فحص كاسيسكي

في تحليل الشفرات ، يُعدّ فحص كاسيسكي (المعروف أيضًا باسم اختبار كاسيسكي أو طريقة كاسيسكي ) أسلوبًا لمهاجمة شفرات الاستبدال متعددة الأبجديات ، مثل شفرة فيجنير . ^{[ 1 ] [ 2 ]} نُشر لأول مرة بواسطة فريدريك كاسيسكي عام 1863، ^{[ 3 ]} ولكن يبدو أن تشارلز باباج اكتشفه بشكل مستقل في وقت مبكر من عام 1846. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

في تشفيرات الاستبدال متعددة الأبجديات ، حيث تُختار أبجديات الاستبدال باستخدام كلمة مفتاحية ، يُمكّن فحص كاسيسكي محلل الشفرات من استنتاج طول الكلمة المفتاحية. بمجرد اكتشاف طول الكلمة المفتاحية، يُرتب محلل الشفرات النص المشفر في n عمودًا، حيث n هو طول الكلمة المفتاحية. بعد ذلك، يُمكن التعامل مع كل عمود كنص مشفر لتشفير استبدال أحادي الأبجدية . وبالتالي، يُمكن مهاجمة كل عمود باستخدام تحليل التردد . ^{[ 7 ]} وبالمثل، عند استخدام آلة تشفير ذات دوارات متدفقة ، قد تُتيح هذه الطريقة استنتاج طول كل دوار على حدة.

يتضمن فحص كاسيسكي البحث عن سلاسل من الأحرف المتكررة في النص المشفر . يجب أن تتكون هذه السلاسل من ثلاثة أحرف أو أكثر لكي ينجح الفحص. عندئذٍ، من المرجح أن تكون المسافات بين التكرارات المتتالية لهذه السلاسل من مضاعفات طول الكلمة المفتاحية. وبالتالي، فإن العثور على المزيد من السلاسل المتكررة يقلل من الأطوال المحتملة للكلمة المفتاحية، حيث يمكننا إيجاد القاسم المشترك الأكبر لجميع المسافات. ^{[ 8 ]}

يكمن سر نجاح هذا الاختبار في أنه إذا تكررت سلسلة نصية في النص الأصلي ، وكانت المسافة بين الأحرف المتناظرة من مضاعفات طول الكلمة المفتاحية، فإن أحرف الكلمة المفتاحية ستصطف بنفس الطريقة في كلا موضعَي السلسلة. على سبيل المثال، لنفترض النص الأصلي التالي:

استلم الرجل والمرأة الرسالة من مكتب البريد

كلمة " the " هي سلسلة متكررة، تظهر عدة مرات. إذا قمنا بمحاذاة النص الأصلي مع كلمة مفتاحية مكونة من 5 أحرف " beads " : 

bea dsb ead sbe adsbe adsbeadsb ead sbeads bead sbe adsb eadsbe استلم الرجل والمرأة الرسالة من مكتب البريد

تُترجم كلمة "the" أحيانًا إلى "bea"، وأحيانًا إلى "sbe"، وأحيانًا أخرى إلى "ead". ومع ذلك، تُترجم إلى "sbe" مرتين، وفي نص طويل بما فيه الكفاية، من المرجح أن تُترجم عدة مرات إلى كل من هذه الاحتمالات. لاحظ كاسيسكي أن المسافة بين هذه الظهورات المتكررة يجب أن تكون من مضاعفات فترة التشفير. ^{[ 8 ]}

في هذا المثال، الدورة هي 5، والمسافة بين تكراري "sbe" هي 30، أي ستة أضعاف الدورة. لذلك، فإن القاسم المشترك الأكبر للمسافات بين التسلسلات المتكررة سيكشف عن طول المفتاح أو أحد مضاعفاته.

تكمن صعوبة استخدام فحص كاسيسكي في إيجاد السلاسل المتكررة. هذه مهمة بالغة الصعوبة عند القيام بها يدويًا، لكن الحواسيب تُسهّلها كثيرًا. مع ذلك، لا يزال الحذر مطلوبًا، إذ قد تكون بعض السلاسل المتكررة مجرد مصادفة، ما يجعل بعض مسافات التكرار مُضللة. على محلل الشفرات استبعاد المصادفات للوصول إلى الطول الصحيح. ثم، بالطبع، يجب تحليل النصوص المشفرة أحادية الأبجدية الناتجة.

