Klasik şifre

Kriptografide klasik şifre (İngilizce: classical cipher), tarihsel olarak kullanılmış ancak çoğunlukla kullanımdan kalkmış bir şifre türüdür. Modern kriptografik algoritmaların aksine, klasik şifrelerin çoğu pratik olarak hesaplanabilir ve elle çözülebilir. Bununla birlikte, modern teknoloji ile kırılmaları da genellikle çok basittir. Bu terim Yunan ve Roma dönemlerinden beri kullanılan basit sistemleri, ayrıntılı Rönesans şifrelerini, Enigma makinesi gibi II. Dünya Savaşı kriptografisini ve sonrasını içerir.

Buna karşılık, modern güçlü kriptografi 1970'lerden bu yana geliştirilen yeni algoritmalara ve bilgisayarlara dayanır.

Klasik şifrelerin türleri

Klasik şifreler genellikle yer değiştirme (transpozisyon) şifreleri ve yerine koyma (ikame) şifreleri olarak ikiye ayrılır, ancak gizleme şifresi de vardır.

Yerine koyma (ikame) şifreleri

Bir ikame şifresinde, harfler veya harf grupları mesaj boyunca sistematik olarak başka harfler, harf grupları veya sembollerle değiştirilir.

İkame şifresinin iyi bilinen bir örneği Sezar şifrelemesidir. Sezar şifresiyle bir mesajı şifrelemek için, mesajın her harfi alfabede üç pozisyon sonraki harfle değiştirilir. Dolayısıyla, A'nın yerine D, B'nin yerine E, C'nin yerine F vb. yazılır. Son olarak, X, Y ve Z sırasıyla A, B ve C ile değiştirilir. Böylece, örneğin, "WIKIPEDIA", "ZLNLSHGLD" olarak şifrelenir. Sezar alfabeyi üç harf döndürmüştür, ancak herhangi bir sayı da işe yarar.

Bir başka ikame şifreleme yöntemi de anahtar kelimeye dayanır. Kodlayıcının daha sonra şifre alfabesinin başlangıcı olarak kullandığı bir kelime veya ifadeden tüm boşluklar ve tekrarlanan harfler çıkarılır. Şifre alfabesinin sonu, anahtar kelimedeki harfler tekrarlanmadan alfabenin geri kalanının sıralanmasıdır. Örneğin, anahtar kelime CIPHER ise, şifre alfabesi aşağıdaki gibi görünecektir:

normal alfabe	a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
şifre alfabesi	c i p h e r a b d f g j k l m n o q s t u v w x y z

Önceki örneklerin hepsi sadece bir şifre alfabesinin kullanıldığı monoalfabetik ikame şifrelerine örnekti. Birden fazla şifre alfabesinin kullanıldığı polialfabetik ikame şifresi de mümkündür. Kodlayıcı seçtiği teknikleri kullanarak iki ya da daha fazla şifre alfabesi oluşturur ve ardından her harf ya da kelimede hangi şifre alfabesinin kullanıldığını değiştirerek mesajını kodlar. Bu, mesajın çözülmesini çok daha zor hale getirir çünkü şifre kırıcı her iki şifre alfabesini de çözmek zorunda kalacaktır.

Çözülmesi çok daha zor olan bir başka polifabetik ikame şifresi örneği de yenilikçi bir kodlama yöntemi olan Vigenère karesidir. Kare ile metni şifrelemek için kullanılan 26 farklı şifre alfabesi vardır. Her bir şifre alfabesi orijinal alfabenin sağa doğru bir Sezar kaydırmasından ibarettir. Bir Vigenère karesi böyle görünür:

                A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
                B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A
                C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B
                D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
                E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D
                F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E
                G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F
                H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G
                I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H
                J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I
                K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J
                L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K
                M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L
                N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M
                O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N
                P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O
                Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P
                R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q
                S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R
                T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S
                U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T
                V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U
                W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V
                X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W
                Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X
                Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y

Bir mesajı şifrelemek amacıyla Vigenère karesini kullanmak için, bir kodlayıcı önce kullanmak için bir anahtar kelime seçer ve ardından kodlanacak mesajla aynı uzunlukta olana kadar tekrar eder. Anahtar kelime LEMON ise, tekrarlanan anahtar kelimenin her harfi, kodlanacak mesajın her harfi için hangi şifrenin (hangi satırın) kullanılacağını söyleyecektir. İkinci satırdaki şifre alfabesi A için B, B için C vs. kullanır. Yani şifre alfabesi 'B'dir. Her şifre alfabesi, içindeki ilk harfle adlandırılır. Örneğin, anahtar kelime LEMON ve kodlanacak mesaj ATTACKATDAWN ise, kodlama şöyledir:

