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暗号の解読方法と歴史

      2016/01/04

暗号の解読方法と歴史

暗号はクイズ形式のものから国家秘密を守るものまで色々と有ります。個人的には暗号解読形式のクイズは大好きですが、本来は第三者に内容を知られないようにするのが目的ですよね。

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●暗号解読とは

一般には、解読は、鍵を与えられずに暗号文を平文に戻すことをいう。あるいは正当な利用者が平文に戻すことを復号といい、それ以外を解読とすることもある。
暗号文を平文に戻す際に、鍵を何かしらの方法で推測して暗号文を復号する場合も解読という。推測ではなく暗号文を作成するのに用いた鍵を不正に入手して暗号文を復号する場合は暗号の解読とはいわないが、「復号=正当な利用者が暗号文を平文に戻すこと、解読=それ以外」とする場合には解読に含まれることになる。
鍵の推定は、可能な鍵の候補を全て試みる「全数探索」と何かしらのアルゴリズムによって鍵の候補を絞り込む「ショートカット法」がある。
鍵が求められると暗号文の全てを復号でき、これを完全解読 (Total break) という。全数探索によって鍵を求める攻撃もこれに含まれる。暗号方式によっては、鍵を用いずに暗号文から平文を求めるアルゴリズムが存在することがある。このような場合、Global deduction という。
暗号解読では、平文を求めるだけではなく、暗号方式の問題を見つけることを解読ということがある。暗号方式の問題には、以下の問題がある。

・暗号文から(あるいは暗号文と平文から)、鍵や(他の)平文が判明する。
・鍵や平文を知らずに、暗号文を作り出せる。

引用元-暗号解読 – Wikipedia

●「44 21 02 08 39」は「ハルヨコイ」、では「24 28 37 43」の解読方法

50音に当てはめたら解読できます。
50音は母音が5個なのでこれに着目して、ハルヨコイの母音を書くと、アウオオイとなります。
3文字目と4文字目が同じ母音で、他は違うのを探すと、10の位が42003となっていてこれに対応しています。
だからアウオオイ=42003とするとアイウエオ=432?0となるのでエ=1と考えれます。
そうしたら残りの1の位は50音の横、何行になるかを表していると思われるので当てはめてみると、
4=は行、1=ら行、2=や行、8=か行、9=あ行
並べてみたらアカサタナハマヤラワ=98???4?21?
となるので9876543210となっていることは容易に推測できます。
この条件で24,28,37,43を解読すると、フクシマと読むことができます。

引用元-友人に暗号解読の問題を出されました。考えても全然解りません。解読… – Yahoo!知恵袋

●ナチスの暗号エニグマ

強みは「日鍵」

エニグマ暗号の強みは、当日しか使えない「日鍵」を使うことにありました。

オペレータは、月に一度毎月の日鍵のコードブックを受け取り、

それに基づき毎日機械の設定を調整することで暗号の配列や規則性を変えていました。

例えば、ある日のコードブックには以下のように指定されます。

プラグボード設定  A / L-P / R-T / D – B / W-K / F-O / Y
スクランブラー配置 2-3-1
スクランブラー位置 Q-C-W

暗号オペレーターの作業

オペレータは作業を始める前に、コードブックに従い機械を調整します。

プラグボードというのは、ケーブルを繋いで2文字を交換するものです。例えば上記だと、Lの穴とPの穴の間にケーブルを通すことで、Lを打つとPを出力することができます。

スクランブラーというのは機械内部の歯車のことで、それぞれの歯車にアルファベットが設定されています。

上記だと、第二のスロットに一番目の歯車、第三のスロットにニ番目の歯車、第一のスロットに三番目をセット。

そしてスロット1の上部にQ、スロット2の上部にC、スロット3の上部にWが来るように位置を調整します。

そのことで、打った文章が全く異なる文字列となって出力されてきます。

そうして暗号化された出力を書き取り、無線オペレータに渡し各地に送信してもらいます。

受信したオペレータは、コードブックの設定に基づき暗号を機械に打ち込むと、元の文章が出力される、という仕組みです。

確率的に、日鍵のパターン数は1京(100,000,000,000,000,000)にもなりました。

引用元-ナチスの暗号「エニグマ」はなぜ解読困難だったか – 歴ログ -世界史専門ブログ-

●未だに解読方法の見つからない暗号

◆ファイストスの円盤

らせん状に並んだ象形文字が両面に記された直径16cmの粘土製の円盤は、1908年にクレタ島のファイストス宮殿で発見されました。使われている文字45種は粘土が乾く前にスタンプのように押しつけて刻印されているのですが、この同じスタンプを使って書かれた粘土版はほかに見つかっておらず、文字自体もいくつかを除いてここでしか見られない文字とのことです。

