Polygrafisk substitution
Polygrafisk substitution är ett chiffer där en enhetlig substitution utförs på bokstäver. När längden på blocket är specifikt känd används mer exakta termer: till exempel är ett chiffer där bokstäverpar används bigrafiskt .
Som begrepp står polygrafisk substitution i kontrast till monoalfabetiska (eller enkla) substitutioner där enskilda bokstäver är enhetligt substituerade, eller polyalfabetiska substitutioner där enskilda bokstäver ersätts på olika sätt beroende på deras placering i texten. I teorin finns det viss överlappning i dessa definitioner; man skulle kunna tänka sig ett Vigenère-chiffer med en nyckel på åtta bokstäver som en oktografisk ersättning. I praktiken är detta inte en användbar observation eftersom det är mycket mer fruktbart att betrakta det som ett polyalfabetiskt substitutionschiffer.
Specifika chiffer
År 1563 utarbetade Giambattista della Porta den första biografiska ersättningen. Det var dock inget annat än en matris av symboler. I praktiken hade det varit nästan omöjligt att memorera och att bära runt bordet skulle leda till risker att hamna i fiendens händer.
1854 kom Charles Wheatstone med Playfair-chifferet , ett nyckelordsbaserat system som kunde utföras på papper i fält. Detta följdes upp under de kommande femtio åren med de närbesläktade fyrkantiga och två kvadratiska chifferna, som är något mer besvärliga men erbjuder något bättre säkerhet.
1929 utvecklade Lester S. Hill Hill-chifferet , som använder matrisalgebra för att kryptera block av valfri längd. Kryptering är dock mycket svårt att utföra för hand för någon tillräckligt stor blockstorlek, även om den har implementerats av maskin eller dator. Detta är därför på gränsen mellan klassisk och modern kryptografi.
Kryptanalys av allmänna polygrafiska substitutioner
Polygrafiska system ger en betydande förbättring av säkerheten jämfört med monoalfabetiska substitutioner. Med tanke på en enskild bokstav "E" i ett meddelande kan den krypteras med hjälp av någon av 52 instruktioner beroende på dess plats och grannar, vilket med stor fördel kan användas för att maskera frekvensen av enskilda bokstäver. Säkerhetshöjningen är dock begränsad; även om det i allmänhet kräver ett större urval av text för att knäcka, kan det fortfarande göras för hand.
Man kan identifiera en polygrafiskt krypterad text genom att utföra ett frekvensdiagram av polygram och inte bara av enskilda bokstäver. Dessa kan jämföras med frekvensen av klartext engelska. Fördelningen av digram är ännu skarpare än enskilda bokstäver. Till exempel representerar de sex vanligaste bokstäverna på engelska (23 %) ungefär hälften av engelsk klartext, men det krävs bara de vanligaste 8 % av de 676 digramen för att uppnå samma styrka. Dessutom skulle man, även i en klartext många tusen tecken lång, förvänta sig att nästan hälften av digramen inte skulle förekomma, eller bara knappt. Om man ser över texten skulle man dessutom förvänta sig att se en ganska regelbunden spridning av upprepad text i multiplar av blocklängden och relativt få som inte är multiplar.
Att knäcka en kod som identifieras som polygrafisk liknar att knäcka en allmän monoalfabetisk substitution förutom med ett större "alfabet". Man identifierar de vanligaste polygrammen, experimenterar med att ersätta dem med vanliga klartextpolygram och försöker bygga upp vanliga ord, fraser och slutligen mening. Naturligtvis, om undersökningen fick kryptoanalytikern att misstänka att en kod var av en specifik typ, som ett Playfair eller order-2 Hill-chiffer, så kunde de använda en mer specifik attack.