換字式暗号

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換字式暗号(かえじしきあんごう、Substitution cipher)、あるいは換字暗号(かえじあんごう)は、平文を、1文字または数文字単位で別の文字や記号等に変換することで暗号文を作成する暗号である。文字の変換ではなく並べ替えによって平文を読めない状態にする転置式暗号と共に、古典暗号の代表的な暗号の一つであり、16世紀頃には換字式・転置式という分類がなされている。

概要[編集]

最も古い暗号の一つであるシーザー暗号は、最も単純な換字式暗号の一つであり、文字から文字に1文字単位で変換する方式(単純換字暗号)である。シーザー暗号の変換ルールは「3文字シフト」であった。

しかし、9世紀頃にはこのような単純な暗号は、変換ルールが固定の1対1写像である限り、どのような変換であっても解読可能であることが知られていて、以来、暗号解読されないように、色々な改良が行われ、様々な換字式暗号が登場した。さらに近代のエニグマ他に代表される機械式暗号も、変換ルールを機械の利用により複雑にする技巧を凝らした、換字式暗号の一種と言える。

シーザー暗号は、1文字を別の1文字に変換する方式であるが、普通の文字に変換するのではなく単語数字記号図形等に変換する暗号もあり、有名なものから無名なものまで数多くある。

などがある。

図形に変換する暗号として、アーサー・コナン・ドイルの「踊る人形」(1903年)がよく知られているが、類似の換字表は1874年にも発表されている。新聞のクイズ欄にて換字式の暗号文を掲載することもあった。換字表には、モールス符号、アスキーコード、JISコードなどのように秘匿用途ではないものもあるが、戦時に表を取り替えて暗号として使用した例もあった。

換字式暗号は初期には紙と鉛筆だけで暗号文を作成していた。変換ルールが複雑な場合や効率よく変換を行う目的で、変換表や円盤などが使われることもあった。ヴィジュネル方陣やアルベルティの暗号円盤などが知られている。

なお、"換字" はそのまま読むと"かんじ"となるが、"漢字"と同じ読みだと紛らわしいため、"かえじ"と読む慣わしがある。

分類[編集]

換字式暗号には、変換ルールの性質(1対1、1対多)や種類(単一固定、複数可変)、変換の単位(1文字か複数文字)などによって次のような分類がなされている。

具体的な暗号方式の一覧は、主な暗号の分類と一覧を参照。

(文字単位の変換)
  • 単表式換字 (monoalphabetic substitution cipher):変換ルールが1つに固定。単アルファベット換字ともいう。
    • 単純換字 (simple substitution cipher / uniliteral substitution cipher ):1対1の単純写像で平文の1文字を対応する1文字に変換する。内部状態はなく、前後の文字には影響されない。単一換字ともいう。
    • 同音換字 (Homophonic substitution cipher):平文の1文字に対応する文字が複数個あり、その中から一つを選択して変換する。写像は1種類であるが1対多の写像である点が異なる。単純換字では平文の統計的性質がそのまま暗号文に残るが、同音換字では文字の出現頻度を操作できる。暗号文に同じ文字が1度しか出現しない場合には解読できなくなる。異綴換字、ホモフォニック換字ともいう。なお単文字換字での同音暗号(uniliteral substitution cipher with variants)は理論的には可能だが実用性に乏しい。以下の例では平字のJとYをIにKをCまたはQにWをVVで代用する事でフランス語で高頻度の4字をvariantsに充てた。[1]