ADFGVX şifrelemesi

Kriptografide, ADFGVX şifresi, I. Dünya Savaşı sırasında İmparatorluk Alman Ordusu tarafından kullanılan elle uygulanan bir alan şifresiydi. Mesajları telsiz telgraf kullanarak gizlice iletmek için kullanıldı. ADFGVX aslında ilk kez 1 Mart 1918'de Alman Batı Cephesi'nde kullanılan ADFGX adlı daha önceki bir şifrenin uzantısıydı. ADFGVX, 1 Haziran 1918'den itibaren hem Batı Cephesinde hem de Doğu Cephesi'nde uygulanmıştır.

Alman muhabere sınıfı subayı Teğmen Fritz Nebel [de]^[1]^[2] (1891-1977) tarafından icat edilmiştir. Mart 1918'de Radyo Operatörlerinin Gizli Şifresi 1918 ("Secret Cipher of the Radio Operators 1918", "Geheimschrift der Funker 1918", kısaca GedeFu 18) adıyla tanıtılan şifre, değiştirilmiş bir Polybius karesi ile tek sütunlu bir transpozisyonu birleştiren bir bölümlemeli transpozisyon şifresiydi.

Şifre, adını şifreli metinde kullanılan altı olası harften almaktadır: A, D, F, G, V ve X. Bu harfler bilinçli olarak seçilmiştir çünkü Mors alfabesinde birbirlerinden çok farklıdırlar. (A: ·–, D: –··, F: ··–·, G: ––·, V: ···–, X: –··–) Bu da operatör hatası olasılığını azaltıyordu.

Nebel, bu şifreyi hareket halindeki bir orduya siper kodundan ("trench code") daha kullanışlı ama yine de güvenli bir şifreleme sağlamak için tasarladı. Aslında Almanlar ADFGVX şifresinin kırılamaz olduğuna inanıyordu.^[3]

Çalışma prensibi

"Attack at once" düz metin mesajı için, gizli bir karışık alfabe önce 5×5 Polybius karesi içine doldurulur:

	A	D	F	G	X
A	b	t	a	l	p
D	d	h	o	z	k
F	q	f	v	s	n
G	g	i/j	c	u	x
X	m	r	e	w	y

Alfabeyi 5×5'lik bir ızgaraya sığdırmak için i ve j birleştirilmiştir.

Kare kullanılarak mesaj parçalı biçime dönüştürülür:

a	t	t	a	c	k	a	t	o	n	c	e
AF	AD	AD	AF	GF	DX	AF	AD	DF	FX	GF	XF

Her şifreli metin çiftinin ilk harfi ızgaradaki düz metin harfinin satırı, ikinci şifreli metin harfi ise sütunudur (örneğin, "AF", "ızgarada A satırı, F sütunu" anlamına gelir).

Daha sonra, parçalara ayrılmış mesaj bir sütun transpozisyon işlemine tabi tutulur. Mesaj bir transpozisyon anahtarı (burada "CARGO") altında satırlar halinde yazılır:

C A R G O
_________
A F A D A
D A F G F
D X A F A
D D F F X
G F X F

Daha sonra harfler, harflerin altındaki sütunlar harflerin kendileriyle birlikte yeniden düzenlenerek aktarma anahtarında (CARGO'yu ACGOR olarak değiştirerek) alfabetik olarak sıralanır:

A C G O R
_________
F A D A A
A D G F F
X D F A A
D D F X F
F G F   X

Daha sonra, anahtar sözcük sırasına göre sütunlar halinde okunarak şifreli metin elde edilir:

FAXDF ADDDG DGFFF AFAX AFAFX

Uygulamada, aktarma anahtarları yaklaşık iki düzine karakter uzunluğundaydı. ADFGX şifresiyle gönderilen uzun mesajlar, çoklu anagramlamaya karşı savunmasız hale getirmek için farklı ve düzensiz uzunluktaki mesaj kümelerine bölünmüştür.^[3] Hem yer değiştirme (transpozisyon) anahtarları hem de parçalama (fraksiyonlama) anahtarları günlük olarak değiştirilmiştir.

ADFGVX

Haziran 1918'de şifreye ek bir harf, V, eklendi. Bu, ızgarayı 6 × 6'ya genişleterek 36 karakterin kullanılmasına izin verdi. Bu, tam alfabeye (I ve J'yi birleştirmek yerine) ve 0'dan 9'a kadar digitlere izin verdi. Bu, esas olarak çok sayıda sayı içeren mesajları önemli ölçüde kısaltma etkisine sahipti.