1. يبحث محلل الشفرات عن مجموعات متكررة من الأحرف ويحسب عدد الأحرف بين بداية كل مجموعة متكررة. على سبيل المثال، إذا كان النص المشفر هو FGX THJAQWN FGX Q ، فإن المسافة بين مجموعات FGX هي 10. يسجل المحلل المسافات لجميع المجموعات المتكررة في النص.
2. يقوم المحلل بعد ذلك بتحليل كل رقم من هذه الأرقام. إذا تكرر أي رقم في أغلب هذه التحليلات، فمن المرجح أن يكون طول الكلمة المفتاحية. وذلك لأن تكرار المجموعات يكون أكثر احتمالاً عند تشفير الأحرف نفسها باستخدام أحرف المفتاح نفسها، وليس مجرد مصادفة؛ وهذا ينطبق بشكل خاص على السلاسل الطويلة المتطابقة. تتكرر أحرف المفتاح بمضاعفات طول المفتاح، لذا فإن معظم المسافات التي تم إيجادها في الخطوة 1 من المرجح أن تكون مضاعفات طول المفتاح. وعادةً ما يكون هناك عامل مشترك واضح.
3. بمجرد معرفة طول الكلمة المفتاحية، يُمكن تطبيق ملاحظة باباج وكاسيسكي التالية: إذا كانت الكلمة المفتاحية تتكون من N حرفًا، فيجب تشفير كل حرف رقم N باستخدام نفس الحرف من النص المفتاحي. بتجميع كل حرف رقم N معًا، يحصل المحلل على N "رسالة"، كل منها مشفرة باستخدام استبدال حرف واحد، ويمكن بعد ذلك تحليل كل جزء باستخدام تحليل التردد .
4. باستخدام الرسالة التي تم حلها، يستطيع المحلل تحديد الكلمة المفتاحية بسرعة. أو، أثناء عملية حل أجزاء الرسالة، قد يستخدم المحلل تخمينات حول الكلمة المفتاحية للمساعدة في فك رموز الرسالة.
5. بمجرد أن يعرف المعترض الكلمة الرئيسية، يمكن استخدام هذه المعرفة لقراءة الرسائل الأخرى التي تستخدم نفس المفتاح.

استخدم كاسيسكي في الواقع أسلوب "التراكب" لحل شيفرة فيجنير. بدأ بإيجاد طول المفتاح، كما ذُكر سابقًا. ثم أخذ نسخًا متعددة من الرسالة ووضعها فوق بعضها، مع إزاحة كل نسخة إلى اليسار بمقدار طول المفتاح. لاحظ كاسيسكي بعد ذلك أن كل عمود يتكون من أحرف مشفرة باستخدام أبجدية واحدة. كانت طريقته مكافئة للطريقة المذكورة أعلاه، ولكنها ربما أسهل في التصور.

تُعدّ الهجمات الحديثة على الشفرات متعددة الأبجديات مطابقةً تقريبًا لتلك الموصوفة أعلاه، مع تحسين واحد يتمثل في عدّ التطابقات . فبدلاً من البحث عن مجموعات متكررة، يقوم المحلل الحديث بأخذ نسختين من الرسالة ووضع إحداهما فوق الأخرى.

يستخدم المحللون المعاصرون أجهزة الكمبيوتر، لكن هذا الوصف يوضح المبدأ الذي تنفذه خوارزميات الكمبيوتر.

الطريقة المعممة:

1. يقوم المحلل بتحريك الرسالة السفلية حرفًا واحدًا إلى اليسار، ثم حرفًا آخر إلى اليسار، وهكذا، وفي كل مرة يمر عبر الرسالة بأكملها ويحسب عدد المرات التي يظهر فيها نفس الحرف في الرسالة العلوية والسفلية.
2. يزداد عدد "المصادفات" بشكل حاد عندما يتم تحريك الرسالة السفلية بمضاعفات طول المفتاح، لأنه حينها تكون الأحرف المتجاورة في نفس اللغة باستخدام نفس الأبجدية.
3. بعد تحديد طول المفتاح، يتم إجراء تحليل التشفير كما هو موضح أعلاه باستخدام تحليل التردد .

• تحليل الشفرات: فك شفرة فيجنير باستخدام اختبار كاسيسكي على يوتيوب - فيديو يوضح كيفية فك شفرة فيجنير باستخدام اختبار كاسيسكي