รหัสสองช่องหรือที่เรียกว่าPlayfair สองชั้นเป็นเทคนิคการเข้ารหัสแบบสมมาตร ด้วยตนเอง ^{[ 1 ]}ได้รับการพัฒนาเพื่อลดความยุ่งยากของเมทริกซ์การเข้ารหัส/ถอดรหัสขนาดใหญ่ที่ใช้ในรหัสสี่ช่อง ในขณะที่ยังคงมีความแข็งแกร่งกว่า รหัส Playfairช่องเดียวเล็กน้อย

เทคนิคนี้เข้ารหัสคู่ตัวอักษร ( ไดกราฟ ) ดังนั้นจึงจัดอยู่ในประเภทของรหัสลับที่เรียกว่า รหัสลับแบบแทนที่ พหุตัว อักษร (polygraphic substitution ciphers) ซึ่งเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับการเข้ารหัสอย่างมากเมื่อเทียบกับ รหัสลับแบบแทนที่ตัวอักษรเดี่ยว (monographic substitution ciphers ) ซึ่งทำงานกับตัวอักษรเพียงตัวเดียว การใช้ไดกราฟทำให้เทคนิคสองช่องมีความอ่อนไหวต่อ การโจมตี ด้วยการวิเคราะห์ความถี่ น้อยลง เนื่องจากต้องทำการวิเคราะห์ไดกราฟที่เป็นไปได้ถึง 676 แบบ แทนที่จะเป็นเพียง 26 แบบสำหรับรหัสลับแบบแทนที่ตัวอักษรเดี่ยว การวิเคราะห์ความถี่ของไดกราฟนั้นเป็นไปได้ แต่ยากกว่ามาก และโดยทั่วไปแล้วต้องใช้ข้อความที่เข้ารหัสขนาดใหญ่กว่ามากจึงจะใช้งานได้

Félix Delastelleบรรยายถึงรหัสดังกล่าวในหนังสือTraité élémentaire de cryptographie ของเขาในปี 1901 ภายใต้ชื่อdamiers bigrammatiques réduits (กระดานหมากรุกดิกราฟิกแบบลดขนาด) โดยมีทั้งประเภทแนวนอนและแนวตั้ง^{[ 2 ]}

กระดานหมากรุกสองตัวอักษรได้รับการอธิบายโดยWilliam F. FriedmanในหนังสือAdvanced Military Cryptography (1931) และในชุดMilitary CryptanalysisและMilitary Cryptanalytics ในภายหลัง ^{[ 3 ]}

Lambros D. Callimahosผู้ร่วมเขียนหนังสือMilitary Cryptanalyticsกับ Friedman ได้อธิบายรหัสลับนี้ไว้ในบทความการเข้ารหัสลับในสารานุกรมCollier 's Encyclopedia ^{[ 4 ]}

คำอธิบายในสารานุกรมได้รับการดัดแปลงเป็นบทความในThe CryptogramของAmerican Cryptogram Associationในปี 1972 ^{[ 5 ]}หลังจากนั้น รหัสลับนี้กลายเป็นรหัสลับประเภทปกติในปริศนา ACA ^{[ 6 ]}

ในปี พ.ศ. 2530 Noel Currer‐Briggs ได้อธิบาย รหัส Playfair สองชั้นที่ชาวเยอรมันใช้ในสงครามโลกครั้งที่สอง^{[ 7 ]}ในกรณีนี้Playfair สองชั้นหมายถึงวิธีการที่ใช้ตาราง Polybius สองตารางบวกกับการเรียงลำดับ

แม้แต่รูปแบบต่างๆ ของ Double Playfair ที่เข้ารหัสตัวอักษรแต่ละคู่สองครั้งก็ยังถือว่าอ่อนกว่าการเข้ารหัสแบบสลับตำแหน่งสอง ครั้ง ^{[ 8 ]}