◆線文字A

紀元前18世紀から紀元前15世紀頃までクレタ島で用いられていた文字で、前述の「ファイストスの円盤」が見つかった宮殿でも線文字Aが記された粘土版が見つかっています。1900年にアーサー・エヴァンズによって線文字Aと同時に発見された線文字Bは1952年にマイケル・ヴェントリスによって解読されたのですが、線文字Aの方は現在も解読されていません。

◆クリプトス

アメリカの彫刻家ジム・サンボーンによる作品「クリプトス」は1990年にバージニア州のCIA本部に設置されました。落成以来、板面に打ち抜かれた暗号文の意味について多くの推測が行われていて、4つの面のうち3面はすでに解読されたのですが、残りの4つ目の面の暗号は未解読で、世界中の暗号ファンが熱心に解読を試みているそうです。

◆中国の金塊の暗号

1933年に上海の「ワン将軍」なる人物に発行されたとされる合計1.8kgの7つの金塊には、絵や中国語の文字、何らかの筆記体の文やラテン文字の暗号文が記されていて、アメリカの銀行の預金証明書を模していると考えられています。中国語で書かれた部分は何らかの「3億ドルの取引」について触れているとのこと。

◆Bealeの暗号

バージニア州Bedford郡でThomas Jefferson Bealeという男性により1820年に埋められた金銀財宝の在りかを示すとされる3組の暗号は、1885年に小冊子として発行されました。埋められた財宝は現在の貨幣価値で6500万ドル(約53億円)と言われ、「宝探しマニア」の心をときめかせ続けています。

引用元-いまだ解読されていない歴史的な10種の暗号 – GIGAZINE

●暗号を解読する方法を紹介

暗号解読の方法

鍵を知るための手段は、大きく2つに区分されます。

ブルートフォース(Brute-force)法

総当たり法、力任せ法ともいいます。鍵となる理論的にありうる組合せを全て試すやり方です。
暗号解読とやや外れますが、他人のパスワードを盗むときなどには、生年月日、辞書、人名表など(最終的には全文字種)の文字列を片っ端から試すことも行われています。

ショートカット法

暗号化アルゴリズムの弱点を突いて、数学的・統計的な手段により、鍵となる候補を絞りこむ方法です。

代表的な暗号解読方法を列挙します、これらはすべてショートカット法に属します。

頻度分析法(Frequency analysis)

暗号文だけが与えられたときに、それが換字式による暗号文だと知っていれば、文字や文字列の出現頻度を手掛りとして解読できます。平文が英語文章だとすれば、 e, t, a, o, iの文字、t-h, h-e, i-n, e-rの順序の発生頻度が高いので、暗号文での発生頻度を調べて割り付けていきます。推理小説「踊る人形」ではホームズがこの方法を用いています。

差分解読法(Differential cryptanalysis)

平文から暗号文が得られる場合、いくつかの平文を暗号化して、入力差分と出力差分の関係から解読の方法を調べる方法です。

線形解読法(Linear cryptanalysis)

暗号化関数の統計的な偏りを線形関数によって近似して解読する方法です。当時の標準的共通鍵暗号方式であったのDESがこの方式で解読できることが発表され、その強度を上げる動きになりました。

攻撃方法の種類

暗号解読に必要な条件による攻撃方法の種類を列挙します。

暗号文単独攻撃 Ciphertext-only attack;COA)/既知暗号文攻撃(Known-ciphertext attack;KCA)

一つの暗号文だけを与えられたときに、平文を求める攻撃です。換字式暗号文のときは頻度分析法が使われます。

既知平文攻撃(Known-plaintext attack;KPA)

たまたま平文とそれに対応する暗号文を得られたとき、それを分析することにより他の暗号文から平文を求める攻撃です。得られる平文・暗号文の数が増加すれば、解読の精度が向上します。共通鍵暗号方式での暗号解読で差分解読法が用いられます。

