Кіріспе
Қарапайым және кеңінен танымал шифрлау техникасы
Криптографияда Цезарь шифры, Цезарьдің шифры, ауыстыру шифры, Цезарь коды немесе Цезарь жылжуы деп те аталатын бұл, ең қарапайым және кеңінен танымал шифрлау техникаларының бірі. Бұл – жай ауыстыру шифрының бір түрі, онда қарапайым мәтіндегі әр әріп алфавит бойынша белгілі бір санға жылжытылған әріппен алмастырылады. Мысалы, 3 әріпке солға жылжытқанда, әріпі әріпімен, әріпі әріпімен алмастырылады, және т.б. Бұл әдіс Юлий Цезарьдің жеке хаттарында қолданғандығымен аталған. Цезарь шифрымен жүзеге асырылатын шифрлау қадамы көбінесе Вигенер шифры сияқты күрделі схемалардың бір бөлігі ретінде қолданылады және ROT13 жүйесінде де қазіргі уақытта қолданысқа ие. Барлық бір алфавитті ауыстыру шифрлары сияқты, Цезарь шифры да оңай бұзылады және қазіргі заманда байланыс қауіпсіздігін қамтамасыз етпейді.
Шифрлауды бұзады
Дешифровкалау ауысуы Кандидат ашық мәтін 0 1 2 3 4 5 6 23 24 25 Цезарь шифры тіпті тек шифрмәтінмен жұмыс істеген кезде де оңай бұзылады. Мүмкін ауысулар саны шектеулі болғандықтан (ағылшын тілінде 25), шабуылшы әр мүмкін ауысуды қолданып, хабарды немесе оның бір бөлігін дешифрлеу арқылы күшпен іздеу шабуылын жүзеге асыруы мүмкін. Дұрыс дешифрленген мәтін ағылшын тілінде мағыналы болады. Мысал оң жақта ""; шифрмәтін үшін төртінші ауысудың ашық мәтіні ғана ағылшын тілінде мағыналы. Күшпен іздеудің тағы бір түрі – шифрмәтіннің әр әрпінің астына сол әріптен бастап әліпбиді жазу. Тағы да, дұрыс дешифрленген мәтін ағылшын тілінде мағыналы болады. Бұл әдіс кейде "жай мәтін компонентін толықтыру" деп аталады. Тағы бір тәсіл – әріптердің жиілік таралуын салыстыру. Шифрмәтіндегі әріптердің жиілігін график түрінде көрсетіп, түпнұсқа мәтіннің тіліндегі күтілетін таралуды білген адам, график белгілі бір ерекшеліктерінің ығысуын қарап, ауысу мәнін оңай анықтай алады. Бұл жиілік талдауы деп аталады. Мысалы, ағылшын тілінде , , (әдетте ең көп кездесетін) және , (әдетте ең сирек кездесетін) әріптерінің жиілігі ерекшеленеді. Компьютерлер байқалатын жиілік таралу мен күтілетін таралу арасындағы ұқсастықты бағалау арқылы осы процесті автоматтандыра алады. Бұл, мысалы, хи-квадрат статистикасын қолдану арқылы немесе байқалатын және белгілі тілдік таралулар арасындағы квадраттық қателердің қосындысын азайту арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Цезарь шифры үшін бірегей қашықтық шамамен 2-ге тең, яғни кілтті анықтау үшін кем дегенде екі шифрмәтін таңбасы қажет. Кейде көбірек мәтін қажет болуы мүмкін. Мысалы, "" және "" сөздерін Цезарь ауысуы арқылы бір-біріне айналдыруға болады, бұл олардың әртүрлі ауысулармен бірдей шифрмәтін шығаруы мүмкін дегенді білдіреді. Алайда, практикада кілтті кем дегенде 6 шифрмәтін таңбасымен табуға болады. Цезарь шифрымен мәтінді бірнеше рет шифрлау қосымша қауіпсіздік бермейді. Өйткені, екі шифрлау, мысалы, ауысу А және ауысу В, ауысу А + В-мен бір шифрлауға тең болады. Математикалық тұрғыдан алғанда, әр мүмкін кілт бойынша шифрлау операцияларының жиынтығы құрамында топты құрайды.
The Caesar cipher can be easily broken even in a ciphertext only scenario. Since there are only a limited number of possible shifts (25 in English), an attacker can mount a brute force attack by deciphering the message, or part of it, using each possible shift. The correct description will be the one which makes sense as English text. An example is shown on the right for the ciphertext ""; the candidate plaintext for shift four "" is the only one which makes sense as English text. Another type of brute force attack is to write out the alphabet beneath each letter of the ciphertext, starting at that letter. Again the correct decryption is the one which makes sense as English text. This technique is sometimes known as "completing the plain component". Another approach is to match up the frequency distribution of the letters. By graphing the frequencies of letters in the ciphertext, and by knowing the expected distribution of those letters in the original language of the plaintext, a human can easily spot the value of the shift by looking at the displacement of particular features of the graph. This is known as frequency analysis. For example, in the English language the plaintext frequencies of the letters , , (usually most frequent), and , (typically least frequent) are particularly distinctive. Computers can automate this process by assessing the similarity between the observed frequency distribution and the expected distribution. This can be achieved, for instance, through the utilization of the chi squared statistic or by minimizing the sum of squared errors between the observed and known language distributions. The unicity distance for the Caesar cipher is about 2, meaning that on average at least two characters of ciphertext are required to determine the key. In rare cases more text may be needed. For example, the words "" and "" can be converted to each other with a Caesar shift, which means they can produce the same ciphertext with different shifts. However, in practice the key can almost certainly be found with at least 6 characters of ciphertext. With the Caesar cipher, encrypting a text multiple times provides no additional security. This is because two encryptions of, say, shift A and shift B, will be equivalent to a single encryption with shift A + B. In mathematical terms, the set of encryption operations under each possible key forms a group under composition.