Şifre, 6 ADFGVX harfine dayanmaktadır. Aşağıdaki örnekte alfabe, 'Felemenkçe: nachtbommenwerper' kod sözcüğü ile kodlanmıştır. Bu alfabe ile sonuçlanır: NACHTBOMEWRPDFGIJKLQSUVXYZ. A (1), B (2) ve J (0) harflerinin ilk geçtiği yerlerden sonra rakamlar eklenir. Bu, sütun başlıkları ve satır tanımlayıcıları olarak ADFGVX harfleriyle aşağıdaki tabloyu oluşturur:

	A	D	F	G	V	X
A	N	A	1	C	3	H
D	8	T	B	2	O	M
F	E	5	W	R	P	D
G	4	F	6	G	7	I
V	9	J	0	K	L	Q
X	S	U	V	X	Y	Z

'attack at 1200am' metni bu anlama gelmektedir:

A	T	T	A	C	K	A	T	1	2	0	0	A	M
AD	DD	DD	AD	AG	VG	AD	DD	AF	DG	VF	VF	AD	DX

Ardından, başlık olarak bir anahtarla yeni bir tablo oluşturulur; aşağıdaki örnekte anahtar olarak 'PRIVACY' kullanılmıştır, ancak genellikle çok daha uzun anahtarlar ve hatta ifadeler kullanılmıştır.

P	R	I	V	A	C	Y
A	D	D	D	D	D	A
D	A	G	V	G	A	D
D	D	A	F	D	G	V
F	V	F	A	D	D	X

Sütunlar, anahtar kelimeye göre alfabetik olarak sıralanır ve tablo bu şekilde değişir:

A	C	I	P	R	V	Y
D	D	D	A	D	D	A
G	A	G	D	A	V	D
D	G	A	D	D	F	V
D	D	F	F	V	A	X

Ardından, sütunları birbirine ekleyerek bu şifreli metin elde edilir:

DGDD DAGD DGAF ADDF DADV DVFA ADVX

Anahtar kelime ile sütunlar yeniden oluşturulabilir ve doğru sıraya yerleştirilebilir. Gizli alfabeyi içeren orijinal tablo kullanıldığında metin deşifre edilebilir.

Bu şifre, sütunların yanı sıra satırların da yer değiştirilmesiyle değiştirilebilir ve daha zor ancak geliştirilmiş bir şifre yaratılabilir.

Kriptanaliz

ADFGVX Fransız Ordu Teğmeni Georges Painvin tarafından kriptanaliz edilmiş ve şifre 1918 Haziran ayı başlarında kırılmıştır.^[4] Çalışma klasik kriptografi standartlarına göre son derece zordu ve Painvin bu süreçte fiziksel olarak hastalandı. Çözüm yöntemi, kalıplaşmış başlangıçlara sahip mesajlar bulmaya dayanıyordu; bu mesajlar parçalara ayrılacak ve daha sonra şifreli metindeki pozisyonlarda, aktarım tablosundaki sütun başlıklarına karşılık gelen benzer kalıplar oluşturacaktı. (Bu aşamaya ulaşıldıktan sonra, hepsi elle yapılan önemli istatistiksel analizler gerekiyordu). Bu nedenle sadece trafiğin çok yoğun olduğu zamanlarda etkiliydi, ancak bu aynı zamanda en önemli mesajların gönderildiği zamanlardı.

Ancak Painvin'in ADFGX şifresini kırmak için kullandığı tek hile bu değildi.^[3] Ayrıca kullanılan anahtarın muhtemel uzunluğu hakkında bilgi edinmek için şifreli metnin tekrar eden bölümlerini kullandı. Anahtarın çift sayıda harf uzunluğunda olduğu durumlarda, mesajın şifrelenme şeklinden, her bir sütunun tamamen Polybius Karesinin üstünden veya Karenin solundan alınan harf koordinatlarından oluştuğunu, ikisinin bir karışımı olmadığını biliyordu. Ayrıca, yer değiştirmeden sonra ancak yer değiştirmeden önce, sütunlar dönüşümlü olarak tamamen "üst" ve "yan" harflerden oluşuyordu. Harflerin frekans analizinin özelliklerinden biri, tek tek harflerin dağılımları normdan büyük ölçüde farklılık gösterebilirken, ortalamalar yasası harf gruplarının daha az farklılık gösterdiğini belirtir. ADFGX şifresinde her bir "yan" harf ya da "üst" harf beş düz metin harfi ile ilişkilendirilir. Yukarıdaki örnekte, "yan" harf "D" düz metin harfleri "d h o z k" ile ve "üst" harf "D" düz metin harfleri "t h f j r" ile ilişkilendirilmiştir. Beş harften oluşan iki grup farklı kümülatif frekans dağılımlarına sahip olduğundan, "yan" harflerden oluşan sütunlardaki "D" harfinin frekans analizi, "üst" harflerden oluşan sütunlardaki "D" harfininkinden belirgin bir şekilde farklı bir sonuca sahiptir. Bu numara Painvin'in hangi sütunların "yan", hangi sütunların "üst" harflerden oluştuğunu tahmin etmesini sağladı. Daha sonra bunları eşleştirebiliyor ve eşleştirmelerin sadece gürültü mü yoksa düz metin harflerine mi karşılık geldiğini görmek için eşleştirmeler üzerinde bir frekans analizi yapabiliyordu. Doğru eşleştirmeleri elde ettikten sonra, gerçek düz metin harflerini bulmak için frekans analizini kullanabilirdi. Sonuç hala transpoze edilmişti, ancak basit bir transpozisyonu çözmek için yapması gereken tek şey buydu. Bir mesaj için transpozisyon şemasını belirledikten sonra, aynı transpozisyon anahtarıyla şifrelenmiş başka herhangi bir mesajı kırabilirdi.^[3]

