暗号技術のはなし（５）

換字暗号では、平文の統計的なパターンが暗号文に残ってしまう。ヴィゲネーレ暗号のようなポリアルファベティックでもキーの長さは有限なわけで、まだ十分ではない。

換字に転置を組み合わせても、ある文字が別の文字に対応しているという関係は残るわけで、パターンを十分に隠蔽できるわけではない。チンパンジーがタイプしたように完全にランダムに見える暗号文を作成したいのだ。

１つの文字を複数のコンポーネントからなるものに変換したらどうか？これをするのが、「ポリビウス暗号」。

ポリビウス暗号では、文字を２桁の数字に変換する。a を 11、b を 23 とかいうように。5x5 の表をつくり、そこにアルファベットを記入していき、座標を暗号文に使う。

これだけだと、単なるモノアルファベティックな換字暗号だが、これをさらに転置する。そのとき、２桁の数字を１つ１つに分割して転置する。たとえば、e が 15 に変換されているとしたら、1 と 5 を別々に転置する。こうすると、出現頻度がもっとも高い e に対応している 15 が暗号文中にもっとも高い頻度であらわれるというような統計的パターンを隠すことができる。

現代のコンピュータを使った暗号では、文字は複数のビットで表現されるから、各ビットを転置することで同じことをより効果的に実現できる。

このようにして、平文のもつ統計的なパターンを暗号文全体にうまく分散させて隠すことができる。これを「拡散」とよぶ。これにより、暗号文を統計分析してパターンを見出し、解読するということが困難になる。

拡散とは別の概念に「混乱」がある。これは、暗号方式を既知として、それを使った暗号文から暗号化キーを推測できないようにすることだ。これは複雑な換字方式を考案することに相当する。たとえば、現代の DES 暗号では、非線形の換字暗号方式を採用することでこれを実現している。