Yerine koyma şifrelemesi

Kriptografide, bir yerine koyma şifrelemesi veya ikame şifresi veya ornatmalı şifreleme, düz metin birimlerinin bir anahtar yardımıyla tanımlanmış bir şekilde şifreli metin ile değiştirildiği bir şifreleme yöntemidir; "birimler" tek harfler (en yaygın olanı), harf çiftleri, harf üçlüleri, yukarıdakilerin karışımları ve benzeri olabilir. Alıcı, orijinal mesajı çıkarmak için ters ikame işlemini gerçekleştirerek metni deşifre eder.

Yerine koyma şifreleri, yer değiştirme şifreleri ile karşılaştırılabilir. Bir yer değiştirme (transpozisyon) şifresinde, düz metnin birimleri farklı ve genellikle oldukça karmaşık bir sırada yeniden düzenlenir, ancak birimlerin kendileri değişmeden bırakılır. Buna karşılık, bir yer değiştirme şifresinde, düz metnin birimleri şifreli metinde aynı sırada tutulur, ancak birimlerin kendileri değiştirilir.

Bir dizi farklı ikame şifreleme türü vardır. Eğer şifre tek harfler üzerinde çalışıyorsa basit ikame şifresi olarak adlandırılır; daha büyük harf grupları üzerinde çalışan bir şifre poligrafik (aynı anda çok sayıda ardışık harf grubuna uygulanan) olarak adlandırılır. Bir monoalfabetik (tek alfabeli) şifre tüm mesaj üzerinde sabit ikame kullanırken, bir polialfabetik (çok alfabeli) şifre mesajdaki farklı konumlarda bir dizi ikame kullanır, burada düz metindeki bir birim şifreli metindeki çeşitli olasılıklardan birine eşlenir ve bunun tersi de geçerlidir.

Basit ikame şifrelerinin nasıl kırılacağına dair yayınlanmış ilk açıklama el-Kindi tarafından MS. 850 civarında yazılmış olan Kriptografik Mesajların Deşifresi Üzerine Bir El Yazması ("A Manuscript on Deciphering Cryptographic Messages") adlı eserde verilmiştir. Tarif ettiği yöntem günümüzde frekans analizi olarak bilinmektedir.

Türler

Basit

ROT13, bir tür ikame şifresi olan Sezar şifresidir. ROT13'te alfabe 13 adım döndürülür.

Harflerin tek tek ve ayrı ayrı değiştirmesi -basit yerine koyma (İngilizce: simple substitution)- alfabenin yer değiştirmeyi temsil edecek şekilde belli bir sırayla yazılmasıyla gösterilebilir. Buna ikame alfabesi (İngilizce: substitution alphabet) denir. Şifre alfabesi kaydırılabilir veya tersine çevrilebilir (sırasıyla Caesar ve Atbash şifreleri oluşturulur) veya daha karmaşık bir şekilde karıştırılabilir, bu durumda buna karışık alfabe (İngilizce: "mixed alphabet") veya dengesiz alfabe (İngilizce: "deranged alphabet") denir. Geleneksel olarak, karışık alfabeler önce bir anahtar kelime yazılarak, içindeki tekrarlanan harfler çıkarılıp ardından alfabede kalan tüm harfler, normal sırayla yazılarak oluşturulabilir.

Bu sistemi kullanarak, "zebras" anahtar kelimesi bize aşağıdaki alfabeleri verir:

Düz metin alfabesi	ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Şifreli metin alfabesi	ZEBRASCDFGHIJKLMNOPQTUVWXY

flee at once. we are discovered!

mesajı,

SIAA ZQ LKBA. VA ZOA RFPBLUAOAR!

şeklinde şifrelenir.

