ADFGVX-salaus on yksi tunnetuimmista ensimmäisen maailmansodan salakirjoista , jota Saksan armeija käytti länsirintamalla. Salauksen erikoisuus on, että se on rakennettu peruskorvaus- ja permutaatiooperaatioiden yhdistelmälle. Salauksen korvausosa perustuu Polybiuksen neliöön .
Ensimmäisen maailmansodan loppupuolella , kun useimmat maailman maat käyttivät joko korvaussalausta tai permutaatiosalausta , Saksa alkoi käyttää uutta ADFGX-salausjärjestelmää, joka yhdisti molempien ominaisuudet. Tämä järjestelmä sai nimensä, koska sen salakirjoitus sisälsi vain kirjaimet "A", "D", "F", "G" ja "X". Näitä kirjaimia ei valittu sattumanvaraisesti. Jos ne esitetään morsekoodin pisteinä ja viivoina , ne eroavat merkittävästi toisistaan. Siten näiden kirjainten valinta minimoi virheriskin sähkelähetyksen aikana. Itse asiassa se oli Polybiuksen neliö, johon latinalaiset aakkoset sopivat tietyssä järjestyksessä. Tämän salauksen kehitti viestintäupseeri eversti Fritz Nebel, joka palveli Saksan armeijan päämajassa, ja se otettiin käyttöön maaliskuussa 1918 [1] .
Tällä salauksella salatut viestit olivat ensimmäisiä, jotka ranskalaiset sieppasivat. Työ tämän salauksen murtamisesta annettiin kryptanalyytikko luutnantti Georges Penvenille .
Kesäkuussa 1918 salauksen monimutkaistamiseksi saksalaiset lisäsivät kirjaimen "V", mikä lisäsi salausruudukon 36 merkkiin. Tämä mahdollisti numeroiden 0-9 sisällyttämisen selkeään tekstiin , ja kirjaimet I ja J alettiin salata eri tavoin. Salauksen laajentaminen pienensi merkittävästi paljon numeroita sisältävien viestien kokoa. Salaus tuli tunnetuksi nimellä ADFGVX [1] .
Avain saksalaisten taisteluoperaatioiden menestykseen perustui yllätyksen elementtiin . Siksi viestin salaisuuden varmistamiseksi tarvittiin salaus, jolla oli suurin vastustuskyky. Saksalaiset uskoivat, että ADFGX- ja ADFGVX-salaukset olivat rikkoutumattomia. Kuitenkin 2. kesäkuuta 1918 ranskalainen upseeri Georges Penvin selvitti huolellisen työn tuloksena salausviestin, joka tunnisti saksalaisten joukkojen tulevan hyökkäyksen tavoitteet. Painwinin menestys antoi ranskalaisten estää hyökkäyksen ja pysäyttää Saksan etenemisen [2] .
Salausprosessi alkaa piirtämällä 5×5 ruudukko, jonka jokainen solu on täytetty 25 latinalaisen aakkoston kirjaimella (I ja J salataan samalla tavalla). Jokainen ruudukon rivi ja sarake on merkitty yhdellä viidestä kirjaimesta: "A", "D", "F", "G" ja "X". Ruudukko täytetään satunnaisesti, joten vastaanottajan on tiedettävä kunkin elementin sijainti voidakseen purkaa salauksen.
| A | D | F | G | X | |
|---|---|---|---|---|---|
| A | F | N | H | E | K |
| D | R | D | Z | O | C |
| F | I/J | S | A | G | U |
| G | B | V | K | P | W |
| X | X | M | Y | T | L |
Harkitse salausprosessia käyttämällä esimerkkiä pienestä viestistä: "hyökkäys aamunkoitteessa". Ensimmäisessä vaiheessa jokainen viestin merkki korvataan kirjainparilla, joka edustaa vastaavan merkin riviä ja saraketta ruudukossa. Esimerkiksi A muutetaan FF:ksi ja B:ksi GA.
| Viesti: | hyökkäys aamunkoitteessa | |||||||||||
| Pelkkä teksti: | a | t | t | a | c | k | a | t | d | a | w | n |
| Salateksti ensimmäisessä vaiheessa: | FF | XG | XG | FF | DX | GF | FF | XG | DD | FF | GX | ILMOITUS |
Toistaiseksi olemme käyttäneet vain yksinkertaista substituutiota, ja taajuusanalyysi riittäisi viestin tulkitsemiseen.