Painvin ADFGX şifresini Nisan 1918'de, Almanların Bahar Taarruzu başlatmasından birkaç hafta sonra kırdı. Bunun doğrudan bir sonucu olarak Fransız ordusu Erich Ludendorff'un saldırmayı planladığı yeri keşfetti. Fransızlar kuvvetlerini o noktada yoğunlaştırdı ve bunun Bahar Taarruzunu durdurduğu iddia edildi.

Ancak Painvin'in ADFGX şifresini kırmasının 1918'deki Alman bahar taarruzunu durdurduğu iddiası sıkça dile getirilse^[5] de bazıları tarafından tartışılmaktadır. 2002 yılında Sophie de Lastours'un konuyla ilgili kitabı La France gagne la guerre des codes secrets 1914-1918 hakkında Journal of Intelligence History'de^[6] yaptığı değerlendirmede, Hilmar-Detlef Brückner şunları söyledi:

“

Ne yazık ki Sophie de Lastours, Haziran 1918 başında Painvin tarafından bir Alman ADFGVX-telgrafının çözülmesinin, Paris'e ulaşmayı ve Müttefikleri kritik bir yenilgiye uğratmayı amaçlayan yaklaşan bir Alman saldırısı hakkında zamanında uyarıda bulunduğu için Birinci Dünya Savaşı'nda Müttefiklerin zaferi için belirleyici olduğu yönündeki geleneksel Fransız görüşüne katılmaktadır. Bununla birlikte, 11 Haziran'daki Alman Gneisenau saldırısının, Fransız Yüksek Komutanlığı'nı, Almanların daha sonra saldırmayı planladıkları kuzeydeki bölgeden yedekleri aceleye getirmeye teşvik etmek için sahnelendiği uzun yıllardır bilinmektedir.

Alman Yüksek Komutanlığı, saldırının Paris'e ve ötesine yöneldiği söylentilerini yayarak bunu yaptı; dezenformasyon etkili oldu ve görünüşe göre hala da öyle. Ancak Alman saldırısı başarılı olamadı çünkü Fransızların elinde saldırıyı durdurmak için yeterli rezerv vardı ve bu yüzden ek takviye getirmeye gerek duymadılar.

Dahası, ADFGVX şifresinin temel versiyonunun özellikle Müttefiklere yıkıcı bir darbe indirmeyi amaçlayan 1918'deki Alman Bahar Taarruzu için yaratılmış olduğu genellikle göz ardı edilir. ADFGX şifresinin saldırı sırasında Alman haberleşmesini Müttefik kriptograflarına karşı koruyacağı umuluyordu ve öyle de oldu.

ADFGX'teki telgraflar ilk kez 5 Mart'ta ortaya çıktı ve Alman saldırısı 21 Mart'ta başladı. Painvin 5 Nisan'da kodun ilk çözümünü sunduğunda, Alman taarruzu çoktan sona ermişti.

„

ADFGX ve ADFGVX şifreleri artık güvensiz olarak kabul edilmektedir.

Kaynakça

^ Friedrich L. Bauer: Decrypted Secrets, Methods and Maxims of Cryptology. Springer, Berlin 2007 (4. bas.), s.173, 3-540-24502-2.
^ Friedrich L. Bauer: Decrypted Secrets, Methods and Maxims of Cryptology. Springer, Berlin 2007 (4. bas.), s.53, 3-540-24502-2.
^ ^a ^b ^c ^d "Codes and Codebreaking in World War I". 3 Mayıs 2010 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mart 2010.
^ Newton, David E. (1997). Encyclopedia of Cryptography. Santa Barbara California: Instructional Horizons, Inc. s. 6.
^ "Painvin's manna had saved the French", wrote David Kahn, in The Codebreakers - The Story of Secret Writing, 1967, 978-0-684-83130-5, Chapter 9. Kahn also details the role that Painvin's decryption of German messages played in the French response to Operation Gneisenau.
^ "REVIEWS". Journal of Intelligence History. Winter 2002. 28 Nisan 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Nisan 2024.

Konuyla ilgili okumalar

Childs, J. Rives, General Solution of the ADFGVX Cipher System, Aegean Park Press, 0-89412-284-3.
Friedman, William F. Military Cryptanalysis, Part IV: Transposition and Fractionating Systems. Laguna Hills, California: Aegean Park Press, 1992.
Mr. William Friedman, General Solution for the ADFGVX Cipher System (PDF), Washington: WAR DEPARTMENT, OFFICE OF THE CHIEF SIGNAL OFFICER