Düz metin	ATTACKATDAWN
Anahtar	LEMONLEMONLE
Şifreli metin	LXFOPVEFRNHR

Bazı ikame şifreleri harfler yerine sayıların kullanılmasını içerir. Bunun bir örneği, heceleri temsil etmek için sayıların kullanıldığı Büyük Şifre'dir. Ayrıca, bir anahtar kelimeye dayalı olarak bir harf için dört farklı sayı çifti seçeneğine sahip olmayı içeren başka bir sayı ikame şifresi^[hangileri?] de vardır.

Sayılar yerine, harflerin veya hecelerin yerine semboller de kullanılabilir. Bunun bir örneği, zodyak işaretlerinin farklı harfleri temsil etmek için kullanıldığı Zodyak alfabesidir; örneğin, güneş sembolleri A, Jüpiter B ve Satürn C'yi temsil eder. Noktalar, çizgiler veya çizgiler de kullanılabilir; bunun bir örneği, bir şifre olmayan, ancak yine de harf olarak nokta ve çizgileri kullanan Mors Kodu'dur. Pigpen şifresi harfler için semboller oluşturmak üzere bir ızgara sistemi ya da çizgiler ve noktalar kullanır. Alfabedeki harflerin semboller ya da noktalar ve çizgilerle değiştirilmesini içeren çeşitli başka yöntemler de vardır.

Yer değiştirme (transpozisyon) şifreleri

Bir yer değiştirme şifresinde, harflerin kendileri değişmeden kalır, ancak mesaj içindeki sıraları iyi tanımlanmış bir şemaya göre karıştırılır.

Birçok yer değiştirme şifresi geometrik bir tasarıma göre yapılır. Basit (ve bir kez daha kırılması kolay) bir şifreleme, her kelimeyi tersten yazmak olacaktır. Örneğin, "Hello my name is Alice." artık "olleH ym eman si ecilA." olacaktır. Bir scytale, yöntemlerin yer değiştirmesine yardımcı olan bir makinedir.

Sütunlu bir şifrelemede, orijinal mesaj soldan sağa ve yukarıdan aşağıya doğru bir dikdörtgen şeklinde düzenlenir. Daha sonra, bir anahtar seçilir ve yeniden düzenleme sırasını belirlemek için dikdörtgendeki her sütuna bir sayı atamak için kullanılır. Anahtardaki harflere karşılık gelen sayı, alfabedeki yerlerine göre belirlenir, yani A 1, B 2, C 3, vb. Örneğin, anahtar kelime CAT ve mesaj THE SKY IS BLUE ise, mesaj şu şekilde düzenlenecektir:

Daha sonra, harfler sayısal sırayla alınır ve mesaj bu şekilde yer değiştirir. Önce A'nın altındaki sütun, sonra C'nin altındaki sütun, sonra da T'nin altındaki sütun alınır, sonuç olarak "The sky is blue" mesajı ortaya çıkar: HKSUTSILEYBE

Çin şifrelemesinin transpoze yönteminde, mesajın harfleri sağdan sola, aşağı ve yukarı sütunlara yazılarak harfler karıştırılır. Daha sonra, ilk satırdan başlayarak, yeni şifreli metin elde etmek için harfler sırayla alınır. Örneğin, şifrelenmesi gereken mesaj THE DOG RAN FAR olsaydı, Çin şifresi şöyle görünürdü:

                           R R G T
                           A A O H
                           F N D E

Şifreli metin daha sonra okunur: RRGT AAOH FNDE

Birçok yer değiştirme şifresi bu iki örneğe benzer, genellikle harflerin satırlar veya sütunlar halinde yeniden düzenlenmesini ve ardından harfleri transpoze etmek için sistematik bir şekilde alınmasını içerir. Diğer örnekler arasında Dikey Paralel ve Çift Yer değiştirme Şifresi sayılabilir.

Daha karmaşık algoritmalar bir çarpım şifresi içinde yer değiştirme ve yer değiştirmenin karıştırılmasıyla oluşturulabilir; DES gibi modern blok şifreler yer değiştirme ve yer değiştirmenin birkaç aşamasından geçer.

