در زمستان سال ۵۴ پیش از میلاد، نیزه‌ای به اردوگاه رومیانِ محاصره‌شده در گال پرتاب شد که نامه‌ای به آن بسته بودند. فرمانده این اردوگاه، کوئینتوس تولیوس سیسرون، برادر خطیب نامدار، بود و نیروهای دشمن چنان آن را در محاصره گرفته بودند که رساندن پیام خطرناک شده بود. ژولیوس پس از آنکه از راه پیامی که از داخل اردوگاه فرستاده شده بود از محاصره آگاه شد، سواره‌نظامی گالی را با پاسخ خود فرستاد. به او دستور داد اگر نتوانست آن‌قدر نزدیک شود که نامه را با خیال آسوده تحویل دهد، آن را به نیزه ببندد و به‌سوی اردوگاه پرتاب کند. این نقشه کارساز بود؛ هرچند نیزه به برجی گیر کرد و دو روز از چشم‌ها پنهان ماند تا سرانجام سربازی آن را پیدا کرد.
نامه به سیسرون خبر می‌داد که ژولیوس با سپاهیانش برای نجات آنان در راه است و همین خبر، روحیهٔ لازم را به سربازان محاصره‌شده می‌بخشید. ژولیوس همچنین احتیاطی را ذکر کرد که امروز این ماجرا را جذاب‌تر می‌کند: او پیام را با حروف یونانی نوشته بود تا دشمنی که آن را به دست می‌آورد، نتواند بی‌درنگ نقشه‌های رومیان را بخواند.
این نامه لزوماً نمونه‌ای از جابه‌جایی سه‌حرفی نیست که امروز آن را رمز سزار می‌نامیم. توصیف مشهور این روش را سوتونیوس، نویسندهٔ رومی، سال‌ها بعد نوشته است. بااین‌حال، این دو روایت نشان می‌دهند ژولیوس از همان زمان به این فکر می‌کرد که چگونه مکاتبات نظامیِ به‌دست‌افتاده را از فهم آسان دور نگه دارد.
این ترفند تقریباً به‌طرزی تحقیرآمیز ساده بود
هر حرف را سه خانه جابه‌جا کنید، تمام
این روش را می‌شناسیم، چون سوتونیوس آن را در کتاب «دوازده سزار» و حدود ۱۵۰ سال پس از مرگ ژولیوس ثبت کرده است. در روایت او، ژولیوس مکاتبات محرمانه را با سامانه‌ای از جانشینی ساده می‌نوشت که هر حرف را سه جایگاه جلوتر در الفبا قرار می‌داد. این نمونه‌ای بسیار ساده از تبدیل متن آشکار به متن رمزی است.
سوتونیوس در مثال خود از D به‌جای A استفاده می‌کند و الگوی امروزی را نشان می‌دهد: A به D تبدیل می‌شود، B به E و Z سرانجام به C بازمی‌گردد. الفبای لاتینِ زمان ژولیوس با الفبای امروز یکسان نبود؛ بنابراین نسخهٔ A‑to‑Z تنها نمایش مدرنی از همان روش پایه‌ای است.
به‌سادگی می‌توان فهمید چرا این سامانه سودمند بود. وقتی هر دو طرف از مقدار جابه‌جایی آگاه بودند، پیام را می‌شد به‌طور کامل با دست نوشت و رمزگشایی کرد؛ بی‌آن‌که به ابزار ویژه یا جدول مرجع پیچیده‌ای نیاز باشد. این روش در برابر کسی که با سماجت متن را تحلیل می‌کند مقاوم نیست، اما نامه‌ای که رهگیری می‌شد، در نگاه نخست معنای خود را آشکار نمی‌کرد. در مکاتبات نظامی که از سرزمین‌های دشمن می‌گذشتند، حتی چنین مانع کوچکی نیز می‌توانست مفید باشد.