Genellikle şifreli metin, noktalama işaretleri ve boşluklar atlanarak sabit uzunlukta bloklar halinde yazılır; bu düz metinden kelime sınırlarını gizlemek ve iletim hatalarını önlemeye yardımcı olmak için yapılır. Bu bloklara "gruplar" denir ve bazen ek bir kontrol olarak bir "grup sayısı" (yani grupların sayısı) verilir. Mesajların telgraf ile iletildiği zamanlardan kalma beş harfli gruplar sıklıkla kullanılır:

SIAAZ QLKBA VAZOA RFPBL UAOAR

Mesajın uzunluğu beşe bölünemiyorsa, sonuna "değersizler" eklenebilir. Bunlar, alıcının kolayca fark edip atabilmesi için şifresi çözüldüğünde saçma olduğu belli olan herhangi bir karakter olabilir.

Şifreli metin alfabesi, bazen düz metin alfabesinden farklıdır; örneğin pigpen şifrelemesinde şifreli metin bir ızgaradan türetilen bir dizi sembolden oluşur. Örneğin:

Örnek bir pigpen mesajı

Bununla birlikte, bu tür özellikler bir planın güvenliği açısından çok az fark yaratır -en azından, herhangi bir garip sembol kümesi A-Z alfabesine geri dönüştürülebilir ve normal olarak ele alınabilir.

Satış görevlileri için hazırlanan liste ve kataloglarda bazen rakamların yerine harfleri koymak için çok basit bir şifreleme kullanılır.

Düz metin rakamlar	1234567890
Şifreli metin alfabe	MAKEPROFIT

Örnek: MAT, 120'yi temsil etmek için kullanılır.

Güvenlik

Karışık bir ikame alfabesi oluşturmak için geleneksel anahtar kelime yöntemi basit olsa da, alfabenin son harflerinin (çoğunlukla düşük frekanslı olan) sonda kalma eğiliminde olması ciddi bir dezavantajdır. Karma bir alfabe oluşturmanın daha güçlü bir yolu, ikame alfabesini tamamen rastgele oluşturmaktır.

Olası ikame alfabelerinin sayısı çok fazla olmasına rağmen (26! ≈ 2^88,4 veya yaklaşık 88 bit), bu şifre çok güçlü değildir ve kolayca kırılabilir. Mesajın makul uzunlukta olması koşuluyla (aşağıya bakınız), kriptanalist şifreli metnin frekans dağılımını analiz ederek en yaygın sembollerin olası anlamlarını çıkarabilir. Bu, (kısmi) çözümü aşamalı olarak genişleterek geçici olarak doldurulabilen kısmi kelimelerin oluşturulmasına izin verir (bunun bir gösterimi için frekans analizine bakın). Bazı durumlarda, altta yatan kelimeler harflerinin örüntüsünden de belirlenebilir; örneğin, attract, osseous ve bu ikisinin kök olduğu kelimeler ABBCADB örüntüsüne sahip tek yaygın İngilizce kelimelerdir. Birçok kişi bu tür şifreleri, gazetelerdeki kriptogram bulmacalarında olduğu gibi, eğlence için çözer.

İngilizce dilinin teklik mesafesine göre, karışık alfabeli basit bir ikameyi kırmak için 27,6 harflik şifreli metin gerekir. Pratikte, tipik olarak yaklaşık 50 harf gereklidir, ancak bazı mesajlar olağandışı desenler bulunursa daha azıyla kırılabilir. Diğer durumlarda, düz metin neredeyse düz bir frekans dağılımına sahip olacak şekilde tasarlanabilir ve bu durumda kriptanalist için çok daha uzun düz metinler gerekecektir.

Adlandırma (Nomenclator)

Babington Komplosu'nda kullanılan sahte adlandırma mesajı

Bir Fransız adlandırma kod tablosu

İkame şifresinin bir zamanlar yaygın olan bir çeşidi adlandırmadır. Adını ziyarete gelen devlet adamlarının unvanlarını duyuran kamu görevlisinden alan bu şifre, tipik olarak sembolleri sayılara dönüştüren harf, hece ve kelime ikame tablolarını içeren küçük bir kod sayfası kullanır. Başlangıçta kod kısmı önemli kişilerin isimleriyle sınırlıydı, dolayısıyla şifrenin adı da buradan geliyordu; daha sonraki yıllarda birçok yaygın kelimeyi ve yer adını da kapsadı. Tüm kelimelerin (kod sözcükleri) ve harflerin (şifre) sembolleri şifreli metinde ayırt edilmiyordu. Fransa Kralı 14. Louis tarafından kullanılan Rossignols'un Büyük Şifresi bunlardan biriydi.

