شيفرة بلايفير

شيفرة بلايفير، أو مربع بلايفير، أو شيفرة ويتستون-بلايفير، هي تقنية تشفير متناظرة يدوية ، وكانت أول شيفرة استبدال حرفي ثنائي . ابتكرها تشارلز ويتستون عام 1854 ، لكنها تُنسب إلى اللورد بلايفير لتشجيعه على استخدامها.

تعتمد هذه التقنية على تشفير أزواج الأحرف ( ثنائيات الأحرف أو ثنائيات الحروف )، بدلاً من الأحرف المفردة كما في تشفير الاستبدال البسيط وأنظمة تشفير فيجنير الأكثر تعقيدًا التي كانت مستخدمة آنذاك. ولذلك، يُعدّ تشفير بلايفير أصعب بكثير في الاختراق، إذ لا يُجدي معه تحليل التردد المستخدم في تشفير الاستبدال البسيط. صحيح أن تحليل تردد ثنائيات الأحرف ممكن، ولكنه أكثر صعوبة بكثير. فمع وجود 600 ثنائية أحرف محتملة ^{[ 1 ]} بدلاً من 26 أحادية حرف محتملة (رموز مفردة، عادةً أحرف في هذا السياق)، يتطلب الأمر نصًا مشفرًا أكبر بكثير ليكون مفيدًا.

كانت شيفرة بلايفير أول شيفرة تُستخدم لتشفير أزواج من الأحرف في تاريخ علم التشفير. ^{[ 2 ]} اخترع ويتستون هذه الشيفرة لضمان السرية في التلغراف ، ولكنها تحمل اسم صديقه اللورد بلايفير ، البارون الأول لبلايفير من سانت أندروز، الذي شجع على استخدامها. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} أول وصف مُسجل لشيفرة بلايفير ورد في وثيقة وقّعها ويتستون في 26 مارس 1854.

رفضت وزارة الخارجية البريطانية في البداية هذا النظام عند تطويره بسبب تعقيده المزعوم. عرض ويتستون إثبات أن ثلاثة من كل أربعة أولاد في مدرسة قريبة يمكنهم تعلم استخدامه في 15 دقيقة، لكن وكيل وزارة الخارجية رد قائلاً: "هذا ممكن جداً، لكن لا يمكنك أبداً تعليمه للملحقين العسكريين". ^{[ 6 ]}

إلا أنه استُخدم لاحقًا لأغراض تكتيكية من قِبل القوات البريطانية في حرب البوير الثانية والحرب العالمية الأولى ، وللغرض نفسه من قِبل البريطانيين والأستراليين خلال الحرب العالمية الثانية . ^{[ 4 ] [ 5 ]} ويعود ذلك إلى سهولة وسرعة استخدام نظام بلايفير، وعدم حاجته إلى معدات خاصة، إذ يكفي قلم رصاص وورقة. ومن السيناريوهات الشائعة لاستخدام بلايفير حماية الأسرار المهمة، وإن لم تكن بالغة الأهمية، أثناء القتال الفعلي، كإخبار العدو بأن قصفًا مدفعيًا بقذائف دخانية سيبدأ في غضون 30 دقيقة لتغطية تقدم الجنود نحو الهدف التالي. وبحلول الوقت الذي يتمكن فيه محللو الشفرات من فك تشفير هذه الرسائل بعد ساعات، ستكون هذه المعلومات قد فقدت جدواها بالنسبة لهم. ^{[ 7 ]}

خلال الحرب العالمية الثانية، استخدمت حكومة نيوزيلندا هذه الشفرة للتواصل بين نيوزيلندا وجزر تشاتام ومراقبي السواحل في جزر المحيط الهادئ. ^{[ 8 ] [ 9 ]} كما استخدم مراقبو السواحل التابعون للاستخبارات البحرية الملكية الأسترالية هذه الشفرة. ^{[ 7 ]}

لم يعد نظام بلايفير مستخدماً من قبل القوات العسكرية بسبب ثغراته الأمنية المعروفة واختراع أجهزة التشفير الآلية. وقد اعتُبر غير آمن منذ ما قبل الحرب العالمية الأولى .

