Алфавиты исходного и шифротекста
| Алфавит исходного текста | А Б В Г Д ... |
| Алфавит шифротекста | _ Я Ю Э Ь |
Шифротекст: "ИШМРТЮ_УШЫАЩ_ФЫУТЧ".
Основным недостатком рассмотренного метода является то, что статистические свойства открытого текста (частоты повторения букв) сохраняются в шифротексте.
Общая формула моноалфавитной замены имеет следующий вид:
Yi=k1*Xi+k2(mod N)
где уi - i-й символ алфавита;
k1 и k2 - константы;
Xi - i-й символ открытого текста (номер буквы в алфавите);
N - длина используемого алфавита.
Шифр, задаваемый формулой:
yi=xi+ki(mod N),
где ki - i-ая буква ключа, в качестве которого используются слово или фраза, называется шифром Вижинера.
Пример 2. Открытый текст: "ЗАМЕНА".
Ключ: "КЛЮЧ" (табл. 3.3).
Таблица 3.3
Шифрование с помощью ключа «Ключ»
| З А М Е Н А |
| К Л Ю Ч К Л |
y1=8+11(mod 33)=19 -> Т
y2=1+12(mod 33)=13 -> М
у3=13+31(mod ЗЗ)=11-> К
y4=6+24(mod 33)=30 -> Э
у5=14+11(mod 33)=25 -> Ш
y6=1+12(mod 33)=13 -> М.
Шифротекст: "ТМКЭШМ".
Шифры Бофора используют фоpмулы:
уi=ki-xi(mod n) и
yi=xi-ki(mod n).
Гомофоническая замена одному символу открытого текста ставит в соответствие несколько символов шифротекста. Этот метод применяется для искажения статистических свойств шифротекста.
Пример 3. Открытый текст: "ЗАМЕНА". Подстановка задана в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Алфавиты открытого и шифротекста
при гомофонической замене
| Алфавит открытого текста | А Б ... Е Ж З ... М Н |
| Алфавит шифротекста | 17 23 97 47 76 32 55 31 44 51 67 19 28 84 48 63 15 33 59 61 34 |
Шифротекст: "76 17 32 97 55 31".
Таким образом, при гомофонической замене каждая буква открытого текста заменяется по очереди цифрами соответствующего столбца.
Полиалфавитная подстановка использует несколько алфавитов шифротекста. Пусть используется k алфавитов. Тогда открытый текст:
Х=X1X2...Xk Xk+1...X2k X2k+1...
заменяется шифртекстом:
Y=F1(X1)F2(X2)...Fk(Xk) F1(Xk+1)...Fk(X2k) F1(X2k+1)...
где Fi(Xj) означает символ шифртекста алфавита i для символа открытого текста Xj.
Пример 4. Открытый текст: "ЗАМЕНА", k=3.
Подстановка задана таблицей из примера 3.
Шифртекст: "76 31 61 97 84 48".
Полиграммная замена формируется из одного алфавита с помощью специальных правил. В качестве примера рассмотрим шифр Плэйфера.
В этом шифре алфавит располагается в матрице. Открытый текст разбивается на пары символов XiXi+1. Каждая пара символов открытого текста заменяется на пару символов из матрицы следующим образом:
1) если символы находятся в одной строке, то каждый из символов пары заменяется на стоящий правее его (за последним символом в строке следует первый);
2) если символы находятся в одном столбце, то каждый символ пары заменяется на символ, расположенный ниже его в столбце (за последним нижним символом следует верхний);
3) если символы пары находятся в разных строках и столбцах, то они считаются противоположными углами прямоугольника. Символ, находящийся в левом углу, заменяется на символ, стоящий в другом левом углу; замена символа, находящегося в правом углу, осуществляется аналогично;
4) если в открытом тексте встречаются два одинаковых символа подряд, то перед шифрованием между шали вставляется специальный символ (например, тире).
Пример 5. Открытый текст: "ШИФР_ПЛЭЙФЕРА". Матрица алфавита представлена в табл. 3.5.
Таблица 3.5
| А | Ч | Б | М | Ц | В |
| Ч | Г | Н | Ш | Д | О |
| Е | Щ | , | Х | У | П |
| . | З | Ъ | Р | И | Й |
| С | Ь | К | Э | Т | Л |
| Ю | Я | _ | Ы | Ф | - |
Шифртекст: "РДЫИ,-СТ-И.ХЧС"
При рассмотрении этих видов шифров становится очевидным, что чем больше длина ключа (например, в шифре Виженера), тем лучше шифр. Существенного улучшения свойств шифртекста можно достигнуть при использовании шифров с автоключом.
Шифр, в котором сам открытый текст или получающаяся криптограмма используются в качестве "ключа", называется шифром с автоключом. Шифрование в этом случае начинается с ключа, называемого первичным, и продолжается с помощью открытого текста или криптограммы, смещенной на длину первичного ключа.
Пример 6. Открытый текст: "ШИФРОВАНИЕ_ЗАМЕНОЙ".
Первичный ключ: "КЛЮЧ"
Схема шифрования с автоключом при использовании открытого текста представлена в табл. 3.6.
Таблица 3.6
Шифрование с автоключом при использовании
Открытого текста
| Ш И Ф Р О В А Н И Е _ З А М Е Н О Й |
| К Л Ю Ч Ш И Ф Р О В А Н И Е _ З А М |
| 36 21 52 41 40 12 22 31 24 09 34 22 10 19 39 22 16 23 |
| В Ф Т З Ж Л Х Ю Ч И А Х Й Т Е Х П Ц |
Схема шифрования с автоключом при использовании криптограммы представлена в табл. 3.7.
Таблица 3.7