هنوز هم می‌توانید رمز سزار را در ذهن خود امتحان کنید
دو هزار سال بعد، مداد و کاغذ کافی‌اند
بیایید تمرین کوچکی انجام دهیم. پیام ساده‌ای مانند "ATTACK AT DAWN" را در نظر بگیرید. در جابه‌جایی سنتی سه‌حرفیِ سزار، هر حرف سه جایگاه به جلو می‌رود؛ A به D، T به W و C به F تبدیل می‌شود؛ بنابراین پیام کامل به "DWWDFN DW GDZQ" تغییر می‌کند. در اصطلاح امروزی، ATTACK AT DAWN متن آشکار، DWWDFN DW GDZQ متن رمزی و مقدار جابه‌جایی کلید است.
وقتی مقدار جابه‌جایی را می‌دانید، بازگرداندن پیام نیز به همان اندازه مکانیکی است. هر حرف را سه جایگاه به عقب ببرید تا جملهٔ اصلی بازگردد. همین ویژگی، طرح را عملی می‌کرد؛ زیرا فرستنده و گیرنده فقط باید جابه‌جایی توافق‌شده را به خاطر می‌سپردند و همان قاعده را یکسان به کار می‌بردند.
ضعف این روش خیلی زود آشکار می‌شود. کسی که به جابه‌جایی سزار مشکوک است، با معمای بزرگی روبه‌رو نیست. در الفبای مدرن ۲۶حرفی، فقط ۲۵ حالت غیرتکراری وجود دارد؛ پس رهگیر می‌تواند همه را امتحان کند تا کلمه‌های قابل‌شناسایی پدیدار شوند. DWWDFN DW GDZQ در بیشتر جابه‌جایی‌ها بی‌معنا به‌نظر می‌رسد، اما با سه گام به عقب، بی‌درنگ به ATTACK AT DAWN تبدیل می‌شود. نرم‌افزارهای مدرن می‌توانند همهٔ گزینه‌ها را در کسری از ثانیه بیازمایند؛ حتی با مداد و کاغذ نیز شکستن پیامی کوتاه با جابه‌جایی سزار، دشوارتر از حل یک معمای ساده نیست.
جانشین او این روش را ادامه داد
آگوستوس نسخهٔ خود را داشت
آگوستوس، وارث برگزیدهٔ سزار، ظاهراً از سامانه‌ای مشابه استفاده می‌کرد. سوتونیوس می‌گوید آگوستوس هنگام نوشتن رمز، حرف بعدی الفبا را جایگزین حرف مورد نظر می‌کرد؛ A به B و B به C تبدیل می‌شد. نسخهٔ او در انتهای الفبا نیز پیچیدگی عجیبی داشت. برخلاف چرخش دایره‌ای در نمایش‌های مدرن رمز سزار، سوتونیوس می‌گوید آگوستوس برای X، AA می‌نوشت.
این جزئیات کوچک مفیدند، زیرا نشان می‌دهند جانشینی حرف‌به‌حرف، صرفاً عادت موقتیِ ویژهٔ سزار نبود. از هر دو سامانه آگاهیم، چون سوتونیوس سال‌ها بعد آن‌ها را ثبت کرد و تصویری دقیق و ویژه از تلاش دو فرمانروای رومی برای دشوارتر کردن خواندن مکاتبات حساسشان برای مخاطبان ناخواسته به دست داد.
قرن‌ها طول کشید تا ضعف آن به‌صورت رسمی تبیین شود
ال‑کندی الگوهای زبانی را به ابزار شکستن رمز تبدیل کرد
جابه‌جایی سزار شاید ناظری را که نگاهی گذرا می‌اندازد فریب دهد، اما فضای کلید آن کوچک است. در الفبای امروزی ۲۶‑حرفی، تنها ۲۵ جابه‌جایی معنادار برای آزمون وجود دارد؛ بنابراین خواننده‌ای مصمم می‌تواند به‌سادگی همه را امتحان کند تا متن قابل‌فهم شود.