نُشر أول حل لشفرة بلايفير في كتيب من 19 صفحة بقلم الملازم جوزيف أو. موبورن ، عام 1914. ^{[ 10 ]} ووصفه ويليام فريدمان عام 1942 بأنه لا يوفر سوى القليل من الأمان. ^{[ 11 ]}

تعتمد شيفرة بلايفير على جدول 5 × 5 يحتوي على كلمة أو عبارة مفتاحية . كل ما يتطلبه الأمر لإنشاء الجدول 5 × 5 واستخدام الشيفرة هو حفظ الكلمة المفتاحية واتباع 4 قواعد بسيطة.

لإنشاء جدول المفتاح، تُملأ الفراغات في الجدول ( مربع بوليبيوس مُعدّل ) بأحرف الكلمة المفتاحية (مع حذف أي أحرف مُكررة)، ثم تُملأ الفراغات المتبقية ببقية أحرف الأبجدية بالترتيب (عادةً ما يُحذف الحرفان "J" أو "Q" لتقليص عدد الأحرف؛ وفي بعض النسخ يُوضع الحرفان "I" و"J" في نفس الفراغ). يُمكن كتابة المفتاح في الصفوف العلوية من الجدول، من اليسار إلى اليمين، أو بنمط آخر، مثل شكل حلزوني يبدأ من الزاوية العلوية اليسرى وينتهي في المنتصف. تُشكّل الكلمة المفتاحية مع قواعد ملء الجدول 5×5 مفتاح التشفير.

لتشفير رسالة، تُقسّم الرسالة إلى ثنائيات (مجموعات من حرفين) بحيث تصبح، على سبيل المثال، "HelloWorld" هي "HE LL OW OR LD". تُستبدل هذه الثنائيات باستخدام جدول المفاتيح. ولأن التشفير يتطلب أزواجًا من الأحرف، تُضاف عادةً إلى الرسائل ذات عدد فردي من الأحرف حرف غير شائع، مثل "X"، لإكمال الثنائية النهائية. يُعتبر الحرفان في الثنائية زاويتين متقابلتين لمستطيل في جدول المفاتيح. لإجراء الاستبدال، تُطبّق القواعد الأربع التالية، بالترتيب، على كل زوج من الأحرف في النص الأصلي:

1. إذا كان الحرفان متطابقين (أو لم يتبقَّ سوى حرف واحد)، فأضف "X" بعد الحرف الأول. شفّر الزوج الجديد وتابع. تستخدم بعض صيغ خوارزمية بلايفير الحرف "Q" بدلًا من "X"، ولكن أي حرف، بشرط ألا يكون تكراره شائعًا، سيفي بالغرض.
2. إذا ظهرت الأحرف في نفس صف الجدول، فاستبدلها بالأحرف الموجودة على يمينها مباشرة (مع الالتفاف إلى الجانب الأيسر من الصف إذا كان أحد الأحرف في الزوج الأصلي على الجانب الأيمن من الصف).
3. إذا ظهرت الأحرف في نفس عمود الجدول، فاستبدلها بالأحرف الموجودة أسفلها مباشرة (مع الالتفاف إلى الجانب العلوي من العمود إذا كان أحد الأحرف في الزوج الأصلي موجودًا في الجانب السفلي من العمود).
4. إذا لم تكن الأحرف في نفس الصف أو العمود، فاستبدلها بالأحرف الموجودة في نفس الصف، ولكن في الزاوية الأخرى من المستطيل المحدد بالزوج الأصلي. الترتيب مهم - الحرف الأول من الزوج المشفر هو الحرف الموجود في نفس صف الحرف الأول من الزوج الأصلي.

لفك التشفير، استخدم عكس قاعدتي الإزاحة، واختر الحرف إلى اليسار أو الأعلى حسب الحاجة. تبقى القاعدة الأخيرة دون تغيير، حيث تُبدّل عملية التحويل الأحرف المُختارة من المستطيل إلى القطر المقابل، وتُعيد تكرار التحويل التحديد إلى حالته الأصلية. لا يُمكن عكس القاعدة الأولى إلا بحذف أي تكرارات زائدة للحرف المُختار - عادةً "X" أو "Q" - التي لا تُشكّل معنىً في الرسالة النهائية بعد الانتهاء.