...ในช่วงกลางปี ​​ค.ศ. 1915 ชาวเยอรมันได้ทำลายระบบ Playfair ของอังกฤษได้อย่างสิ้นเชิง ในขณะเดียวกัน พวกเขาก็ตระหนักถึงความยืดหยุ่นและความเรียบง่ายของระบบนี้ และตัดสินใจว่าพวกเขาสามารถทำให้มันปลอดภัยยิ่งขึ้นและปรับให้เข้ากับการใช้งานของตนเองได้ แทนที่จะใช้ช่องสี่เหลี่ยมขนาด 5 x 5 ช่องเดียวและแบ่งข้อความที่ชัดเจนออกเป็นไบแกรมในแบบที่ผมได้อธิบายไป พวกเขาใช้ช่องสี่เหลี่ยมสองช่องและเขียนข้อความทั้งหมดออกมาเป็นความยาวตามตัวอักษรบนแบบฟอร์มข้อความสี่เหลี่ยมที่จัดเตรียมไว้เป็นพิเศษซึ่งจัดเรียงเป็นบรรทัดคู่ที่มีความยาวที่กำหนดไว้

รูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อยอื่นๆ ที่รวมการจัดลำดับไว้ด้วยนั้น ได้รับการอธิบายไว้ใน Schick (1987) ^{[ 10 ]}และ David (1996) ^{[ 11 ]}

รหัสสองช่องไม่ได้ถูกอธิบายไว้ในหนังสือการเข้ารหัสลับยอดนิยมอื่นๆ ในศตวรรษที่ 20 เช่น โดยHelen Fouché Gaines (1939) หรือ William Maxwell Bowers (1959) แม้ว่าทั้งสองจะอธิบายรหัส Playfairและรหัสสี่ช่องก็ตาม^{[ 12 ]}

รหัสลับแบบสองช่องใช้เมทริกซ์ขนาด 5x5 สองเมทริกซ์ และมีสองรูปแบบ คือแนวนอนและแนวตั้ง แบบแนวนอนจะมีเมทริกซ์สองเมทริกซ์วางเคียงข้างกัน ส่วนแบบแนวตั้งจะมีเมทริกซ์หนึ่งอยู่ใต้อีกเมทริกซ์หนึ่ง เมทริกซ์ขนาด 5x5 แต่ละเมทริกซ์จะบรรจุตัวอักษร (โดยปกติจะละเว้น "Q" หรือใส่ "I" และ "J" ไว้ในตำแหน่งเดียวกันเพื่อลดจำนวนตัวอักษรให้พอดี) ตัวอักษรในทั้งสองเมทริกซ์โดยทั่วไปจะเป็นตัวอักษรผสมโดยแต่ละตัวอักษรจะอิงตามคำหลักหรือวลีบางอย่าง

ในการสร้างเมทริกซ์ขนาด 5x5 นั้น ขั้นแรกจะต้องเติมช่องว่างในเมทริกซ์ด้วยตัวอักษรของคำหลักหรือวลี (โดยตัดตัวอักษรที่ซ้ำกันออก) จากนั้นจึงเติมช่องว่างที่เหลือด้วยตัวอักษรที่เหลือในลำดับ (โดยตัด "Q" ออกเพื่อลดจำนวนตัวอักษรให้พอดี) กุญแจสามารถเขียนไว้ในแถวบนสุดของตารางจากซ้ายไปขวา หรือในรูปแบบอื่น เช่น รูปแบบเกลียวที่เริ่มต้นจากมุมบนซ้ายและสิ้นสุดที่ตรงกลาง คำหลักพร้อมกับข้อกำหนดในการเติมตาราง 5x5 จะประกอบกันเป็นกุญแจเข้ารหัส อัลกอริทึมแบบสองช่องสี่เหลี่ยมอนุญาตให้มีกุญแจสองชุดแยกกัน ชุดหนึ่งสำหรับแต่ละเมทริกซ์

