Disco de Jefferson - Jefferson disk

Cifra de disco de Jefferson

O disco de Jefferson , ou cifra de roda como Thomas Jefferson o chamou, também conhecido como Cilindro de Bazeries , é um sistema de cifra que usa um conjunto de rodas ou discos, cada um com as 26 letras do alfabeto dispostas em torno de sua borda. A ordem das letras é diferente para cada disco e geralmente é embaralhada de alguma forma aleatória. Cada disco é marcado com um número exclusivo. Um orifício no centro dos discos permite que eles sejam empilhados em um eixo . Os discos são removíveis e podem ser montados no eixo na ordem desejada. A ordem dos discos é a chave de criptografia e tanto o remetente quanto o receptor devem organizar os discos na mesma ordem predefinida. O dispositivo de Jefferson tinha 36 discos. [Kahn, p. 194]

Uma vez que os discos foram colocados no eixo na ordem acordada, o remetente gira cada disco para cima e para baixo até que a mensagem desejada seja soletrada em uma linha. Em seguida, o remetente pode copiar qualquer linha de texto nos discos, exceto aquele que contém a mensagem de texto simples. O destinatário simplesmente tem que organizar os discos na ordem acordada, girar os discos para que soletrem a mensagem criptografada em uma linha e, em seguida, olhar ao redor das linhas até ver a mensagem em texto simples, ou seja, a linha que não é um jargão completo. Há uma chance extremamente pequena de que haja duas mensagens legíveis, mas isso pode ser verificado rapidamente pela pessoa que codifica.

Inventada pela primeira vez por Thomas Jefferson em 1795, esta cifra não se tornou muito conhecida e foi inventada de forma independente pelo comandante Etienne Bazeries , o conquistador da Grande Cifra , um século depois. O sistema foi usado pelo Exército dos Estados Unidos de 1923 a 1942 como o M-94 .

Este sistema não é considerado seguro contra a quebra de código moderna se for usado para criptografar mais de uma linha de texto com a mesma ordem de discos (ou seja, usando a mesma chave). Veja Criptoanálise .

Operação

Para criptografar uma mensagem, Alice gira os discos para produzir a mensagem de texto simples ao longo de uma "linha" da pilha de discos e, a seguir, seleciona outra linha como o texto cifrado . Para descriptografar a mensagem, Bob gira os discos em seu cilindro para produzir o texto cifrado ao longo de uma linha. É útil se Alice e Bob souberem o deslocamento da linha, mas não é realmente necessário, pois Bob pode simplesmente olhar ao redor do cilindro para encontrar uma linha que faça sentido.

Por exemplo, um cilindro Bazeries de "brinquedo" simplificado usando apenas dez discos pode ser organizado como mostrado abaixo, com cada disco "desembrulhado" em uma linha e cada um marcado com um número de designação:

1: <ZWAXJGDLUBVIQHKYPNTCRMOSFE <
2: <KPBELNACZDTRXMJQOYHGVSFUWI <
3: <BDMAIZVRNSJUWFHTEQGYXPLOCK <
4: <RPLNDVHGFCUKTEBSXQYIZMJWAO <
5: <IHFRLABEUOTSGJVDKCPMNZQWXY <
6: <AMKGHIWPNYCJBFZDRUSLOQXVET <
7: <GWTHSPYBXIZULVKMRAFDCEONJQ <
8: <NOZUTWDCVRJLXKISEFAPMYGHBQ <
9: <XPLTDSRFHENYVUBMCQWAOIKZGJ <
10: <UDNAJFBOWTGVRSCZQKELMXYIHP <

Se a "chave", a sequência de discos, para este cilindro Bazeries é

7,9,5,10,1,6,3,8,2,4

e Alice quer enviar a mensagem " recuar agora " para Bob, ela reorganiza os discos de acordo com a chave e gira cada disco para obter o texto simples , que é mostrado à esquerda, com espaçamento adicionado para maior clareza:

7: <R AFDCE O NJQGWTHSPYBXIZULVKM <
9: <E NYVUB M CQWAOIKZGJXPLTDSRFH <
5: <T SGJVD K CPMNZQWXYIHFRLABEUO <
10: <R SCZQK E LMXYIHPUDNAJFBOWTGV <
1: <E ZWAXJ G DLUBVIQHKYPNTCRMOSF <
6: <A MKGHI W PNYCJBFZDRUSLOQXVET <
3: <T EQGYX P LOCKBDMAIZVRNSJUWFH <
8: <N OZUTW D CVRJLXKISEFAPMYGHBQ <
2: <O YHGVS F UWIKPBELNACZDTRXMJQ <
4: <W AORPL N DVHGFCUKTEBSXQYIZMJ <

Ela então seleciona o texto cifrado da sexta linha do cilindro a partir do texto simples. Este texto cifrado também é destacado acima com espaçamento e fornece:

OMKEGWPDFN

Quando Bob obtém o texto cifrado, ele reorganiza os discos em seu cilindro para o arranjo de chave, gira os discos para fornecer o texto cifrado e, em seguida, lê o texto simples seis linhas abaixo do texto cifrado ou simplesmente procura no cilindro por uma linha que faça sentido .

