левая в этой строке. Так, пара to заменяется буквами nq.
• Если буквы пары лежат в одном столбце, то каждая буква заменяется соседней буквой снизу. Например, пара lo заменяется парой rv. Если одна из этих букв крайняя нижняя, то её «нижним соседом» считается крайняя верхняя буква в этом столбце таблицы. Например, пара kx заменяется буквами sy.
• Если буквы в паре одинаковые, то между ними вставляется определённая буква, называемая «буквой-пустышкой». После этого разбиение на пары производится заново.

Пример. Используем шифр Плейфера и зашифруем сообщение "Wheatstone was the inventor". Исходное сообщение, разбитое на биграммы, показано в первой строке таблицы. Результат шифрования, также разбитый на биграммы, приведён во второй строке.

Шифр Плейфера не является криптографически стойким. Несложно найти ключ, если известны пара открытого текста и соответствующего ему шифртекста. Если известен только шифртекст, криптоаналитик может проанализировать соответствие между частотой появления биграмм в шифртексте и известной частотой появления биграмм в языке, на котором написано сообщение. Такой частотный анализ помогает дешифрованию.