Adlandırıcılar, on beşinci yüzyılın başlarından on sekizinci yüzyılın sonlarına kadar diplomatik yazışmalarının, casusluk ve gelişmiş siyasi komplo faaliyetlerinin standart bir parçasıydı; komplocuların çoğu kriptografik açıdan daha az sofistikeydi ve öyle de kaldı. Her ne kadar hükümet istihbarat On altıncı yüzyılın ortalarında kriptanalistler sistematik olarak isimlendiricileri kırıyorlardı ve 1467'den beri daha üstün sistemler mevcuttu, kriptanalize verilen olağan yanıt sadece tabloları büyütmekti. On sekizinci yüzyılın sonlarında, sistem ölmeye başladığında, bazı adlandırıcılar 50.000 sembole sahipti.

Bununla birlikte, tüm adlandırıcılar kırılmamıştır; bugün, arşivlenmiş şifreli metinlerin kriptanalizi tarihsel araştırmalar için verimli bir alan olmaya devam etmektedir.

Eşsesli (Homophonic)

Yerine koyma şifrelerine yönelik frekans analizi saldırılarının zorluğunu artırmak için ilk girişimlerden biri, düz metin harf frekanslarını eşseslilik (İngilizce: homophony) ile gizlemekti. Bu şifrelerde, düz metin harfleri birden fazla şifreli metin sembolüne eşlenir. Genellikle, en yüksek frekanslı düz metin sembollerine daha düşük frekanslı harflerden daha fazla eşdeğer verilir. Bu şekilde frekans dağılımı düzleştirilerek analiz daha zor hale getirilir.

Şifreli metin alfabesinde 26'dan fazla karakter gerekeceğinden, daha büyük alfabeler icat etmek için çeşitli çözümler kullanılmaktadır. Belki de en basit olanı sayısal bir ikame 'alfabesi' kullanmaktır. Bir başka yöntem de mevcut alfabenin basit varyasyonlarından oluşur; büyük harf, küçük harf, baş aşağı, vb. Daha güvenli olmasa da daha sanatsal bir şekilde, bazı homofonik şifreler hayali sembollerden oluşan tamamen icat edilmiş alfabeler kullanmıştır.

Kitap şifresi bir tür homofonik şifredir, bir örneği Beale şifreleridir. Bu, 1819-21 yıllarında Bağımsızlık Bildirgesi'ne anahtarlanmış şifreli bir metin kullanılarak tanımlanan gömülü bir hazine hikayesidir. Burada her şifreli metin karakteri bir sayı ile temsil ediliyordu. Sayı, düz metin karakteri alınarak ve Bağımsızlık Bildirgesi'nde o karakterle başlayan bir kelime bulunarak ve o kelimenin Bağımsızlık Bildirgesi'ndeki sayısal konumu o harfin şifrelenmiş şekli olarak kullanılarak belirleniyordu. Bağımsızlık Bildirgesi'ndeki birçok kelime aynı harfle başladığından, bu karakterin şifrelenmesi Bağımsızlık Bildirgesi'nde bu harfle başlayan kelimelerle ilişkili sayılardan herhangi biri olabilir. Şifrelenmiş metin karakteri Xin (ki bu bir sayıdır) deşifre edilmesi, Bağımsızlık Bildirgesi'nin X. kelimesine bakmak ve bu kelimenin ilk harfini şifresi çözülmüş karakter olarak kullanmak kadar basittir.