Toisessa vaiheessa käytetään permutaatiota, mikä vaikeuttaa suuresti kryptausanalyysiä . Permutaatio suoritetaan avainsanan mukaan, jonka on oltava vastaanottajan tiedossa. Olkoon tämä sana esimerkissämme "TAISTOLA". Permutaatioprosessi on seuraava. Ensin luodaan uusi ruudukko, jonka ylimmälle riville kirjoitetaan avainsanan kirjaimet. Sitten tämän sanan alle kirjoitetaan rivi riviltä ensimmäisessä vaiheessa saatu salateksti.
| B | A | T | T | L | E |
|---|---|---|---|---|---|
| F | F | X | G | X | G |
| F | F | D | X | G | F |
| F | F | X | G | D | D |
| F | F | G | X | A | D |
Seuraavaksi avainsanan kirjaimet järjestetään uudelleen aakkosjärjestykseen niitä vastaavien ruudukon sarakkeiden kanssa.
| A | B | E | L | T | T |
|---|---|---|---|---|---|
| F | F | G | X | X | G |
| F | F | F | G | D | X |
| F | F | D | D | X | G |
| F | F | D | A | G | X |
Sen jälkeen kunkin sarakkeen kirjaimet kirjoitetaan vuorotellen ylhäältä alas. Tuloksena oleva kirjainsarja muodostaa salatekstin lopullisen muodon. [1] [3]
Lopullinen salateksti: FFFFFFFFGFDDXGDAXDXGG XGX
Tässä muodossa salateksti lähetetään sitten Morse-koodilla.
Salaus perustuu 6 kirjaimeen: "A", "D", "F", "G", "V" ja "X". ADFGX-salauksen tapaan piirretään 6x6-taulukko, joka täytetään satunnaisesti 26 kirjaimella ja 10 numerolla. Elementtien järjestely taulukossa on osa avainta.
| A | D | F | G | V | X | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | yksi | J | R | neljä | H | D |
| D | E | 2 | A | V | 9 | M |
| F | kahdeksan | P | minä | N | K | Z |
| G | B | Y | U | F | 6 | T |
| V | 5 | G | X | S | 3 | O |
| X | W | L | K | 7 | C | 0 |
Vaihto suoritetaan samalla tavalla kuin ADFGX-salaus. Välitetään viesti: "hyökkäys alkaa klo 11".
| Viesti: | hyökkäys alkaa klo 11 | ||||||||||||||||||||
| Pelkkä teksti: | a | t | t | a | c | k | w | i | l | l | b | e | g | i | n | i | n | yksi | yksi | a | m |
| Salateksti ensimmäisessä vaiheessa: | D.F. | GX | GX | D.F. | XV | FV | XA | FF | XD | XD | GA | DA | VD | FF | FG | FF | FG | AA | AA | D.F. | DX |
Uusi taulukko luodaan avainsanan ylärivillä. Otetaan sana "SECRET" avaimeksi. Yleensä käytetään pidempiä avainsanoja tai lauseita.
| S | E | C | R | E | T |
|---|---|---|---|---|---|
| D | F | G | X | G | X |
| D | F | X | V | F | V |
| X | A | F | F | X | D |
| X | D | G | A | D | A |
| V | D | F | F | F | G |
| F | F | F | G | A | A |
| A | A | D | F | D | X |
ADFGX-salauksen mukaisesti taulukon sarakkeet lajitellaan aakkosjärjestykseen. [yksi]
| C | E | E | R | S | T |
|---|---|---|---|---|---|
| G | F | G | X | D | X |
| X | F | F | V | D | V |
| F | A | X | F | X | D |
| G | D | D | A | X | A |
| F | D | F | F | V | G |
| F | F | A | G | F | A |
| D | A | D | F | A | X |
Sen jälkeen sarakkeet kirjoitetaan vuorotellen yhdelle riville muodostaen salatekstin.