ตัวอย่างเช่น ต่อไปนี้คือเมทริกซ์สองช่องแนวตั้งสำหรับคำหลัก "ตัวอย่าง" และ "คำหลัก":

ตัวอย่าง แอลบีซีดีเอฟ กิจก์ นอร์สต์ ยูวีดับบลิววายซี   คีย์โว อาร์ดีบีซี เอฟจีเอช แอลเอ็มเอ็นพีเอส ทูวีเอ็กซ์ซี 

การเข้ารหัสโดยใช้เมทริกซ์สองช่องนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับระบบที่ใช้ในเมทริกซ์สี่ช่องยกเว้นว่าไดกราฟของข้อความต้นฉบับและข้อความที่เข้ารหัสแล้วใช้เมทริกซ์เดียวกัน

ในการเข้ารหัสข้อความ จะต้องทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

• แยกข้อความเพย์โหลดออกเป็นไดกราฟ ( help me obi wan kenobi becomes he lp me ob iw an ke no bi )
• สำหรับเมทริกซ์สองช่องแนวตั้ง อักขระตัวแรกของทั้งข้อความต้นฉบับและข้อความเข้ารหัสจะใช้เมทริกซ์ด้านบน ในขณะที่อักขระตัวที่สองจะใช้เมทริกซ์ด้านล่าง
• สำหรับตารางสองช่องแนวนอน ตัวอักษรตัวแรกของทั้งสองไดกราฟจะใช้เมทริกซ์ด้านซ้าย ในขณะที่ตัวอักษรตัวที่สองจะใช้เมทริกซ์ด้านขวา
• หาตัวอักษรตัวแรกในไดกราฟในเมทริกซ์ข้อความด้านบน/ซ้าย

ตัวอย่าง L BCDF กิจก์ นอร์สต์ ยูวีดับบลิววายซี   คีย์โว อาร์ดีบีซี เอฟจีเอช แอลเอ็มเอ็นพีเอส ทูวีเอ็กซ์ซี 

• หาตัวอักษรตัวที่สองในไดกราฟในเมทริกซ์ข้อความธรรมดาด้านล่าง/ขวา

ตัวอย่าง L BCDF กิจก์ นอร์สต์ ยูวีดับบลิววายซี   คีย์โว อาร์ดีบีซี เอฟจีเอช แอลเอ็มเอ็นพี เอส ทูวีเอ็กซ์ซี 

• รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าถูกกำหนดโดยอักขระสองตัวในข้อความต้นฉบับ และมุมตรงข้ามจะกำหนดไดกราฟของข้อความเข้ารหัส

ตัวอย่าง L BC D F กิจก์ นอร์สต์ ยูวีดับบลิววายซี   คีย์โว อาร์ดีบีซี เอฟจีเอช แอลเอ็มเอ็นพีเอส ทูวีเอ็กซ์ซี 

โดยใช้ตัวอย่างสี่เหลี่ยมจัตุรัสแนวตั้งสองช่องที่ให้ไว้ข้างต้น เราสามารถเข้ารหัสข้อความธรรมดาต่อไปนี้ได้:

ข้อความธรรมดา: he lp me ob iw an ke no bi ข้อความเข้ารหัส: HE DL XW SD JY AN HO TK DG 

นี่คือตารางสองช่องเดิมที่เขียนขึ้นใหม่ แต่เว้นว่างค่าทั้งหมดที่ไม่ได้ใช้ในการเข้ารหัสไดกราฟ "LP" เป็น "DL"

- - - - - L - - D - - - - - - - - - - - - - - - -   - - - - - - - - - - - - - - - ล - - พี - - - - - - 

กฎสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ใช้ในการเข้ารหัสและถอดรหัสสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนในแผนภาพนี้ วิธีการถอดรหัสเหมือนกับวิธีการเข้ารหัสทุกประการ