Gizleme şifreleri

Basitçe söylemek gerekirse, bir gizleme ya da null şifresi, bir dizi "null" ya da sahte harf içeren herhangi bir şifredir. Bir null şifresi, belirlenmiş alanlara null yerleştirilmiş düz metin kelimeleri veya hatta her kelimenin sonunda bir null ile farklı konumlarda parçalanmış bir düz metin mesajı olabilir.^[1]^[2] Bununla birlikte, yalnızca birkaç null içeren bir mesaj (örneğin, biri başında ve biri sonunda) bir null şifresi değildir.

Örneğin, İngiliz İç Savaşı sırasında Kraliyet yanlısı Sir John Trevanian'a Colchester'daki Püriten kalesinden kaçışında bu mesaj yardımcı olmuştur:^[3]

“	WORTHIE SIR JOHN, HOPE, THAT IS YE BESTE COMFORT OF YE AFFLICTED, CANNOT MUCH, I FEAR ME, HELP YOU NOW. THAT I WOULD SAY TO YOU, IS THIS ONLY: IF EVER I MAY BE ABLE TO REQUITE THAT I DO OWE YOU, STAND NOT UPON ASKING ME. TIS NOT MUCH THAT I CAN DO; BUT WHAT I CAN DO, BEE YE VERY SURE I WILL. I KNOW THAT, IF DETHE COMES, IF ORDINARY MEN FEAR IT, IT FRIGHTS NOT YOU, ACCOUNTING IT FOR A HIGH HONOUR, TO HAVE SUCH A REWARDE OF YOUR LOYALTY. PRAY YET YOU MAY BE SPARED THIS SOE BITTER, CUP. I FEAR NOT THAT YOU WILL GRUDGE ANY SUFFERINGS; ONLY IF BIE SUBMISSIONS YOU CAN TURN THEM AWAY, TIS THE PART OF A WISE MAN. TELL ME, AN IF YOU CAN, TO DO FOR YOU ANYTHINGE THAT YOU WOLDE HAVE DONE. THE GENERAL GOES BACK ON WEDNESDAY. RESTINGE YOUR SERVANT TO COMMAND. DEĞERLİ SÖR JOHN, ACI ÇEKENLERİN EN İYİ TESELLİSİ OLAN UMUT, KORKARIM ŞU ANDA SİZE PEK YARDIMCI OLAMAZ. SIZE SÖYLEYECEĞIM TEK ŞEY ŞU: SİZE OLAN BORCUMU ÖDEYEBİLİRSEM, BENDEN İSTEMEYE KALKMAYIN. YAPABİLECEĞİM PEK BİR ŞEY YOK; AMA YAPABİLECEĞİMİ YAPACAĞIMDAN EMİN OL. BİLİYORUM Kİ, EĞER FELAKET GELİRSE, SIRADAN İNSANLAR BUNDAN KORKSA BİLE, SADAKATİNİZİN BÖYLE BİR ŞEKİLDE KARŞILANMASI SİZİ KORKUTMAZ, BUNU BÜYÜK BİR ONUR SAYAR. DUA EDIN DE BU ACI KADEHTEN KURTULUN. ACI ÇEKMENİZDEN KORKMUYORUM; YALNIZCA, KABUL EDERSENİZ, ONLARI GERİ ÇEVİREBİLİRSİNİZ, BU BİLGE BİR ADAMIN GÖREVİDİR. BANA SÖYLE, EĞER YAPABILIRSEN, SENIN IÇIN YAPMAK ISTEDIĞIN HER ŞEYI YAPAYIM. GENERAL ÇARŞAMBA GÜNÜ GERI DÖNÜYOR. EMRINIZE AMADEYIM.	„

Her noktalama işaretinden sonraki üçüncü harf "Şapel kaydıraklarının doğu ucundaki panel"i (Panel at East end of Chapel slides) göstermektedir.

