Mật Mã Four-Square
Nhập hai từ khóa và một thông điệp để mã hóa hoặc giải mã bằng mật mã four-square của Félix Delastelle. Công cụ trình bày bốn bảng 5 × 5 và đánh dấu hình chữ nhật ứng với từng cặp chữ cái, để bạn có thể kiểm tra kết quả bằng tay. Miễn phí, không cần đăng ký, và không có gì rời khỏi trình duyệt của bạn.
Các chữ cái của từ khóa điền vào ô trước, mỗi chữ dùng một lần; phần còn lại của bảng chữ cái theo sau theo thứ tự. Hai từ khóa có thể giống nhau, nhưng khi đó mật mã sẽ yếu hơn.
Ghi theo hàng là cách thông thường. Ví dụ của American Cryptogram Association ghi theo cột.
Chỉ các chữ cái được mã hóa. Khoảng trắng, chữ số và dấu câu bị bỏ đi, và kết quả được viết hoa.
Chữ cái cuối cùng nếu lẻ sẽ được đệm bằng X (Z nếu chữ cái đó là X); văn bản đã giải mã giữ lại ký tự đệm đó.
I và J dùng chung một ô, nên mọi J khi giải mã sẽ trở thành I.
Bốn bảng và các cặp
Mã hóa: tìm chữ cái thứ nhất trong ô phía trên bên trái và chữ thứ hai trong ô phía dưới bên phải. Chữ mã thứ nhất nằm trong ô phía trên bên phải, ở hàng của chữ cái thứ nhất và cột của chữ cái thứ hai. Chữ mã thứ hai nằm trong ô phía dưới bên trái, ở hàng của chữ cái thứ hai và cột của chữ cái thứ nhất.
Phía trên bên trái — bảng chữ cái gốc
| A | B | C | D | E |
| F | G | H | I | K |
| L | M | N | O | P |
| Q | R | S | T | U |
| V | W | X | Y | Z |
Phía trên bên phải — có khóa
| E | X | A | M | P |
| L | B | C | D | F |
| G | H | I | K | N |
| O | Q | R | S | T |
| U | V | W | Y | Z |
Phía dưới bên trái — có khóa
| K | E | Y | W | O |
| R | D | A | B | C |
| F | G | H | I | L |
| M | N | P | Q | S |
| T | U | V | X | Z |
Phía dưới bên phải — bảng chữ cái gốc
| A | B | C | D | E |
| F | G | H | I | K |
| L | M | N | O | P |
| Q | R | S | T | U |
| V | W | X | Y | Z |
Chọn một cặp bên dưới. Khi mã hóa, hai chữ gốc (màu xanh dương) nằm trong hai ô gốc, và các chữ mã (màu hổ phách) nằm ở các góc còn lại của hình chữ nhật mà chúng đánh dấu. Giải mã diễn ra theo chiều ngược lại.
| Cặp | Chữ thứ nhất | Chữ thứ hai | Kết quả |
|---|---|---|---|
| H: hàng 2, cột 3 | E: hàng 1, cột 5 | FY | |
| L: hàng 3, cột 1 | P: hàng 3, cột 5 | NF | |
| M: hàng 3, cột 2 | E: hàng 1, cột 5 | NE | |
| O: hàng 3, cột 4 | B: hàng 1, cột 2 | HW | |
| I: hàng 2, cột 4 | W: hàng 5, cột 2 | BX | |
| A: hàng 1, cột 1 | N: hàng 3, cột 3 | AF | |
| K: hàng 2, cột 5 | E: hàng 1, cột 5 | FO | |
| N: hàng 3, cột 3 | O: hàng 3, cột 4 | KH | |
| B: hàng 1, cột 2 | I: hàng 2, cột 4 | MD | |
| Y: hàng 5, cột 4 | O: hàng 3, cột 4 | YI | |
| U: hàng 4, cột 5 | A: hàng 1, cột 1 | OO | |
| R: hàng 4, cột 2 | E: hàng 1, cột 5 | TE | |
| M: hàng 3, cột 2 | Y: hàng 5, cột 4 | KU | |
| O: hàng 3, cột 4 | N: hàng 3, cột 3 | II | |
| L: hàng 3, cột 1 | Y: hàng 5, cột 4 | KT | |
| H: hàng 2, cột 3 | O: hàng 3, cột 4 | DH | |
| P: hàng 3, cột 5 | E: hàng 1, cột 5 | NO |
Cách Sử Dụng Công Cụ Four-Square
- 1. Nhập hai từ khóa. Từ khóa thứ nhất điền vào ô phía trên bên phải và từ khóa thứ hai vào ô phía dưới bên trái. Chỉ chữ cái được tính, và mỗi chữ chỉ dùng một lần trước khi bảng chữ cái tiếp tục theo thứ tự.