Base para cifras militares

O cilindro Bazeries foi a base para a máquina de criptografia " M-94 " dos EUA , que foi introduzida em 1922 e derivada do trabalho de Parker Hitt . Em 1914, Hitt experimentou o dispositivo Bazeries, construindo um protótipo usando slides em uma moldura de madeira, com os alfabetos cifrados impressos duas vezes consecutivamente nos slides, e depois outro usando discos de madeira. Ele encaminhou seus experimentos para a cadeia de comando do Signal Corps e, em 1917, Joseph Mauborgne refinou o esquema, com o resultado final sendo o M-94.

The M-94 used 25 aluminium disks on a spindle. It was used by the Army, Coast Guard, and the Radio Intelligence Division of the Federal Communications Commission until early in World War II. The Army changed back to Hitt's original slide scheme with the "M-138-A" cipher machine, which was introduced in the 1930s and was used by the US Navy and US State Department through World War II. The M-138-A featured 100 strips, with 30 selected for use in any one cipher session. It was a considerable improvement in security for the State Department, which during the interwar years had used laughably insecure codes, even in one case a standard commercial telegraph code. They were much more easily broken.

Criptanálise

O cilindro Bazeries era um sistema relativamente forte na época (em comparação com muitos outros sistemas em uso), e Etienne Bazeries, um homem competente, mas muito opinativo, disse tê-lo considerado indecifrável. Na verdade, é dificilmente inexpugnável, e o grupo de decifradores " Pers ZS " do Ministério das Relações Exteriores alemão quebrou o M-138-A em 1944. No entanto, naquela época os americanos tinham sistemas de cifras muito mais sofisticados em operação.

O criptógrafo francês Gaetan de Viaris (também conhecido como Marquês Gaetan Henri Leon Viarizio di Lesegno), famoso por um dos primeiros dispositivos de cifra de impressão (1874), resolveu o cilindro de Bazeries em 1893, então a suposta confiança de Bazeries no sistema foi mal colocada .

Um grande ponto fraco do cilindro Bazeries é que o deslocamento da letra do texto simples para a letra do texto cifrado para o alfabeto cifrado em cada disco será exatamente o mesmo. No exemplo mostrado acima, esse deslocamento é de seis letras.

Suponha que um criptanalista - Holmes , digamos - tenha capturado o cilindro Bazeries simplificado descrito no exemplo acima, com dez discos. Isso não deve ser suficiente para permitir que ele decifre as mensagens com ele, já que ele também deve saber a chave, ou a disposição dos discos no cilindro. Mesmo para este cilindro Bazeries simplificado, o número de permutações possíveis dos discos são:

- o que torna o teste de tentativa e erro do arranjo dos discos perfeitamente impraticável para realizar manualmente; computadores fariam tal interrupção quase trivial para 10 discos, mas não para os 36 discos que Jefferson usou, como 36! ≈ 2 138 .

Agora, suponha ainda que Holmes tenha um berço . Por exemplo, suponha que ele saiba que o primeiro bloco de texto simples codificado pelo cilindro Bazeries simplificado é a string:

Heilhitler

Convenientemente, isso tem exatamente dez letras e pode ser codificado em uma única passagem com o cilindro Bazeries simplificado. O texto cifrado correspondente é:

AZNCZEAPBH

O restante da mensagem é um mistério completo por enquanto. No entanto, Holmes pode usar este berço para poder decifrar todos os blocos da mensagem a seguir.

Holmes não tem ideia de qual disco é usado para codificar qual letra, mas ele sabe que o deslocamento entre a letra do texto simples e a letra do texto cifrado deve ser o mesmo para todos os dez caracteres. Isso lhe dá uma maneira de penetrar na cifra, alinhando o texto simples e os caracteres do texto cifrado do berço; formando-os em pares; determinar os deslocamentos para as letras do texto simples e letras do texto cifrado para cada disco; e, em seguida, procurando um deslocamento comum na matriz de deslocamento.