選択平文攻撃(Chosen-plaintext attack:(CPA)

暗号化装置を入手したときには、任意の平文に対応する暗号文を得られます。そのようなときに、暗号文から平文を求める攻撃です。差分解読法が用いられます。
公開鍵暗号方式では、公開鍵を用いて任意の平文を暗号化できるので、選択平文攻撃に対しての対策が必要になります。

選択暗号文攻撃(Chosen-ciphertext attack;CCA)

公開鍵暗号方式での秘密鍵を取られたなど、解読対象の暗号文以外の任意の暗号文が対応する平文を得られるときに、解読対象の暗号文から平文を求める攻撃です。

関連鍵攻撃(Related-key attack;RKA)

例えば、会員制のサイトに加入すると、サイト側から仮のパスワードが通知されます。何度も加入申込みをして多数の仮パスワードを入手すれば、その生成方法を知ることができ、仮パスワードをそのままにしている利用者になりすますことができます。
このように関連する鍵を入手して、対象となる暗号解読のための鍵を探す手口です。

サイドチャネル攻撃(side channel attack:SCA)

無線LANやICカードを使うとき、外部から傍受することができます(参照:「無線環境でのセキュリティ」)。暗号化するときの処理時間や消費電力の推移、外部に放出する電磁波、熱、音の変動などを継続的に測定・分析、秘密鍵などを得る攻撃です。

引用元-暗号解読の方法<情報倫理・セキュリティ<Web教材<木暮

●数少ない暗号の解読方法を取り上げた小説

1. エドガー・アラン・ポー著『黄金虫』: 暗号モノの始まり

基本的に全編が一人称で語られる小説で、暗号文書を読み解いて、キャプテン・キッドの財宝のありかを突き止めるという内容です。

暗号文は、数字と記号がランダムに組み合わされています。作中では、主人公が暗号文で使われている記号と、英語で使われるアルファベットの頻度を分析し、推理を進める過程が細かく描写されています。主人公は英語で頻繁に使われる(またはあり得ない)アルファベットの組み合わせに基づいて文字を置き換え、考えられるアルファベットの並びについて仮説を立て、その正否を検証することで、暗号文を解読しました。

この暗号は「換字式暗号」と呼ばれます。本作が執筆された1843年当時でさえ、特別な暗号とされていたわけではありませんが、一般に広まった暗号としては先駆けの部類でした。そのため、非常に大きな注目を集めます。『黄金虫』の出版後には、ある新聞で、読者から送られてきた暗号をポーが解読するというコンテストが開催されました。

2. ダン・ブラウン著『ダ・ヴィンチ・コード』: アトバシュ暗号

暗号に関する文学作品と言えば?こう聞かれて、ダン・ブラウン著『ダ・ヴィンチ・コード』を思い浮かべる人が多いのではないでしょうか(ブラウンの他の小説を挙げる人もいるかもしれません。中でも、『パズル・パレス』は検討に値します)。

そもそも本作の登場人物が解く謎は、ほとんどが暗号とは言えません。答えが1つではなく、解く人の直感、知識、想像力による部分があるからです。とはいえ、歴史上、実際に使われていた暗号の例がいくつか登場します。特に注目すべきはアトバシュ暗号です。

アトバシュ暗号はヘブライ語のアルファベット用に作られた暗号ですが、他の言語のアルファベットに簡単に転用できます。というのも、根本原理が単純な暗号方式だからです。アルファベットの並びを2つ「折り」にして、最初の文字を最後の文字に、2番目の文字を最後から2番目の文字に、という具合に置き換えていきます。単純な換字式暗号と同じ仕組みなので、ご想像のように、難しい暗号解析ではありません。

とはいえ、送信する文が非常に短く、アルファベットの使用頻度を分析できなければ、暗号の信頼性は高くなります。物語のヒロインであるフランス警察の暗号学者は、この暗号に詳しいというプライドを持っていましたが、どうやらこの認識は甘かったようです。

引用元-暗号解読の仕組みがわかる小説と映画5選 | Kaspersky Daily – カスペルスキー公式ブログ

まとめ
未だに解読されない暗号が有るのには驚きです。私は謎解き映画で楽しみます。

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