- 2. Chọn quy ước ô vuông. Đưa 26 chữ cái vào 25 ô bằng cách cho I và J dùng chung một ô, hoặc bỏ Q, và chọn cách từ khóa được ghi vào bảng. Hãy chọn đúng quy ước mà bài tập hoặc sách giáo khoa của bạn đã dùng.
- 3. Gõ thông điệp và chọn Mã hóa hoặc Giải mã. Chỉ chữ cái được mã hóa; khoảng trắng và dấu câu bị bỏ đi. Chữ cái cuối cùng nếu lẻ sẽ được đệm bằng X.
- 4. Đọc phần tính toán. Chọn một cặp trong bảng để làm sáng nó: các chữ cái gốc nằm trong hai ô gốc, còn các chữ mã nằm ở các góc còn lại của hình chữ nhật.
Mật Mã Four-Square Hoạt Động Như Thế Nào
Mật mã four-square mã hóa hai chữ cái cùng lúc. Nó dùng bốn bảng 5 × 5 xếp thành khối 2 × 2. Các ô phía trên bên trái và phía dưới bên phải chứa bảng chữ cái gốc. Các ô phía trên bên phải và phía dưới bên trái là ô khóa: mỗi ô bắt đầu bằng từ khóa riêng của nó và tiếp tục với các chữ cái chưa dùng theo thứ tự.
Để mã hóa một cặp, tìm chữ cái thứ nhất trong ô phía trên bên trái và chữ cái thứ hai trong ô phía dưới bên phải. Chúng nằm ở hai góc đối diện của một hình chữ nhật tưởng tượng. Chữ mã thứ nhất nằm trong ô phía trên bên phải, ở hàng của chữ cái thứ nhất và cột của chữ cái thứ hai. Chữ mã thứ hai nằm trong ô phía dưới bên trái, ở hàng của chữ cái thứ hai và cột của chữ cái thứ nhất. Để giải mã, chạy hình chữ nhật này theo chiều ngược lại, bắt đầu từ các ô khóa.
Ví Dụ Minh Họa
Mô tả của American Cryptogram Association về mật mã này dùng các từ khóa GEOMETRY (phía trên bên phải) và LOGARITHM (phía dưới bên trái), mỗi từ được ghi theo cột, với I và J dùng chung một ô. Chọn các thiết lập đó rồi mã hóa COMEQUICKLYWENEEDHELPX. Hàng và cột bên dưới được đếm từ 1.
| Cặp | Chữ thứ nhất (ô phía trên bên trái) | Chữ thứ hai (ô phía dưới bên phải) | Mã |
|---|---|---|---|
| CO | C: hàng 1, cột 3 | O: hàng 3, cột 4 | LE |
| ME | M: hàng 3, cột 2 | E: hàng 1, cột 5 | WI |
| QU | Q: hàng 4, cột 1 | U: hàng 4, cột 5 | XA |
Với CO, chữ mã thứ nhất nằm trong ô phía trên bên phải ở hàng 1, cột 4 (L), và chữ mã thứ hai nằm trong ô phía dưới bên trái ở hàng 3, cột 3 (E). Toàn bộ thông điệp trở thành LEWIXAFNEXCUDXUVDPGXHZ, chính là bản mã trong mô tả của ACA. Lưu ý rằng một cặp luôn cho ra cùng một cặp mã, nhưng không có quy luật nào theo từng chữ một: cùng một chữ cái gốc sẽ thành các chữ cái khác nhau tùy theo chữ đi kèm.
Các quy ước làm thay đổi kết quả
Các ví dụ đã công bố không phải lúc nào cũng khớp nhau, và đó là lý do công cụ cho phép chọn quy ước. Ví dụ của Wikipedia, với các từ khóa EXAMPLE và KEYWORD được ghi theo hàng, biến HELPMEOBIWANKENOBI thành FYGMKYHOBXMFKKKIMD chỉ khi Q bị bỏ khỏi các ô thay vì I và J dùng chung một ô. Khi I và J dùng chung một ô, cùng đầu vào cho ra kết quả khác, nên hãy luôn khớp quy ước trước khi so sánh.