توجد عدة اختلافات طفيفة عن شيفرة بلايفير الأصلية. ^{[ 12 ]}

باستخدام "مثال بلاي فير" كمفتاح (بافتراض أن الحرفين I و J قابلان للتبديل)، يصبح الجدول (الأحرف المحذوفة باللون الأحمر):

تتمثل الخطوة الأولى في تشفير الرسالة "hide the gold in the tree stump" في تحويلها إلى أزواج الأحرف "HI DE TH EG OL DI NT HE TR EX ES TU MP" (مع استخدام الحرف "X" الفارغ لفصل الأحرف "E" المتكررة). ثم:

1. يشكل الزوج HI مستطيلاً، استبدله بـ BM
2. إذا كان الزوج DE موجودًا في عمود، فاستبدله بـ OD
3. يشكل الزوج TH مستطيلاً، استبدله بـ ZB
4. يشكل الزوج EG مستطيلاً، استبدله بـ XD
5. يشكل الزوج OL مستطيلاً، استبدله بـ NA
6. يشكل الزوج DI مستطيلاً، استبدله بـ BE
7. يشكل الزوج NT مستطيلاً، استبدله بـ KU
8. يشكل الزوج HE مستطيلاً، استبدله بـ DM
9. يشكل الزوج TR مستطيلاً، استبدله بـ UI
10. الزوج EX (تم إدخال X لفصل EE) موجود في صف واحد، استبدله بـ XM
11. يشكل الزوج ES مستطيلاً، استبدله بـ MO
12. إذا كان الزوج TU متتاليًا، فاستبدله بـ UV
13. يشكل الزوج MP مستطيلاً، استبدله بـ IF

وهكذا تصبح الرسالة "إخفاء الذهب في جذع الشجرة" "BM OD ZB XD NA BE KU DM UI XM MO UV IF"، والتي يمكن إعادة هيكلتها على النحو التالي "BMODZ BXDNA BEKUD MUIXM MOUVI F" لتسهيل قراءة النص المشفر.

لنفترض أننا نريد تشفير الرسم البياني المزدوج OR. هناك خمس حالات عامة:

*  *  *  *  * *  O  Y  R  Z *  *  *  *  * *  *  *  *  * *  *  *  *  *

*  *  O  *  * *  *  ب  *  * *  *  *  *  * *  *  R  *  * *  *  Y  *  *

Z  *  *  O  * *  *  *  *  * *  *  *  *  * R  *  *  X  * *  *  *  *  *

*  *  *  *  * *  *  *  *  * *  O  RW  * ​ *  *  *  *  * *  *  *  *  *

*  *  *  *  * *  *  R  *  * *  *  O  *  * *  *  أنا  *  * *  *  *  *  *

كغيرها من معظم الشفرات الكلاسيكية، يمكن فك شفرة بلايفير بسهولة إذا توفرت كمية كافية من النص. ويُعدّ الحصول على المفتاح أمرًا يسيرًا نسبيًا إذا عُرف كلٌّ من النص الأصلي والنص المشفر . أما إذا عُرف النص المشفر فقط، فإن تحليل الشفرة باستخدام أسلوب التجربة والخطأ يتضمن البحث في فضاء المفاتيح عن تطابقات بين تكرار ظهور الثنائيات (أزواج الأحرف) وتكرار ظهور الثنائيات المعروف في اللغة المفترضة للرسالة الأصلية. ^{[ 12 ]}

يُشابه تحليل شفرة بلايفير تحليل شفرات المربعات الأربعة والمربعين ، إلا أن بساطة نظام بلايفير النسبية تُسهّل تحديد سلاسل النص الأصلي المحتملة. والجدير بالذكر أن ثنائي بلايفير وعكسه (مثل AB وBA) يُفكّان إلى نفس نمط الأحرف في النص الأصلي (مثل RE وER). في اللغة الإنجليزية، توجد كلمات عديدة تحتوي على هذه الثنائيات المعكوسة، مثل REceivER وDEpartED. يُعدّ تحديد الثنائيات المعكوسة المجاورة في النص المشفر ومطابقة النمط مع قائمة كلمات نصية أصلية معروفة تحتوي على هذا النمط طريقة سهلة لتوليد سلاسل نصية أصلية محتملة يُمكن البدء بها في بناء المفتاح.

