Dịch Mã Caesar, hay còn gọi là mật mã dịch chuyển, mã Caesar, hoặc dịch chuyển Caesar, là một trong những mật mã lâu đời và nổi tiếng nhất trong lịch sử. Mặc dù đơn giản đến mức khó tin, nó đã được sử dụng trong lịch sử cho những bí mật quan trọng và vẫn phổ biến đối với những người giải đố.
Dịch mã Caesar là một loại mật mã thay thế đơn giản, trong đó mỗi chữ cái trong văn bản gốc được thay thế bằng một chữ cái cách đó một số vị trí nhất định trong bảng chữ cái. Ví dụ, với khóa dịch chuyển là 3, chữ A sẽ trở thành D, B thành E, và cứ thế tiếp diễn.
Dịch mã Caesar: Minh họa bảng chữ cái dịch chuyển
Ví dụ, câu “TA LÀM, TA THẤY, TA CHIẾN THẮNG” sẽ trở thành “TA LÀM, TA THẤY, TA CHIẾN THẮNG” khi mã hóa với khóa dịch chuyển là 3.
Ví dụ về dịch mã Caesar với khóa dịch 3
Nếu bạn gán số cho các chữ cái sao cho A=0, B=1, C=2, v.v., thì việc mã hóa và giải mã mật mã cũng có thể được mô hình hóa bằng công thức toán học: En(c) = (x + n) mod 26, trong đó x là giá trị của chữ cái gốc trong thứ tự bảng chữ cái, n là giá trị của dịch chuyển và 26 là số lượng chữ cái trong bảng chữ cái. Trong công thức này, n là số dương trong quá trình mã hóa và số âm trong quá trình giải mã.
Dịch Mã Caesar Có Khóa
Do tính linh hoạt và khả năng hoạt động với bất kỳ bảng chữ cái nào, lịch sử đã chứng kiến một số biến thể của dịch mã Caesar xuất hiện. Trong một biến thể an toàn hơn một chút, được gọi là dịch mã Caesar có khóa, người ta viết ra một cụm mật khẩu, bỏ qua các chữ cái trùng lặp, sau đó viết các chữ cái còn lại của bảng chữ cái. Cuối cùng, tất cả các chữ cái được dịch chuyển như trong một dịch mã Caesar thông thường. Điều này an toàn hơn do mô hình phức tạp hơn của các chữ cái.
Dưới đây là một ví dụ sử dụng khóa BOXENTRIQ và dịch chuyển phải 3.
Ví dụ về dịch mã Caesar có khóa với khóa BOXENTRIQ
Giải Mã Caesar
Dịch mã Caesar, mặc dù có hiệu quả hợp lý trong thời kỳ hoàng kim của La Mã, giờ đây là một trong những mã mật mã dễ phá nhất. Việc phá một dịch mã Caesar thường tuân theo một trong ba kịch bản tùy thuộc vào lượng kiến thức mà nhà mật mã học tấn công có:
- Nhà mật mã học biết rằng mật mã là một dịch mã Caesar.
- Nhà mật mã học biết rằng mật mã là mật mã thay thế, nhưng không phải là dịch mã Caesar.
- Nhà mật mã học hoàn toàn không biết loại mật mã mà họ đang phải đối mặt.
Trong tất cả các kịch bản được đề xuất, giả sử rằng mật mã dựa trên một dịch chuyển số đơn giản, mã có thể dễ dàng bị bẻ khóa bằng cách sử dụng tấn công vét cạn (thử tất cả các dịch chuyển có thể và xác định cái nào hoạt động). Trong trường hợp dịch mã Caesar có khóa, vấn đề trở nên khó khăn hơn đáng kể, mặc dù vẫn tương đối dễ phá. Trong trường hợp này, có hai phương pháp chính để phá mã:
- Một phương pháp là tạo một danh sách các từ có thể là cụm mật khẩu khóa và thử tấn công vét cạn.
