شبكة (التشفير)

في هذا المثال، تحتوي الشبكة على ثمانية ثقوب موزعة بشكل غير منتظم، تساوي طول كلمة طنجة . توضع الشبكة على ورقة مربعة، وتُكتب الأحرف من أعلى إلى أسفل. عند إزالة الشبكة، تمتلئ الورقة المربعة بأحرف وأرقام عشوائية.

لا تُستخدم جميع الشفرات للتواصل مع الآخرين؛ فقد تُحفظ السجلات والتذكيرات مشفرةً لاستخدام المُنشئ وحده. وتُعدّ الشبكة حلاً سهلاً لحماية المعلومات الموجزة، مثل الكلمات المفتاحية أو الأرقام الرئيسية، في مثل هذه الحالات.

في حالة الاتصال باستخدام تشفير الشبكة، يجب أن يمتلك كل من المرسل والمستلم نسخة متطابقة من الشبكة. يؤدي فقدان الشبكة إلى فقدان محتمل لجميع المراسلات السرية المشفرة بها. إما أن الرسائل لا يمكن قراءتها (أي فك تشفيرها)، أو أن شخصًا آخر (يمتلك الشبكة المفقودة) قد يقرأها.

وقد اقتُرح استخدام آخر لهذه الشبكة: فهي طريقة لتوليد سلاسل شبه عشوائية من نص موجود مسبقًا. وقد طُرح هذا الرأي في سياق مخطوطة فوينيتش . وهو مجال من مجالات التشفير أطلق عليه ديفيد كان اسم "علم الألغاز"، ويتناول أعمال الدكتور جون دي والشفرات التي يُفترض أنها مُضمنة في أعمال شكسبير والتي تُثبت أن فرانسيس بيكون هو من كتبها، والتي قام ويليام ف. فريدمان بفحصها وتفنيدها. ^{[ 2 ]}

يُروى أن رئيس المخابرات الإليزابيثي، السير فرانسيس والسينغهام (1530-1590)، استخدم "شبكة" لإخفاء حروف النص الأصلي في مراسلاته مع عملائه. مع ذلك، كان يُفضّل عمومًا طريقة التشفير المُدمجة المعروفة باسم " النومنكلاتور" ، والتي كانت تُعتبر أحدث التقنيات العملية في عصره. وُصفت الشبكة بأنها أداة ذات فراغات قابلة للعكس. ويبدو أنها كانت أداة تبديل تُنتج شيئًا يُشبه إلى حد كبير شيفرة "سياج السكة الحديد" وتُشبه رقعة الشطرنج.

ليس من المعروف أن كاردانو هو من اقترح هذا التعديل، لكنه كان لاعب شطرنج ومؤلف كتاب عن ألعاب الشطرنج، لذا فمن المرجح أن يكون هذا النمط مألوفًا لديه. فبينما تحتوي شبكة كاردانو العادية على ثقوب عشوائية، فإن تطبيق طريقته في قطع الثقوب على المربعات البيضاء في رقعة الشطرنج ينتج عنه نمط منتظم.

يبدأ المُشفّر بوضع رقعة الشطرنج في وضعية خاطئة. يُكتب كل حرف من الرسالة في مربع منفصل. إذا كُتبت الرسالة عموديًا، تُحذف أفقيًا، والعكس صحيح.

بعد كتابة 32 حرفًا، تُدار اللوحة 90 درجة وتُكتب 32 حرفًا أخرى (لاحظ أن قلب اللوحة أفقيًا أو رأسيًا يُعادل ذلك). تُملأ الرسائل القصيرة بأحرف فارغة (أي، حشو ). أما الرسائل التي يزيد طولها عن 64 حرفًا فتتطلب قلب اللوحة مرة أخرى وورقة أخرى. إذا كان النص قصيرًا جدًا، فيجب ملء كل مربع بالكامل بأحرف فارغة.

JMTHHDLISIYPSLUIAOWAE TIEENWAPDENENELGOONNA ITEEFNKERLOONDDNTTENR X

تنتج طريقة النقل هذه نمطًا ثابتًا، وهي ليست آمنة بشكل مرضٍ لأي شيء آخر غير الملاحظات السريعة.