Bir diğer homofonik şifre, Stahl tarafından tanımlanmıştır ve bilgisayarlardaki veri sistemlerinin şifreleme yoluyla güvenliğini sağlamaya yönelik ilk girişimlerden biridir. Stahl şifreyi, belirli bir karakter için eş sesli harflerin sayısı karakterin sıklığıyla orantılı olacak ve böylece frekans analizini çok daha zor hale getirecek şekilde inşa etmiştir.

Mantua Dükü Francesco I Gonzaga, 1401 yılında Simone de Crema ile yazışmalarında homofonik ikame şifresinin bilinen en eski örneğini kullanmıştır.

Mary, İskoç Kraliçesi, I. Elizabeth tarafından hapsedildiği 1578-1584 yılları arasında, aralarında Michel de Castelnau'nun da bulunduğu müttefikleriyle iletişim kurarken sık kullanılan ön ekler, son ekler ve özel isimler için bir adlandırıcı kullanarak ek şifrelemeli homofonik şifreler kullanmıştır.

Çok alfabeli (Polyalphabetic)

Ana madde: Çok alfabeli şifreleme

Al-Qalqashandi'nin (1355-1418), Ibn al-Durayhim'in (1312-1359) daha önceki çalışmalarına dayanan çalışması, şifrelerin ikame ve transpozisyonunun ilk yayınlanmış tartışmasını ve her bir düz metin harfine birden fazla ikame atanan bir polifabetik şifrenin ilk tanımını içeriyordu. Polialfabetik ikame şifreleri daha sonra 1467 yılında Leone Battista Alberti tarafından diskler şeklinde tanımlanmıştır. Johannes Trithemius, Steganographia (Eski Yunanca "gizli yazı", "hidden writing") adlı kitabında artık daha standart olan tablo formunu tanıtmıştır (aşağıya bakınız; yaklaşık 1500, ancak çok daha sonrasına kadar yayınlanmamıştır). Karışık alfabeler kullanan daha sofistike bir versiyon 1563 yılında Giovanni Battista della Porta tarafından De Furtivis Literarum Notis (Latince "Yazıdaki gizli karakterler üzerine", "On concealed characters in writing") adlı kitabında tanımlanmıştır.

Polialfabetik bir şifrelemede birden fazla şifre alfabesi kullanılır. Şifrelemeyi kolaylaştırmak için, tüm alfabeler genellikle geleneksel olarak "tablo" olarak adlandırılan büyük bir tablo içine yazılır. Tablo genellikle (İngilizce alfabe temel alındığında) 26×26'dır, böylece 26 tam şifreli metin alfabesi kullanılabilir. Tabloyu doldurma ve bir sonraki aşamada hangi alfabenin kullanılacağını seçme yöntemi, belirli bir polifabetik şifreyi tanımlar. Yeterince büyük düz metinler için ikame alfabeleri tekrarlandığından, bu tür şifrelerin kırılması sanıldığından daha kolaydır.

En popüler olanlardan biri Blaise de Vigenère'inkiydi. İlk olarak 1585 yılında yayınlanan bu şifre 1863 yılına kadar kırılamaz olarak kabul edilmiş ve gerçekten de yaygın olarak le chiffre indéchiffrable (Fransızca "çözülemez şifre", "indecipherable cipher") olarak adlandırılmıştır.

Vigenère şifrelemesinde, tablonun ilk satırı açık metin alfabesinin bir kopyası ile doldurulur ve sonraki satırlar basitçe bir sıra sola kaydırılır. (Böyle basit bir tabloya tabula recta denir ve matematiksel olarak düz metin ve anahtar harflerin eklenmesine karşılık gelir, İngilizce alfabe kullanımı nedeniyle modulo 26.) Daha sonra hangi şifreli metin alfabesinin kullanılacağını seçmek için bir anahtar sözcük kullanılır. Anahtar kelimenin her harfi sırayla kullanılır ve sonra baştan tekrarlanır. Yani anahtar kelime 'CAT' ise, düz metnin ilk harfi 'C' alfabesi altında, ikincisi 'A' altında, üçüncüsü 'T' altında, dördüncüsü yine 'C' altında şifrelenir ve bu böyle devam eder. Uygulamada, Vigenère anahtarları genellikle birkaç kelime uzunluğunda ifadelerdi.