- Một phương pháp khác là sử dụng phân tích tần suất. Đây là phương pháp tiêu chuẩn để phá bất kỳ mật mã thay thế nào. Các chữ cái phổ biến nhất trong bảng chữ cái tiếng Anh là E và T, vì vậy chúng có khả năng được đại diện bởi các chữ cái phổ biến nhất trong mật mã.
Julius Caesar
Lịch Sử Của Dịch Mã Caesar
Dịch mã Caesar là một trong những hình thức mật mã lâu đời nhất trong lịch sử được ghi lại, với các trường hợp kéo dài từ rất lâu trước khi nó được đặt tên lần đầu tiên. Tuy nhiên, mật mã lại được đặt tên và liên tục gắn liền với Hoàng đế và Tướng quân La Mã nổi tiếng Julius Caesar. Chính Caesar là người đã sử dụng mật mã với độ dịch chuyển là ba để mã hóa các thông điệp quân sự cho các chỉ huy của mình khi đang trong một chiến dịch. Sau vụ ám sát ông, cháu trai của Caesar là Augustus đã tiếp tục việc sử dụng mật mã của chú mình để bảo vệ thư từ của mình nhưng đã thay đổi mã hóa tin nhắn của mình thành độ dịch chuyển phải là một. Mặc dù có sự hiện diện của các mã phức tạp hơn, mật mã có lẽ được các hoàng đế ưa chuộng vì sự đơn giản của nó. Mật mã có lẽ đã có hiệu quả do sự mù chữ của nhiều người sẽ chặn chúng và một quan niệm sai lầm phổ biến rằng các thông điệp được viết bằng một ngôn ngữ nước ngoài bí ẩn. Việc thực thi giả định bảo mật này là việc thiếu bằng chứng cho thấy bất kỳ phương pháp nào để giải các mật mã thay thế tồn tại vào thời điểm đó, với những trường hợp phân tích tần suất đầu tiên xuất hiện ở Trung Đông nhiều thế kỷ sau cái chết của Caesar.
Mặc dù ngày càng kém hiệu quả hơn trong thời đại hiện đại, mật mã vẫn tiếp tục được sử dụng bởi nhiều nhóm khác nhau cho các thông tin liên lạc ít quan trọng hơn, chẳng hạn như bởi các nhóm Do Thái để mã hóa tên của thần trên mezuzah và sau đó bởi những người muốn trao đổi tin nhắn một cách công khai bằng cách đăng các đoạn được mã hóa trên báo chí. Tuy nhiên, việc sử dụng lớn cuối cùng của mật mã cho chiến tranh là của lực lượng đế quốc Nga trong Chiến tranh thế giới thứ nhất do những người lính thông thường gặp khó khăn trong việc hiểu các phương pháp mã hóa phức tạp hơn. Một lựa chọn bị coi là thất bại vì những người phá mã đương thời của Đức và Áo đã dễ dàng giải mã bất kỳ thông điệp nào được gửi trong mã.
Bất kể đã bị loại bỏ hơn một thế kỷ trước, dịch mã Caesar vẫn chưa hoàn toàn không còn được sử dụng. Năm 2006, một trùm mafia người Sicilia tên là Bernardo Provenzano đã bị cảnh sát bắt giữ do sử dụng một phiên bản sửa đổi của dịch mã Caesar, trong đó các chữ cái được thay thế bằng các số sau khi dịch chuyển. Tương tự, vào năm 2011, một chiến dịch chống khủng bố của Anh đã ngăn chặn một vụ đánh bom máy bay theo kế hoạch do những kẻ phạm tội sử dụng một dịch mã Caesar dễ phá vỡ trong thông tin liên lạc trên internet của chúng.