Nguồn Gốc Của Mật Mã Four-Square
Mật mã này là công trình của Félix Delastelle (1840–1902), một nhà mật mã học nghiệp dư người Pháp, người cũng phát minh ra mật mã bifid và trifid. Ông tập hợp các hệ thống của mình trong Traité élémentaire de cryptographie, do Gauthier-Villars xuất bản tại Paris năm 1902, vài tháng sau khi ông qua đời. Four-square là họ hàng gần của Playfair, vốn mã hóa các cặp chữ trên một bảng duy nhất. Nó cần hai từ khóa và bốn bảng, nên việc chuẩn bị mất nhiều công hơn; và chính phần công sức thêm vào, đổi lấy độ mạnh chỉ ở mức vừa phải, khiến Playfair phổ biến hơn nhiều.
Mật Mã Four-Square Bị Phá Như Thế Nào
Four-square che giấu tần suất của từng chữ cái đơn lẻ, vì mỗi chữ phụ thuộc vào chữ đi kèm. Nó không che giấu tần suất cặp chữ: một cặp chữ gốc luôn cho ra cùng một cặp mã, nên các cặp phổ biến trong tiếng Anh như TH và HE để lại những cặp lặp lại trong bản mã. Với vài trăm chữ cái, máy tính có thể thử các cặp từ khóa và chấm điểm từng phỏng đoán theo mức độ các cặp đã giải mã trông giống tiếng Anh. Khi biết trước một đoạn văn bản gốc, các bảng gần như được suy ra bằng tay. Không giống Playfair, một cặp gốc đảo ngược không cho ra cặp mã đảo ngược khi hai từ khóa khác nhau, và các chữ cái lặp liền nhau không cần ký tự đệm, nên hai dấu hiệu nhận biết của Playfair đã bị loại bỏ.
Một mật mã để học, không an toàn
Four-square là cách tốt để tìm hiểu cách hoạt động của mật mã digraph. Nó không thể bảo vệ bất kỳ thông tin riêng tư nào trước phần mềm.
Câu Hỏi Thường Gặp
- Mật mã four-square là gì?
- Mật mã four-square là một mật mã thay thế digraph, mã hóa các cặp chữ cái bằng bốn bảng 5 × 5: hai bảng chữ cái gốc và hai bảng khóa với hai từ khóa khác nhau. Nó do nhà mật mã học người Pháp Félix Delastelle phát minh.
- Làm thế nào để giải mã bản mã four-square?
- Chia bản mã thành từng cặp. Tìm chữ cái thứ nhất trong ô khóa phía trên bên phải và chữ thứ hai trong ô khóa phía dưới bên trái. Chữ gốc thứ nhất nằm trong ô phía trên bên trái, ở hàng của chữ mã thứ nhất và cột của chữ mã thứ hai; chữ gốc thứ hai nằm trong ô phía dưới bên phải, ở hàng của chữ mã thứ hai và cột của chữ mã thứ nhất.
- Four-square khác Playfair ở điểm nào?
- Playfair dùng một bảng khóa duy nhất và di chuyển chữ cái theo hàng hoặc cột. Four-square dùng bốn bảng và luôn áp dụng quy tắc hình chữ nhật. Nó không cần ký tự đệm giữa các chữ cái lặp, và một cặp gốc đảo ngược không cho ra cặp mã đảo ngược, nhưng cần hai từ khóa và chuẩn bị nhiều hơn.
- Hai từ khóa có bắt buộc phải khác nhau không?
- Không, nhưng dùng cùng một từ khóa cho cả hai ô khóa sẽ khiến mật mã dễ bị tấn công hơn. Hai từ khóa khác nhau tạo ra cách sắp xếp khác nhau trong mỗi ô khóa, và mật mã chỉ mạnh đến mức sự khác biệt đó.
- Chuyện gì xảy ra với chữ J và Q?
- Một bảng 5 × 5 chứa 25 chữ, nên phải bỏ đi một chữ. Hoặc I và J dùng chung một ô, và mọi J được đọc là I, hoặc Q bị bỏ khỏi bảng và bị loại khỏi thông điệp. Các ví dụ đã công bố dùng cả hai quy ước, vì vậy hãy chọn quy ước khớp với của bạn.
- Mật mã four-square có an toàn không?
- Không. Vì cùng một cặp gốc luôn cho ra cùng một cặp mã, phân tích tần suất digraph vẫn hoạt động, và máy tính có thể khôi phục cả hai từ khóa từ vài trăm chữ cái. Đây là một mật mã lịch sử dành cho việc học tập và giải đố.