1863 yılında Friedrich Kasiski, Vigenère şifreli bir mesajdaki anahtar kelimenin uzunluğunun hesaplanmasını sağlayan bir yöntem (muhtemelen Kırım Savaşı'ndan önce Charles Babbage tarafından gizlice ve bağımsız olarak keşfedilmiştir) yayınladı. Bu yapıldıktan sonra, aynı alfabe altında şifrelenmiş şifreli metin harfleri seçilebilir ve bir dizi yarı bağımsız basit ikame olarak ayrı ayrı saldırıya uğrayabilirdi - bir alfabe içinde harflerin ayrılmış olması ve tam kelimeler oluşturmaması nedeniyle karmaşık, ancak genellikle bir tabula recta kullanılmış olması nedeniyle basitleştirilmiştir.

Bu nedenle, bugün bile, tabloda karışık alfabeler kullanılıyorsa, anahtar kelime rastgele ise ve toplam şifreli metin uzunluğu anahtar kelime uzunluğunun 27,67 katından azsa, Vigenère tipi bir şifrenin kırılması teorik olarak zor olmalıdır. Bu gereksinimler pratikte nadiren anlaşılır ve bu nedenle Vigenère şifreli mesaj güvenliği genellikle olabileceğinden daha azdır.

Diğer önemli polialfabetik şifreler şunlardır:

• Gronsfeld şifresi: Bu, sadece 10 alfabe kullanılması ve bu nedenle "anahtar kelime"nin sayısal olması dışında Vigenère ile aynıdır.
• Beaufort şifresi: Bu, pratikte Vigenère ile aynıdır, ancak tabula recta matematiksel olarak ciphertext = key - plaintext'e eşdeğer olan geriye doğru bir tabula recta ile değiştirilir. Bu işlem kendi kendini tersine çevirir, yani aynı tablo hem şifreleme hem de şifre çözme için kullanılır.
• Otomatik anahtar şifresi (autokey cipher): Periyodikliği önlemek için düz metni bir anahtarla karıştırır.
• Çalışan anahtar şifresi (running key cipher): Anahtar, bir kitaptan veya benzer bir metinden bir pasaj kullanılarak çok uzun hale getirilir.

Modern kesintisiz şifrelemeler (İngilizce: stream cipher), yeterince soyut bir bakış açısıyla, tüm çabanın anahtar akışını (İngilizce: keystream) olabildiğince uzun ve öngörülemez hale getirmek için harcandığı bir polifabetik şifre biçimi olarak da görülebilir.

Çok harfli (Polygraphic)

Bir poligrafik ikame şifresinde, düz metin harfleri tek tek ikame edilmek yerine daha büyük gruplar halinde ikame edilir. İlk avantaj, frekans dağılımının tek tek harflerinkinden çok daha düz olmasıdır (gerçek dillerde aslında düz olmasa da; örneğin, 'TH' İngilizce'de 'XQ'dan çok daha yaygındır). İkincisi, daha fazla sayıda sembol, harf frekanslarını verimli bir şekilde analiz etmek için buna uygun olarak daha fazla şifreli metin gerektirir.

Harflerin çiftlerini değiştirmek için 676 sembol uzunluğunda ($26^{2}$) bir ikame alfabesi gerekir. Yukarıda bahsedilen aynı De Furtivis Literarum Notis'te della Porta aslında böyle bir sistem önermiştir. 20x20'lik bir tablo (kullandığı İtalyan/Latin alfabesinin 20 harfi için) 400 benzersiz glif ile doldurulmuştur. Ancak bu sistem pratik değildi ve muhtemelen hiçbir zaman kullanılmadı.