เช่นเดียวกับ Playfair (และไม่เหมือนกับ four-square) มีสถานการณ์พิเศษที่ตัวอักษรสองตัวในไดกราฟอยู่ในคอลัมน์เดียวกันสำหรับ two-square แนวตั้ง หรืออยู่ในแถวเดียวกันสำหรับ two-square แนวนอน สำหรับ two-square แนวตั้ง ไดกราฟข้อความธรรมดาที่มีตัวอักษรทั้งสองอยู่ในคอลัมน์เดียวกันจะให้ไดกราฟเดียวกันในข้อความเข้ารหัส สำหรับ two-square แนวนอน ไดกราฟข้อความธรรมดาที่มีตัวอักษรทั้งสองอยู่ในแถวเดียวกันจะให้ (ตามธรรมเนียม) ไดกราฟนั้นโดยที่ตัวอักษรกลับด้านในข้อความเข้ารหัส ในการเข้ารหัสลับ สิ่งนี้เรียกว่าความโปร่งใส (transparency) (เวอร์ชันแนวนอนบางครั้งเรียกว่าความโปร่งใสแบบกลับด้าน) สังเกตในตัวอย่างข้างต้นว่าไดกราฟ "HE" และ "AN" จับคู่กับตัวเองอย่างไร จุดอ่อนของ two-square คือประมาณ 20% ของไดกราฟจะเป็นความโปร่งใส

ตัวอย่าง แอลบีซีดีเอฟ จีเอช ไอเจเค นอร์สต์ ยูวีดับบลิววายซี   เควายโว อาร์ดีบีซี เอฟจีเอช แอลเอ็มเอ็นพีเอส ทูวีเอ็กซ์ซี 

เช่นเดียวกับรหัสลับส่วนใหญ่ในยุคก่อนสมัยใหม่ รหัสลับแบบสองช่องสามารถถอดรหัสได้ง่ายหากมีข้อความมากพอ การได้มาซึ่งกุญแจนั้นค่อนข้างตรงไปตรงมาหากทราบทั้งข้อความต้นฉบับและข้อความที่เข้ารหัสแล้ว เมื่อทราบเพียงข้อความที่เข้ารหัสแล้ว การวิเคราะห์รหัสลับแบบใช้กำลังทั้งหมด (brute force cryptanalysis ) จะเกี่ยวข้องกับการค้นหาในพื้นที่กุญแจเพื่อหาความตรงกันระหว่างความถี่ของการปรากฏของไดกราฟ (คู่ตัวอักษร) และความถี่ของการปรากฏของไดกราฟที่ทราบในภาษาที่สันนิษฐานของข้อความต้นฉบับ

การถอดรหัสแบบสองช่องมักเกี่ยวข้องกับจุดอ่อนเรื่องความโปร่งใส ขึ้นอยู่กับว่าใช้สองช่องแบบแนวตั้งหรือแนวนอน ทั้งข้อความที่เข้ารหัสหรือข้อความที่เข้ารหัสแบบย้อนกลับควรแสดงส่วนของข้อความธรรมดาจำนวนมาก ในตัวอย่างข้อความที่เข้ารหัสขนาดใหญ่พอ มักจะมีไดกราฟโปร่งใสหลายตัวเรียงกัน ซึ่งเผยให้เห็นส่วนของคำที่เป็นไปได้ จากส่วนของคำเหล่านี้ นักวิเคราะห์สามารถสร้างสตริงข้อความธรรมดาที่เป็นไปได้และทำงานย้อนกลับไปยังคำหลักได้

คู่มือที่ดีเกี่ยวกับการสร้างรหัสลับแบบสองช่องขึ้นมาใหม่ สามารถพบได้ในบทที่ 7 "วิธีแก้ปัญหาของระบบการแทนที่ด้วยตัวพิมพ์ใหญ่" ในคู่มือภาคสนาม 34-40-2ซึ่งจัดทำโดยกองทัพบกสหรัฐอเมริกา

• หัวข้อต่างๆ ในด้านการเข้ารหัสลับ
• รหัสลับเพลย์แฟร์