Nokta veya iğne deliği null şifreleme, bir yazı parçasındaki belirli harflerin üstüne veya altına nokta veya iğne işaretinin yerleştirildiği yaygın bir klasik şifreleme yöntemidir.^[3] Buna erken bir referans, Aeneas Tacticus'un Tahkimatların Savunması Üzerine ("On the Defense of Fortifications") adlı kitabında bu konu hakkında yazmasıydı.^[4]

Klasik şifrelerin kriptanalizi

Klasik şifrelerin kırılması genellikle oldukça kolaydır. Klasik şifrelerin çoğu, saldırgan yalnızca yeterli şifre metni bilse bile kırılabilir ve bu nedenle yalnızca şifre metni saldırısına karşı hassastırlar. Bazı klasik şifreler (örneğin Sezar şifresi) küçük bir anahtar alanına sahiptir. Bu şifreler kaba kuvvet saldırısı ile, yani sadece tüm anahtarları deneyerek kırılabilir. Yer değiştirme şifreleri geniş bir anahtar uzayına sahip olabilir, ancak genellikle frekans analizine karşı hassastırlar, çünkü örneğin düz metin dilinde sık kullanılan harfler şifreli metinlerde sık kullanılan harflere karşılık gelir. Vigenère şifresi gibi polifabetik şifreler çoklu ikameler kullanarak basit bir frekans analizini önler. Bununla birlikte, Kasiski testi gibi daha gelişmiş teknikler bu şifreleri kırmak için hala kullanılabilir.

Öte yandan, modern şifreler yalnızca şifreli metin saldırılarından çok daha güçlü saldırılara dayanacak şekilde tasarlanmıştır. İyi bir modern şifre, bilinen düz metin saldırısı ve seçilen düz metin saldırısının yanı sıra seçilen şifreli metin saldırısını da içeren çok çeşitli potansiyel saldırılara karşı güvenli olmalıdır. Bu şifreler için bir saldırgan herhangi bir miktarda düz metin ve ilgili şifreli metni bilse ve düz metni veya şifreli metni kendisi seçebilse bile anahtarı bulamamalıdır. Klasik şifreler bu çok daha güçlü kriterleri karşılamaz ve bu nedenle artık ciddi uygulamalar için ilgi çekici değildir.

Klasik şifrelerdeki bazı teknikler modern şifreleri güçlendirmek için kullanılabilir. Örneğin, AES'deki MixColumns adımı bir Hill şifresidir.^[5]

Ayrıca bakınız

Kriptografi tarihi

Kaynakça

^ Travis, Falcon; Hindley, Judy; Thomson, Ruth; Amery, Heather; Rawson, Christopher; Harper, Anita (1978). The Spy's Guidebook. Usborne Pocketbooks.
^ Moore, Gareth (2019). Explorer Academy Codebreaking Activity Adventure. National Geographic Books. ISBN 9781426333071.
^ ^a ^b Janeczko, Paul B. (2004). Top Secret: a Handbook of Codes, Ciphers, and Secret Writing. Candlewick Press. ISBN 9780763629724.
^ "Aeneas Tacticus • Siege Defense, XXI‑XXXI". penelope.uchicago.edu. Erişim tarihi: 28 Mayıs 2022.
^ Xintong, Kit Choy. "Understanding AES Mix-Columns Transformation Calculation" (PDF). 23 Kasım 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 26 Ekim 2016.

Konuyla ilgili okumalar

Singh, Simon. The Code Book: The Science of Secrecy from Ancient Egypt to Quantum Cryptography. New York: Anchor, 2000.
D'Agapeyeff, Alexander. Codes and Ciphers. Oxford UP, 1939.
William F. Friedman. American Army Field Codes In the American Expeditionary Forces During The First World War, U.S. War Department, June 1942
Laffin, John. Codes and Ciphers: Secret Writing through the Ages. Abelard-Schuman, 1964.
Wrixon, Fred B. Codes, Ciphers, and Secret Languages. New York: Bonanza Books, 1989.

Dış bağlantılar

Hand Ciphers Pencil-and-paper ciphers on Ciphermachines & Cryptology
Trinity College Department of Computer Science: Historical Cryptography Information about many different types of encryption algorithms including substitution and transposition ciphers

[:4-1] Travis, Falcon; Hindley, Judy; Thomson, Ruth; Amery, Heather; Rawson, Christopher; Harper, Anita (1978). The Spy's Guidebook. Usborne Pocketbooks.

[2] Moore, Gareth (2019). Explorer Academy Codebreaking Activity Adventure. National Geographic Books. ISBN 9781426333071.

[:13-3] Janeczko, Paul B. (2004). Top Secret: a Handbook of Codes, Ciphers, and Secret Writing. Candlewick Press. ISBN 9780763629724.

[:3-4] "Aeneas Tacticus • Siege Defense, XXI‑XXXI". penelope.uchicago.edu. Erişim tarihi: 28 Mayıs 2022.

[5] Xintong, Kit Choy. "Understanding AES Mix-Columns Transformation Calculation" (PDF). 23 Kasım 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 26 Ekim 2016.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]