يُعدّ أسلوب "التسلق التلّي العشوائي " نهجًا مختلفًا لفكّ شفرة بلايفير . يبدأ هذا الأسلوب بمربع عشوائي من الأحرف، ثم تُجرى عليه تغييرات طفيفة (مثل تبديل الأحرف أو الصفوف أو عكس المربع بأكمله) لمعرفة ما إذا كان النصّ المُرشّح أقرب إلى النصّ الأصليّ القياسيّ ممّا كان عليه قبل التغيير (ربما بمقارنة الثنائيات بجدول ترددات معروف). إذا اعتُبر المربع الجديد مُحسّنًا، يُعتمد ثم يُجرى عليه المزيد من التعديلات للعثور على نصّ مُرشّح أفضل. في النهاية، يُعثر على النصّ الأصليّ أو نصّ قريب منه جدًا لتحقيق أعلى درجة ممكنة وفقًا لطريقة التقييم المُختارة. من الواضح أن هذا يتجاوز قدرة الإنسان العادي على التحمّل، لكن يمكن للحواسيب استخدام هذه الخوارزمية لفكّ شفرات بلايفير باستخدام كمية نصّ صغيرة نسبيًا.

من بين الجوانب الأخرى التي تميز خوارزمية بلايفير عن خوارزميات التشفير الرباعية المربعة والثنائية المربعة، أنها لا تحتوي أبدًا على رمز ثنائي مكون من حرفين، مثل EE. إذا لم يكن هناك أي رمز ثنائي مكون من حرفين في النص المشفر، وكان طول الرسالة كافيًا لجعل هذا الأمر ذا دلالة إحصائية، فمن المرجح جدًا أن تكون طريقة التشفير المستخدمة هي بلايفير.

يمكن الاطلاع على شرحٍ وافٍ لإعادة بناء مفتاح تشفير بلايفير في الفصل السابع، "حلول أنظمة الاستبدال متعدد الأحرف"، من الدليل الميداني 34-40-2 ، الصادر عن جيش الولايات المتحدة. كما يمكن الاطلاع على تحليل تشفيري آخر لتشفير بلايفير في الفصل الحادي والعشرين من كتاب هيلين فوشيه غينز " التحليل التشفيري / دراسة للتشفيرات وحلولها" . ^{[ 13 ]}

يُقدّم الفصل الثامن والعشرون من رواية دوروثي إل. سايرز البوليسية " هاف هيز كاركيس" (1932) تحليلًا تفصيليًا لشفرة بلايفير . في هذه القصة، يُبيّن ضعف رسالة بلايفير من الناحية التشفيرية، إذ يتمكّن المحقق من فكّ الشفرة بالكامل بمجرد تخمينات قليلة حول تنسيق الرسالة (في هذه الحالة، أن الرسالة تبدأ باسم مدينة ثم تاريخ). يتضمن كتاب سايرز وصفًا دقيقًا لآلية تشفير بلايفير، بالإضافة إلى شرح مفصّل لخطوات التحليل اليدوي للشفرات.

استخدم الجيش والقوات الجوية والشرطة الألمانية شيفرة "بلايفير المزدوجة" كشفرة متوسطة المستوى خلال الحرب العالمية الثانية، استنادًا إلى شيفرة "بلايفير" البريطانية التي تمكنوا من فكها في بداية الحرب العالمية الأولى. ^{[ 14 ]} قاموا بتعديلها بإضافة مربع ثانٍ يُختار منه الحرف الثاني من كل ثنائي، واستغنوا عن الكلمة المفتاحية، ووضعوا الأحرف بترتيب عشوائي. ولكن نظرًا لميل الألمان إلى الرسائل الجاهزة ، فقد تم فكها في بليتشلي بارك . كانت الرسائل تسبقها أرقام متسلسلة، وكانت الأرقام تُكتب بالأحرف. ولأن الأرقام الألمانية من 1 (eins) إلى 12 (zwölf) تحتوي على جميع الأحرف في مربعات "بلايفير المزدوجة" باستثناء ثمانية أحرف، فقد كان فك الرسائل الجاهزة سهلًا نسبيًا (سميث، صفحة 74-75).