33، 5، 41، 13، 49، 21، 57، 29، 1، 37، 9، 45، 17، 53، 25، 61، 34، 6، 42، 14، 50، 22، 58، 30، 2، 38، 10، 46، 18، 54، 26، 62، 35، 7، 43، 15، 51، 23، 59، 31، 3، 39، 11، 47، 19، 55، 27، 63، 36، 8، 44، 16، 52، 24، 60، 32، 4، 40، 12، 48، 20، 56، 28، 64

يلزم إجراء تبديل ثانٍ لإخفاء الأحرف. وباتباع تشبيه الشطرنج، قد يكون المسار المتبع هو حركة الحصان. أو يمكن الاتفاق على مسار آخر، مثل حلزون معكوس، بالإضافة إلى عدد محدد من الفراغات لملء بداية ونهاية الرسالة.

يمكن وضع شبكات كاردان المستطيلة في أربعة مواضع. أما الشبكة الشبكية أو رقعة الشطرنج فلها موضعان فقط، لكنها أدت إلى ظهور شبكة دوارة أكثر تطوراً بأربعة مواضع يمكن تدويرها في اتجاهين.

وصف البارون إدوارد فلايسنر فون وستروويتز ، وهو عقيد متقاعد في سلاح الفرسان النمساوي، شكلاً مختلفاً من شفرة رقعة الشطرنج في عام 1880، وقد اعتمد الجيش الألماني شبكاته خلال الحرب العالمية الأولى. غالباً ما تُسمى هذه الشبكات باسم فلايسنر، على الرغم من أنه استقى مادته إلى حد كبير من عمل ألماني نُشر في توبنغن عام 1809، كتبه كلوبير الذي نسب هذا الشكل من الشبكة إلى كاردانو، كما فعلت هيلين فوشيه غينز . ^{[ 3 ]}

يشير باور إلى أن الشبك استُخدم في القرن الثامن عشر، على سبيل المثال في عام 1745 في إدارة حاكم المدينة الهولندي ويليام الرابع. وفي وقت لاحق، درس عالم الرياضيات سي إف هيندنبورغ الشبك الدوار بشكل أكثر منهجية في عام 1796. "[إنها] تسمى غالبًا بشبك فلايسنر عن جهل بأصلها التاريخي."

يُنتج أحد أشكال شبكة فلايسنر (أو فلايسنر) 16 ثقبًا في شبكة 8×8 - 4 ثقوب في كل ربع. إذا كانت المربعات في كل ربع مرقمة من 1 إلى 16، فيجب استخدام كل رقم من الأرقام الـ 16 مرة واحدة فقط. وهذا يسمح بتنوع كبير في وضع الفتحات.

تحتوي الشبكة على أربعة أوضاع: الشمال، والشرق، والجنوب، والغرب. يكشف كل وضع 16 مربعًا من أصل 64. يضع المُشفّر الشبكة على ورقة ويكتب الأحرف الستة عشر الأولى من الرسالة. ثم، بتدوير الشبكة 90 درجة، تُكتب الأحرف الستة عشر التالية، وهكذا حتى تمتلئ الشبكة.

من الممكن تصميم شبكات بأبعاد مختلفة؛ ولكن، إذا كان عدد المربعات في أحد الأرباع فرديًا، حتى لو كان المجموع عددًا زوجيًا، فيجب أن يحتوي أحد الأرباع أو الأقسام على ثقب إضافي. غالبًا ما تُستخدم صورة 6×6 كمثال لشبكة فلايسنر لتسهيل العرض؛ عدد الفتحات في أحد الأرباع هو 9، لذا تحتوي ثلاثة أرباع على فتحتين، ويجب أن يحتوي ربع واحد على 3 فتحات. لا يوجد نمط قياسي للفتحات: يقوم المستخدم بإنشائها، وفقًا للوصف أعلاه، بهدف الحصول على مزيج متناسق.

اكتسبت هذه الطريقة شهرة واسعة عندما استخدم جول فيرن شبكة دوارة كأداة حبكة في روايته ماتياس ساندورف ، التي نُشرت عام 1885. وكان فيرن قد صادف الفكرة في أطروحة فلايسنر Handbuch der Kryptographie التي ظهرت عام 1881.

صُنعت شبكات فلايسنر بأحجام مختلفة خلال الحرب العالمية الأولى، واستخدمها الجيش الألماني في نهاية عام 1916. ^{[ 4 ]} كان لكل شبكة اسم رمزي مختلف: 5x5 آنا؛ 6x6 بيرتا؛ 7x7 كلارا؛ 8x8 دورا؛ 9x9 إميل؛ 10x10 فرانز. كانت أنظمتها الأمنية ضعيفة، وسُحبت بعد أربعة أشهر.