Vòng quay Caesar
Ứng Dụng Của Dịch Mã Caesar
Mặc dù thiếu tính bảo mật trong việc giúp gửi các thông tin liên lạc bí mật, bản thân dịch mã Caesar vẫn có một số ứng dụng ngày nay trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Điều này là do tính linh hoạt của nó trong việc hoạt động như một mã đơn giản để giáo dục và vui chơi, đồng thời là một khối xây dựng cho các mã hóa phức tạp hơn:
- Hệ thống ROT13 là một trường hợp đặc biệt của dịch mã Caesar hoạt động trên độ dịch chuyển là 13. Bắt đầu vào những năm 1980 với nhóm tin net.joke và tiếp tục cho đến ngày nay, ROT13 thường được sử dụng trên các diễn đàn trực tuyến để ẩn các câu đùa, các điểm cốt truyện và các giải pháp câu đố trong các cuộc thảo luận để ngăn chặn các đoạn tiết lộ nội dung.
- Dịch mã Caesar thường được sử dụng trong các vòng giải mã của trẻ em để tạo ra các mã và câu đố đơn giản để dạy phân tích mật mã. Đáng chú ý, bản thân các vòng giải mã là một phiên bản hiện đại của vòng quay Caesar, một công cụ giải mã ban đầu được sử dụng để phá dịch mã Caesar.
- Dịch mã Caesar, mặc dù dễ phá đến mức đáng cười đối với ngay cả nhà mật mã học hiện đại mới vào nghề, tạo thành một phần quan trọng của mật mã Vigenère khó phá hơn nhiều. Một mật mã mất gần 3 thế kỷ để phá và hoạt động trên việc xen kẽ các bảng chữ cái khác nhau với một số dịch mã Caesar.
- Dịch mã Caesar tạo thành cơ sở của mật mã one-time pad không thể phá vỡ.
Thông Tin Thú Vị Về Dịch Mã Caesar
- Mặc dù dịch mã Caesar được đặt tên theo Julius Caesar do ứng dụng rộng rãi của ông về mã, nhưng có những trường hợp về các mật mã thay thế khác có trước cuộc đời ông hàng thập kỷ.
- Những người yêu nhau sẽ sử dụng dịch mã Caesar để trao đổi tin nhắn một cách công khai thông qua việc đặt các quảng cáo được mã hóa trên các tờ báo như The Times trong thế kỷ 19
- Trớ trêu thay, mặc dù bản thân dịch mã Caesar không được an toàn lắm, nhưng chúng là một thành phần phổ biến của các kỹ thuật mã hóa phức tạp hơn nhiều, bao gồm mật mã Vigenère và mật mã one-time pad không thể phá vỡ.
- Trong khi mezuzah của người Do Thái thường sử dụng dịch mã Caesar để mã hóa tên của các vị thần, bản thân các chữ cái mật mã được coi là một tên thiêng liêng theo đúng nghĩa của chúng, với sức mạnh kiềm chế các thế lực tà ác.
- Quân đội của Liên minh các bang Hoa Kỳ trong cuộc nội chiến Hoa Kỳ đã sử dụng một hình thức của dịch mã Caesar có khóa để mã hóa các thông điệp quân sự. Mặc dù sau đó nó đã bị phá vỡ bằng cách sử dụng phân tích mật mã tần suất nâng cao do cụm mật khẩu khóa ngắn của nó là “Complete Victory”.
- Julius Caesar được biết đến với việc sử dụng và phát triển rộng rãi các mã. Thật vậy, ông đã rất thành công trong lĩnh vực này đến nỗi nhà ngữ pháp Probus đã viết một luận thuyết về chúng mà hiện đã bị thất lạc.
- Dịch mã Caesar đã mất hầu hết hiệu quả ngay cả với các giao thức nâng cao với việc phát hiện ra phân tích tần suất vào thế kỷ thứ 9.
Mặc dù tiên tiến so với thời đại của nó, dịch mã Caesar giờ đây là một trong những mã dễ phá nhất. Sử dụng thông tin được tìm thấy ở đây, những người gặp khó khăn với bất kỳ biến thể nào của mật mã sẽ thấy rằng việc giải nó thường đơn giản như một dịch chuyển một hoặc hai hoặc ba hoặc có lẽ là 13! Rốt cuộc, cho dù phức tạp đến đâu, một người giải đố thực thụ sẽ tìm ra giải pháp.