Holmes sabe que a correspondência entre os dois conjuntos de letras é a seguinte:

  • h - A
  • e - Z
  • i - N
  • l - C
  • h - Z
  • i - E
  • t - A
  • l - P
  • e - B
  • r - H

Agora Holmes pega o disco 1, que contém o alfabeto cifrado:

1: <ZWAXJGDLUBVIQHKYPNTCRMOSFE <

O primeiro par de letras é "h: A", e Holmes conta ao longo do disco para determinar que o deslocamento entre as duas letras é 15. O segundo par de letras é "e: Z", e ele vê imediatamente que o deslocamento é 1 . Ele continua esse processo para cada par de letras do disco 1 e, em seguida, segue o mesmo procedimento para os outros nove discos, produzindo a seguinte tabela: 

       h:A  e:Z  i:N  l:C  h:Z  i:E  t:A  l:P  e:B  r:H
       ________________________________________________
  1:    15    1    6   12   13   14   10    9   10   19
  2:    14    5    6    3   16    4   22   23   25    7
  3:    15   15    4    2   17   12   14   25   10    7
  4:    18    7   10    7   14   20   12   25    1    6
  5:     4   14   20   13   20    7   21   14   25   24
  6:    22   16    3   17   10   19    1   14   14   14
  7:    14   15   14    8    7   12   15   19   12   13
  8:    21   12   12   22    5    2   14    8    8   14
  9:    11   14   15   14   15   14   16   25    5    2
  10:    5   23    5   21   17   21   20    6   14   12

Enquanto Holmes prepara a mesa, o valor "14" rapidamente salta para ele como um elemento comum e, ao completar a mesa, prova ser o único elemento comum. Este é obviamente o deslocamento da linha do texto simples para o texto cifrado. Ele remove os outros valores para maior clareza: 

       h:A  e:Z  i:N  l:C  h:Z  i:E  t:A  l:P  e:B  r:H
       ________________________________________________
  1:     -    -    -    -    -   14    -    -    -    -
  2:    14    -    -    -    -    -    -    -    -    -
  3:     -    -    -    -    -    -   14    -    -    -
  4:     -    -    -    -   14    -    -    -    -    -
  5:     -   14    -    -    -    -    -   14    -    -
  6:     -    -    -    -    -    -    -   14   14   14
  7:    14    -   14    -    -    -    -    -    -    -
  8:     -    -    -    -    -    -   14    -    -   14
  9:     -   14    -   14    -   14    -    -    -    -
  10:    -    -    -    -    -    -    -    -   14    -

Agora Holmes reorganiza os discos para refletir a ordem correta das letras no cilindro. Isso é feito reorganizando as linhas da tabela para que o valor "14" apareça em todas as células ao longo da diagonal principal da tabela. Nesse caso, não há ambigüidades na disposição dos discos; mas, se houvesse, um pequeno teste de blocos subsequentes do texto cifrado revelaria a ordem adequada. 

       h:A  e:Z  i:N  l:C  h:Z  i:E  t:A  l:P  e:B  r:H
       ________________________________________________
  2:    14    -    -    -    -    -    -    -    -    -
  5:     -   14    -    -    -    -    -   14    -    -
  7:    14    -   14    -    -    -    -    -    -    -
  9:     -   14    -   14    -   14    -    -    -    -
  4:     -    -    -    -   14    -    -    -    -    -
  1:     -    -    -    -    -   14    -    -    -    -
  3:     -    -    -    -    -    -   14    -    -    -
  6:     -    -    -    -    -    -    -   14   14   14
  10:    -    -    -    -    -    -    -    -   14    -
  8:     -    -    -    -    -    -   14    -    -   14

Isso dá a chave:

2,5,7,9,4,1,3,6,10,8

No mundo real, um cilindro Bazeries tem mais discos (geralmente, 20 ou 30 em vez de 10), e é menos provável que haja um único berço que ocupe todo o cilindro. No entanto, a abordagem descrita acima ainda funciona. Mesmo se o cilindro tivesse 30 discos e um berço tivesse apenas cinco letras, Holmes poderia construir uma tabela de deslocamentos para cada um dos 30 discos para os cinco pares de letras e usá-la para restringir as possibilidades para o deslocamento e os discos usado para o berço.

Holmes poderia repetir o procedimento com vários presépios independentes na mesma mensagem, quase certamente identificando o deslocamento rapidamente e dando um melhor conhecimento da ordem dos discos. Uma vez que o deslocamento tenha sido determinado, Holmes teria o que equivalia a uma transposição direta das letras não determinada por mexer nos berços, e usaria métodos como anagramas múltiplos para quebrá-los.

Fontes

links externos