تتضمن بعض الكلمات المتقاطعة المعقدة ذات الطابع الموضوعي المتقدم ، مثل كلمات متقاطعة "ذا ليسنر" (التي تُنشر في عدد يوم السبت من صحيفة التايمز البريطانية )، شفرات بلايفير أحيانًا. ^{[ 15 ]} عادةً ما يتطلب الأمر إدخال ما بين أربعة إلى ستة إجابات في الشبكة باستخدام الشفرة، وتكون عبارة بلايفير الرئيسية ذات أهمية موضوعية للحل النهائي.

تُعدّ هذه الشفرة مناسبةً تمامًا لألغاز الكلمات المتقاطعة، إذ يُكتشف النص الأصلي بحلّ مجموعة من الأدلة، بينما يُكتشف النص المشفر بحلّ أدلة أخرى. ويمكن للمُحلّين بعد ذلك إنشاء جدول المفاتيح عن طريق ربط الثنائيات (قد يكون من الممكن أحيانًا تخمين الكلمة المفتاحية، ولكن ليس بالضرورة).

يُشرح استخدام شيفرة بلايفير عادةً كجزء من مقدمة الكلمات المتقاطعة، مما يُسهّل على من لم يسبق لهم استخدام هذه الشيفرة فهمها. لكن طريقة استخدامها تبقى ثابتة. فالأبجدية المكونة من 25 حرفًا تحتوي دائمًا على الحرف Q، ويتطابق فيها الحرفان I وJ. ويتم ملء جدول المفاتيح صفًا تلو الآخر.

• تقدم رواية " هاف هيز كاركاس" التي صدرت عام 1932 للكاتبة دوروثي إل. سايرز سردًا مفصلاً لعملية فك شفرة بلايفير.
• تخفي رواية الإثارة "حصان طروادة" التي كتبها هاموند إينيس عام 1940 والتي تدور أحداثها خلال الحرب العالمية الثانية، تركيبة سبيكة معدنية جديدة عالية القوة باستخدام شفرة بلايفير.
• في فيلم National Treasure: Book of Secrets الذي صدر عام 2007 ، تم تشفير دليل البحث عن الكنز باستخدام شيفرة بلايفير.
• في الكتاب الصوتي لعام 2007 بعنوان "الملاك المارق : إله الرعد" ، تم استخدام دليل شفرة بلايفير لإرسال أنجا كريد إلى البندقية.
• في عام 2018، تم ذكر الشفرة في الموسم الرابع الحلقة الأولى من مسلسل Blindspot (مسلسل تلفزيوني) أثناء تحليل أحد الأدلة.
• في رواية يورك: خريطة النجوم (الجزء الثالث من ثلاثية للأطفال) للورا روبي الصادرة عام 2020 ، تم تشفير دليل لحل شفرة مورنينغستار باستخدام شفرة بلايفير.
• في عام 2021، تم استخدام شفرة بلايفير كأداة حبكة في إحدى حلقات الموسم الثاني من مسلسل باتومان (مسلسل تلفزيوني) .
• في رواية S. لعام 2013 ، من تأليف دوغ دورست وفكرة جي جي أبرامز ، تم اكتشاف شفرة بلايفير في الحواشي السفلية للقصة.

• مواضيع في علم التشفير

• غينز، هيلين فوشيه (1956) [1939]، تحليل الشفرات / دراسة للشفرات وحلولها ، دوفر، ISBN 0-486-20097-3{{citation}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
• سميث، مايكل، المحطة X: محللو الشفرات في بليتشلي بارك (1998، كتب القناة الرابعة/ماكميلان، لندن) ISBN 0-7522-2189-2
• كان، ديفيد (1996)، كاسرو الشفرات: التاريخ الشامل للاتصالات السرية من العصور القديمة إلى الإنترنت ، سكريبنر، ISBN 978-0684831305

• تشفير وفك تشفير بلايفير عبر الإنترنت باستخدام جافا سكريبت
• مقتطف من بعض ملاحظات المحاضرات حول التشفير – التشفير الثنائي: بلايفير
• شفرة بلايفير
• تطبيق تشفير بلايفير على منصات متعددة
• تطبيق جافا سكريبت لخوارزمية بلايفير
• تطبيق بايثون وستريمليت لتشفير بلايفير