En eski pratik digrafik şifre ("digraphic cipher", ikili ikame), 1854 yılında Sir Charles Wheatstone tarafından icat edilen Playfair şifresi olarak adlandırılan şifredir. Bu şifrelemede, 5x5'lik bir ızgara karışık bir alfabenin harfleriyle doldurulur (iki harf, genellikle I ve J, birleştirilir). Daha sonra harf çiftleri bir dikdörtgenin iki köşesi olarak alınarak ve diğer iki köşe şifreli metin olarak kullanılarak bir digrafik ikame simüle edilir (bir diyagram için Playfair şifrelemesi ana makalesine bakın). Özel kurallar çift harfleri ve aynı satır veya sütuna düşen çiftleri ele alır. Playfair Boer Savaşı'ndan İkinci Dünya Savaşı'na kadar askeri kullanımda olmuştur.

1901'de Félix Delastelle tarafından (her ikisi de digrafik olan) bifid ve dört-kare şifrelemesi ("four-square cipher") ile (muhtemelen ilk pratik trigrafik olan) trifid şifrelemesi dahil olmak üzere birkaç başka pratik poligrafik tanıtıldı.

1929'da Lester S. Hill tarafından icat edilen Hill şifrelemesi, lineer cebir kullanarak çok daha büyük harf gruplarını aynı anda birleştirebilen bir poligrafik ikamedir. Her harf, 26 tabanında bir rakam olarak ele alınır: A = 0, B = 1, ve bu şekilde devam eder. (Bir varyasyonda, tabanı asal yapmak için 3 ekstra sembol eklenir.) Daha sonra n harften oluşan bir blok n boyutlu bir vektör olarak kabul edilir ve nxn matris, modulo 26 ile çarpılır. Matrisin bileşenleri anahtardır ve matrisin $\mathbb {Z} _{26}^{n}$ içinde ters çevrilebilir olması koşuluyla rastgele olmalıdır (şifre çözmenin mümkün olduğundan emin olmak için). Hill şifresinin 6 boyutlu mekanik bir versiyonunun patenti 1929 yılında alınmıştır.

Hill şifresi, bilinen düz metin saldırısına karşı savunmasızdır çünkü tamamen doğrusaldır, bu nedenle bu saldırıyı yenmek için bazı doğrusal olmayan adımlarla birleştirilmesi gerekir. Hill şifresi gibi daha geniş ve daha zayıf, doğrusal yaygın adımların doğrusal olmayan ikame adımlarıyla birleşimi sonuçta bir ikame-permutasyon ağına (örneğin bir Feistel şifresi) yol açar, bu nedenle -bu uç perspektiften- modern blok şifreleri bir tür poligrafik ikame olarak düşünmek mümkündür.

Mekanik (Mechanical)

Dünya Savaşı'nda Alman ordusu tarafından kullanılan Enigma şifre makinesi

I. Dünya Savaşı ile bilgisayarların yaygınlaşması arasında (bazı hükümetler için bu yaklaşık olarak 1950'ler veya 1960'lardı; diğer kuruluşlar için on yıl veya daha sonraydı; bireyler için 1975'ten önce değildi), polialfabetik ikame şifrelerinin mekanik uygulamaları yaygın olarak kullanıldı. Birçok mucit aynı zamanda benzer fikirlere sahipti ve rotor şifre makinesinin patenti 1919 yılında dört kez alındı. Ortaya çıkan makinelerin en önemlisi Enigmaydi, özellikle de yaklaşık 1930'dan itibaren Alman ordusu tarafından kullanılan versiyonları. Dünya Savaşı Müttefikleri]] de rotorlu makineler geliştirmiş ve kullanmıştır (örneğin, SIGABA ve Typex).