پیشرفت بزرگ‌تر در قرن نهم رخ داد؛ زمانی که دانشمند عرب، ال‑کندی، نخستین توصیف نظام‌مندِ باقی‌مانده از تحلیل بسامد را ارائه کرد؛ روشی که عموماً نخستین گزارش منظم از آن شناخته می‌شود. کار او به حوزه‌ای مربوط می‌شود که امروز «رمزشکنی» می‌نامیم؛ یعنی مطالعهٔ شکستن سازوکارهای رمزنگاری.
دریافت کلیدی او این بود که زبان الگو دارد؛ برخی حروف بسیار بیشتر از دیگران ظاهر می‌شوند و رمز جانشینی ساده شاید حروف را پنهان کند، اما ردپای آماری آن‌ها را بر جای می‌گذارد.
این ایده فقط برای رمز سزار سودمند نبود. جانشینی تک‌حرفی می‌تواند ترکیب‌های فراوانی از حروف پدید آورد و در نتیجه، حدس‌زدنِ دستی با روش آزمون‌وخطا کمتر عملی می‌شود. تحلیل بسامد راه دیگری در اختیار رمزگشا می‌گذارد: بررسی نمادهای پرتکرار، جفت‌های تکراری و دیگر الگوهای بازگشتی و مقایسهٔ آن‌ها با زبان اصلی.
یکی از راه‌های بعدی رمزنگاران برای دشوارتر کردن جانشینی، تغییر پیوستهٔ آن در طول پیام بود. لئون باتیستا آلبرتی در قرن پانزدهم با استفاده از الفباهای رمزی متعدد آزمایش کرد؛ یوهانس تریتیمیوس در سال ۱۵۱۸ جدول recta خود را منتشر کرد؛ جووان باتیستا بلاّسو در سال ۱۵۵۳ سامانه‌ای چندالفبایی و کلیددار شرح داد. بلز دی ویژنر در سال ۱۵۸۶ اثر خود را دربارهٔ رمزنگاری چندالفبایی منتشر کرد و تاریخ، نام او را به رمزی داد که امروز با عنوان رمز ویژنر شناخته می‌شود؛ هرچند بلاّسو دهه‌ها پیش‌تر پایهٔ این روش را توصیف کرده بود.
جابه‌جایی هرگز کاملاً ناپدید نشد
جابه‌جایی سادهٔ سزار هنوز هم در اینترنت به کار می‌رود، هرچند کسی آن را برای حفظ اسرار واقعی استفاده نمی‌کند. ROT13 مشهورترین نوادهٔ آن است که هر حرف را با حرفی سیزده جایگاه جلوتر در الفبا جایگزین می‌کند. ازآنجاکه سیزده دقیقاً نیمی از الفبای ۲۶ حرفی است، اجرای دوبارهٔ ROT13 متن اصلی را بازمی‌گرداند. این ویژگی آن را برای پست‌های قدیمی Usenet، شوخی‌های انجمن‌ها، پاسخ‌های معما و اسپویلرها ایدئال می‌کرد؛ جاهایی که هدف فقط پنهان نگه‌داشتن متن تا زمان آشکارشدن آن بود.
رمزنگاری مدرن راه درازی از جابه‌جایی حروف در روش سزار پیموده است. اکنون، بسته به آن‌چه باید محافظت شود و شیوهٔ تبادل کلیدها، می‌تواند از کلیدهای متقارن یا جفت‌کلیدهای عمومی‑خصوصی استفاده کند. AES‑۲۵۶ استاندارد مدرن رمزنگاری متقارن است، درحالی‌که سامانه‌هایی مانند PGP برای محافظت از پیام‌ها، ترکیبی از رمزنگاری متقارن و عمومی را به کار می‌گیرند.
حالا که تا اینجا همراه بودید، معمایی برایتان می‌گذارم: FDHVDU ZRXOG ORYH WKLV، با همان جابه‌جایی سه‌حرفی که سزار را مشهور کرد. اگر رمز را گشودید، متن اصلی را در نظرات بنویسید.
منبع: این مطلب ترجمه و بومی‌سازی مقاله‌ای از MakeUseOf به قلم Oluwademilade Afolabi است. مشاهده مقاله اصلی