كانت إحدى طرق تحديد حجم الشبكة المستخدمة هي إدخال رمز مفتاح في بداية النص المشفر: E = 5؛ F = 6، وهكذا. يمكن تدوير الشبكة في أي اتجاه، ولا يشترط أن يكون وضع البداية باتجاه الشمال. من الواضح أن طريقة العمل تتم بالتنسيق بين المرسل والمستقبل، ويمكن تشغيلها وفقًا لجدول زمني.

في الأمثلة التالية، يحتوي نصان مشفران على الرسالة نفسها. تم إنشاؤهما من الشبكة النموذجية، بدءًا من الوضع الشمالي، ولكن أحدهما يتكون بتدوير الشبكة باتجاه عقارب الساعة والآخر عكس اتجاه عقارب الساعة. ثم يُستخرج النص المشفر من الشبكة بخطوط أفقية - ولكن يمكن استخراجه عموديًا أيضًا.

باتجاه عقارب الساعة

ITIT ILOH GEHE TCDF LENS IIST FANB FSET EPES HENN URRE NEEN TRCG PR&I ODCT SLOE

عكس اتجاه عقارب الساعة

LEIT CIAH GTE TIDF LENB IIET FONS FSST URES NEDN EPRE HEEN TRTG PROI ONEC SL&C

في عام 1925، بدأ لويجي ساكو، من سلاح الإشارة الإيطالي، بتأليف كتاب عن الشفرات تضمن تأملات حول شفرات الحرب العالمية الأولى، بعنوان "Nozzioni di crittografia" . ولاحظ أن طريقة فليسنر يمكن تطبيقها على الشفرات التجزئية، مثل شفرة ديلاستيل بيفيد أو شفرة فور سكوير ، مع زيادة كبيرة في مستوى الأمان.

تُعد الشفرات الشبكية أيضًا أداة مفيدة لنقل الأحرف الصينية؛ فهي تتجنب نسخ الكلمات إلى أحرف أبجدية أو مقطعية يمكن تطبيق شفرات أخرى عليها (على سبيل المثال، شفرات الاستبدال ).

بعد الحرب العالمية الأولى، جعل التشفير الآلي أجهزة التشفير البسيطة عتيقة، وتراجع استخدام تشفير الشبكة إلا لأغراض الهواة. ومع ذلك، فقد وفرت الشبكات أفكارًا أولية لتشفير التبديل الذي ينعكس في علم التشفير الحديث.

تحتوي شفرة D'Agapeyeff التي لم يتم حلها ، والتي تم طرحها كتحدٍ في عام 1939، على 14x14 دينوم وقد تكون مبنية على فكرة ساكو لنقل نص مشفر مجزأ عن طريق شبكة.

يمكن تبسيط عملية توزيع الشبكات، وهي مثال على مشكلة تبادل المفاتيح المعقدة ، باستخدام شبكة جاهزة من طرف ثالث على شكل لغز الكلمات المتقاطعة في إحدى الصحف. مع أن هذا ليس تشفيرًا شبكيًا بالمعنى الدقيق، إلا أنه يشبه رقعة الشطرنج مع إزاحة المربعات السوداء، ويمكن استخدامه بطريقة كاردان. يمكن كتابة نص الرسالة أفقيًا في المربعات البيضاء واستخراج النص المشفر رأسيًا، أو العكس.

CTATI ETTOL TTOEH RRHEI MUCKE SSEEL AUDUE RITSC VISCH NREHE LEERD DTOHS ESDNN LEWAC LEONT OIIEA RRSET LLPDR EIVYT ELTTD TOXEA E4TMI GIUOD PTRT1 ENCNE ABYMO NOEET EBCAL LUZIU TLEPT SIFNT ONUYK YOOOO

ومرة أخرى، وبناءً على ملاحظة ساكو، فإن هذه الطريقة تعطل التشفير التجزئي مثل تشفير بلايفير المتسلسل .

تُعدّ الكلمات المتقاطعة أيضاً مصدراً محتملاً للكلمات المفتاحية. تحتوي الشبكة الموضحة في الشكل على كلمة لكل يوم من أيام الشهر، مع ترقيم المربعات.