Bunların hepsi, değiştirilen harfin birkaç harf diskinin döndürülmesinden kaynaklanan çok sayıda olası kombinasyon arasından elektrikli olarak seçilmesi bakımından benzerdi. Şifrelenen her açık metin harfiyle birlikte disklerden biri veya daha fazlası mekanik olarak döndüğünden, kullanılan alfabe sayısı astronomikti. Bu makinelerin ilk versiyonları yine de kırılabilirdi. ABD Ordusu'nun SIS'inden William F. Friedman Hebern rotor makinesindeki açıkları erken bulmuş ve GC&CS'den Dillwyn Knox Enigma makinesinin versiyonlarını ("plugboard" olmayanlar) WII başlamadan çok önce çözmüştü. Esasen tüm Alman askeri Enigmaları tarafından korunan trafik, 1930'ların başında kullanılan Alman Ordusu varyantından başlayarak, başta Bletchley Park'takiler olmak üzere Müttefik kriptanalistler tarafından kırıldı. Bu versiyon Polonya'da Marian Rejewski tarafından ilham verici bir matematiksel kavrayışla kırılmıştır.

Kamuoyunca bilindiği kadarıyla, SIGABA ve Typex makineleri tarafından korunan hiçbir mesaj, bu sistemlerin hizmette olduğu süre boyunca veya bu süreye yakın bir zamanda kırılmamıştır.

Tek kullanımlık şifre (One-time pad)

Ana madde: Tek kullanımlık şifre

Bir tür ikame şifresi olan Tek kullanımlık şifre ("one-time pad") benzersizdir. Birinci Dünya Savaşı'nın sonlarına doğru ABD'de Gilbert Vernam ve Joseph Mauborgne tarafından icat edilmiştir. Muhtemelen İkinci Dünya Savaşı sırasında Claude Shannon tarafından matematiksel olarak kırılamaz olduğu kanıtlanmıştır; çalışması ilk olarak 1940'ların sonunda yayınlanmıştır. En yaygın uygulamasında, tek kullanımlık şifre yalnızca alışılmadık bir bakış açısıyla bir ikame şifresi olarak adlandırılabilir; tipik olarak, düz metin harfi o konumdaki anahtar malzeme karakteriyle bir şekilde (örneğin, XOR) birleştirilir (ikame edilmez).

Tek kullanımlık şifre, çoğu durumda pratik değildir çünkü anahtar materyalin düz metin kadar uzun olmasını, aslında rastgele olmasını, bir kez ve yalnızca bir kez kullanılmasını ve gönderici ile hedeflenen alıcı dışında herkesten tamamen gizli tutulmasını gerektirir. Bu koşullar az da olsa ihlal edildiğinde, tek seferlik şifre artık kırılamaz değildir. İkinci Dünya Savaşı sırasında kısa bir süre için ABD'den gönderilen Sovyet tek seferlik şifre mesajlarında rastgele olmayan anahtar malzemesi kullanılmıştır. ABD kriptanalistleri 40'lı yılların sonlarından itibaren birkaç yüz bin mesajdan birkaç binini tamamen ya da kısmen kırmayı başardı. (Bkz. Venona projesi)

Mekanik bir uygulamada, daha ziyade Rockex ekipmanında olduğu gibi, tek seferlik şifre Moskova-Washington hattında gönderilen mesajlar için kullanıldı. Küba Füze Krizi sonrasında kurulan Moskova-Washington hattı yani sıcak hat.

Modern kriptografide

Yukarıda bahsedilen ikame şifreleri, özellikle de eski tür kalem ve kağıt el şifreleri, artık ciddi bir kullanım alanına sahip değildir. Ancak, kriptografik ikame kavramı bugün bile devam etmektedir. Soyut bir bakış açısıyla, modern bit odaklı blok şifreler (örneğin, DES - Data Encryption Standard veya AES - Advanced Encryption Standard) büyük bir binary alfabesi üzerinde ikame şifreleri olarak görülebilir. Ek olarak, blok şifreler genellikle S-kutular olarak adlandırılan daha küçük ikame tabloları içerir. Ayrıca bakınız; ikame-permütasyon ağı ("substitution-permutation network").