Lopullinen salateksti: GXFFFFDFFADDFAGFXDFAD XVFAFGFDDXXVFAXVDAGAX
Alkuperäisen tekstin palauttamiseksi sinun on suoritettava käänteinen salaus. Avainsanalla sarakkeiden järjestys voidaan palauttaa alkuperäiseen järjestykseen. Kun tiedät merkkien sijainnin alkuperäisessä taulukossa, voit purkaa tekstin salauksen. [neljä]
Ranskan armeijan luutnantti Georges Penvin suoritti ADFGX-salauksen krypta-analyysin , joka mursi sen kesäkuun 1918 alkuun mennessä. Hänen ratkaisumenetelmänsä perustui standardialkuisten sanomien etsimiseen, jotka oli salattu samalla tavalla, muodostaen salatekstiin samanlaisia kuvioita, jotka vastasivat permutaatiotaulukon sarakkeiden nimiä. Tämän vaiheen saavuttamiseksi vaadittiin merkittävää tilastollista analyysiä, mikä oli erittäin vaikea tehtävä, koska kaikki tehtiin manuaalisesti. Tämä lähestymistapa oli tehokas vain, kun siepattiin suuri määrä viestejä.
Tämä ei kuitenkaan ollut ainoa temppu, jota Penven käytti murtaakseen ADFGX-salauksen. Hän käytti myös toistuvia salatekstin paloja saadakseen tietoa käytettävän avaimen todennäköisestä pituudesta. [5]
Koska salatekstissä käytettiin vain 5 kirjainta, kävi selväksi, että salaus suoritettiin shakkitaulukuviolla. Ensimmäinen askel oli poistaa ilmeinen olettamus. Hän suoritti kirjainparien taajuusanalyysin varmistaakseen, että tämä ei ollut yksinkertainen korvaus käyttämällä Polybiuksen neliötä. Tuloksena oli satunnainen parien jakautuminen, josta Penven päätteli, että kirjaimet oli vaihdettu ja sekoitettu.
Nyt hän ehdotti, että salaus on seurausta niiden sarakkeiden uudelleenjärjestelystä, joissa shakkikuviolla korvatut kirjaimet kirjoitettiin. Penven onnistui keksimään hienovaraisen liikkeen kaventaakseen sarakkeiden järjestyksen uudelleenjärjestelyn mahdollisuuksia. Korvaus salauksessa, kuten edellä on kuvattu, perustui ruudukkoon, jossa oli kirjaimet "A", "D", "F", "G" ja "X" sarakkeissa ja samat kirjaimet riveissä. Hän tiesi, että jokaiselle kirjaimelle oli annettu 2 edustamaan sen sijaintia ruudukossa. Tämä tarkoitti, että vaihdon jälkeen, mutta ennen permutaatiota, saraketta osoittavat kirjaimet olisivat parillisissa paikoissa ja rivi parittomissa paikoissa. Muista nyt, että korvauksen tulos kirjoitetaan rivi riviltä toistensa alle muodostaen sarakkeita. Jos tällaisten sarakkeiden määrä oli parillinen, ne koostuvat joko kirjaimista, jotka määrittävät sarakkeita, tai - jotka määrittävät rivejä. Tällä menetelmällä Penven pystyi ennalta määrittämään, mitkä sarakkeet olivat parillisia ja mitkä parittomia. Hän saattoi sitten yhdistää parilliset ja parittomat sarakkeet pareiksi ja suorittaa kirjainparien taajuusanalyysin nähdäkseen, olivatko ne seurausta selkeän tekstin merkkien korvaamisesta. Löydettyään oikeat parit Penven suoritti taajuusanalyysin korvattujen kirjainten tunnistamiseksi. Jäi vain tunnustamaan täytäntöönpanon periaate. Kun hän määritti permutaatiomallin yhdelle viestille, hän pystyi murtamaan minkä tahansa muun viestin samalla transponointiavaimella. [6]
Lopulta huhtikuussa 1918 Penven onnistui purkamaan osan viesteistä. Näinä päivinä saksalaiset lähettivät suuren määrän salakirjoituksia. Toukokuun loppuun mennessä hän pystyi murtamaan salauksia joka päivä, koska viestivirta oli riittävän suuri.
1. kesäkuuta 1918 kirjain "V" alkoi yhtäkkiä näkyä salatuissa viesteissä. Saksalaiset vaihtoivat salauksen. Penven ei tiennyt, oliko uusi kirje juuri lisätty nykyisen järjestelmän laajentamiseksi vai olivatko he muuttaneet salausjärjestelmää kokonaan, mikä tuhosi kaiken ranskalaisen upseerin kovan työn. Penven jatkoi sillä yksinkertaisella oletuksella, että uusi salaus oli vanhan jatke. Ja kun hän tutki salatekstejä, Penven vakuuttui yhä enemmän hypoteesinsa oikeellisuudesta. Mukautettuaan ADFGX-työnsä ADFGVX-salaukseen, hän mursi 2. kesäkuuta illalla saksalaisten parantaman koodin.