[论文解读] Analyzing the Kasiski Method Against Vigenere Cipher

April Lia Hananto, Arip Solehudin+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2019

Computer Science and Engineering参考文献 4被引用 9

一句话总结

本文分析了柯南斯基方法在破译维吉尼亚密码及其改进变体时的有效性，采用非参数统计检验评估密钥长度恢复效果。结果表明，尽管标准维吉尼亚密码因重复模式而易受攻击，但通过重新排列密钥的改进版本显著增强了对柯南斯基密码分析的抵抗力，减少了可检测的重复现象。

ABSTRACT

The weakness of the vigenere cipher lies in its short key and is repeated, so there is a key loop in encrypting messages, this is used by cryptanalysts using the Kasiski method to know the key length so it can solve this algorithm. The Kasiski method uses repetitive cryptograms found in the ciphertext to determine the key length. Modification of the vigenere cipher solves strengthen the cipher by using arranged keys to make it difficult to crack the keys against the Kasiski method attacks. This study analyzes the strength of the vigenere cipher ciphertext and the modification of the vigenere cipher from the encryption results composed of plaintexts that use different keys. Against the Kasiski method attack. The method used in this study is a quantitative method with a descriptive approach through nonparametric statistical tests on the sign test. The results showed a difference in the ciphertext's strength from the encryption process even though using the same key. The kaiseki method if can know not all key lengths the ciphertext in the compilation does not occur repetitive cryptograms. Modification of the vigenere cipher has a positive effect on the strength of the cipher and can influence the strength of the ciphertext that is built against the Kasiski method attacks.

研究动机与目标

• 评估经典维吉尼亚密码对柯南斯基方法在密钥长度恢复方面的脆弱性。
• 研究在改进的维吉尼亚密码中采用密钥重排是否能提高对柯南斯基式攻击的抵抗能力。
• 使用统计方法量化密钥结构对柯南斯基分析下密文强度的影响。
• 确定在标准和改进的维吉尼亚加密中，密文中的重复密文是否能可靠指示密钥长度。

提出的方法

• 本研究采用定量描述性方法，使用非参数符号检验比较不同密钥排列下密文强度的差异。
• 使用不同的密钥模式，对多种明文分别进行标准和改进的维吉尼亚加密，生成密文。
• 应用柯南斯基方法检测密文中的重复双字母组合与三字母组合，以估算密钥长度。
• 通过统计分析评估重复模式的存在与否是否与密钥长度恢复的成功率相关。
• 改进的维吉尼亚密码采用重排密钥以破坏模式重复，降低可预测性。
• 对结果进行分析，以确定密钥结构对柯南斯基方法成功率的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准维吉尼亚密码在多大程度上表现出可检测的重复模式，从而使柯南斯基方法能够恢复密钥长度？
• RQ2 在改进的维吉尼亚密码中使用重排密钥是否降低了密文中重复密文的频率？
• RQ3 当密文中不存在重复模式时，柯南斯基方法能否可靠地确定密钥长度？
• RQ4 改进的维吉尼亚密码如何影响密文对柯南斯基分析的统计强度？
• RQ5 与标准维吉尼亚密钥使用相比，采用结构化密钥重排是否能显著提升密码的抗性？

主要发现

• 标准维吉尼亚密码在使用柯南斯基方法时，即使密钥相同，密钥长度恢复结果也表现出不一致性，这是由于模式检测的可变性所致。
• 当密文中不存在重复密文时，柯南斯基方法无法检测到密钥长度，表明其存在关键局限性。
• 采用重排密钥的改进维吉尼亚密码显著减少了重复模式的出现，从而增强了对柯南斯基分析的抵抗能力。
• 统计检验证实，密钥重排对抵抗柯南斯基攻击具有积极且可量化的正面影响。
• 尽管使用相同的密钥，同一加密过程生成的密文表现出不同程度的脆弱性，表明其抗性并非均匀分布。
• 本研究证明，密钥使用结构的改变可有效破坏柯南斯基方法基于模式的假设。