Popüler kültürde

• Sherlock Holmes "The Adventure of the Dancing Men"de ("Dans Eden Adamların Macerası") bir ikame şifresini kırar. Orada, şifre onlarca yıl olmasa da yıllarca çözülemeden kaldı; zorluğundan değil, kimsenin bunun bir kod olduğundan şüphelenmemesi, bunun yerine çocukça karalamalar olduğunu düşünmesi nedeniyle.
• Standard Galactic Alphabet, Commander Keen video oyunlarındaki ve Minecraft'daki yazı sistemi.
• Final Fantasy X'deki Al Bhed dili, fonetik olarak telaffuz edilmesine rağmen aslında bir ikame şifresidir (yani İngilizce'deki "you", Al Bhed'de "oui" olarak çevrilir, ancak Fransızcada "oui" ile aynı şekilde telaffuz edilir).
• Babylon 5 dizisindeki Minbari alfabesi İngilizceden bir ikame şifresidir.
• Star Fox Adventures: Dinosaur Planet oyununda yerli Saurianlar ve Krystal tarafından konuşulan dil de İngiliz alfabesinin bir ikame şifresidir.
• Televizyon programı Futurama, 26 harfin tamamının sembollerle değiştirildiği ve "Uzaylı Dili" (Alien Language) olarak adlandırılan bir ikame şifresi içeriyordu. Bu şifre, sıkı izleyiciler tarafından hem düz İngilizce hem de Uzaylı dilinde "Drink" (İçecek) kelimesini içeren bir "Slurm" reklamı gösterilerek oldukça hızlı bir şekilde çözüldü ve böylece anahtar verildi. Daha sonra yapımcılar, değiştirme ve matematiksel Şifrelerin bir kombinasyonunu kullanan ikinci bir uzaylı dili yarattılar. Uzaylı dilinin İngilizce harfi deşifre edildikten sonra, o harfin sayısal değeri (sırasıyla "A" için 0'dan "Z" için 25'e kadar) bir önceki harfin değerine eklenerek (modulo 26) asıl amaçlanan harf gösterilmektedir. Bu mesajlar dizinin her bölümünde ve sonraki filmlerde görülebilir.
• Gravity Falls çizgi dizisinin her 1. sezon bölümünün sonunda, jenerik sırasında, üç basit ikame şifresinden biri vardır: Bir -3 Sezar şifrelemesi (açılış sekansının sonunda "3 harf geri" ile ima edilir), bir Atbash şifresi veya bir harften sayıya basit ikame şifresi. Birinci sezonun finalinde bu üç yöntemle de bir mesaj şifrelenmiştir. İkinci sezonda, Vigenère şifrelemesi, her biri kendi bölümü içinde gizli bir anahtar kullanan çeşitli monoalfabetik şifrelerin yerine kullanılır.
• Eoin Colfer'ın Artemis Fowl serisinde üç ikame şifre vardır; Gnommish, Centaurean ve Eternean, sayfaların alt kısmında veya kitapların başka bir yerinde bulunur.
• Kristin Cashore'un üçüncü romanı olan Bitterblue'da, ikame şifreleri önemli bir kodlu iletişim biçimi olarak hizmet eder.
• 2013 video oyunu BioShock Infinite'de, oyun boyunca gizlenmiş ikame şifreleri vardır ve oyuncunun bunları çözmeye yardımcı olacak kod kitaplarını bulması ve fazla malzemeye erişmesi gerekir.
• The Devil Is a Part-Timer! anime uyarlamasında, Ente Isla'nın Entean adı verilen dili, şifreli metin alfabesi AZYXEWVTISRLPNOMQKJHUGFDCB ile sadece A, E, I, O, U, L, N ve Q'yu orijinal konumlarında bırakan bir ikame şifresi kullanır.

Ayrıca bakınız

• Centiban Tablosu ile Hartley (birim) [Ban veya dit ("decimal digit"in kısaltması) olarak da bilinir.]
• Copiale şifresi
• Sözlük kodlayıcısı
• Leet
• Vigenère şifrelemesi / Vigenere tablosu
• Kriptografi konuları
• Müzikal İkame Şifreleri

Dış bağlantılar

• Monoalfabetik İkame Bilinen Düz Metin Saldırısı Kullanarak Monoalfabetik Şifreleme Sisteminin Kırılması