ในวิทยาการเข้ารหัสลับ รหัส ( หรือรหัสลับ ) คืออัลกอริทึมสำหรับการเข้ารหัสหรือถอดรหัสซึ่งเป็นชุดขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนและสามารถปฏิบัติตามได้ อีกคำหนึ่งที่ใช้กันน้อยกว่าคือการเข้ารหัส การเข้ารหัสหรือการแปลงข้อมูลให้เป็นรหัสหรือรหัสลับ ในภาษาพูดทั่วไป "รหัส" มีความหมายเหมือนกับ " รหัส " เนื่องจากทั้งสองเป็นชุดขั้นตอนที่ใช้เข้ารหัสข้อความ อย่างไรก็ตาม แนวคิดทั้งสองแตกต่างกันในวิทยาการเข้ารหัสลับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวิทยาการเข้ารหัสลับแบบคลาสสิก

โดยทั่วไปแล้ว รหัสจะแทนที่สตริงตัวอักษรที่มีความยาวต่างกันในผลลัพธ์ ในขณะที่รหัสลับโดยทั่วไปจะแทนที่จำนวนตัวอักษรเท่ากับที่ป้อนเข้ามา รหัสจะแปลงความหมายหนึ่งไปเป็นอีกความหมายหนึ่ง คำและวลีสามารถเข้ารหัสเป็นตัวอักษรหรือตัวเลขได้ รหัสมักมีความหมายโดยตรงจากข้อมูลที่ป้อนเข้าไปไปยังรหัสลับ รหัสมีหน้าที่หลักในการประหยัดเวลา ส่วนรหัสลับนั้นเป็นแบบอัลกอริทึม ข้อมูลที่ป้อนเข้ามาต้องเป็นไปตามกระบวนการของรหัสลับจึงจะสามารถถอดรหัสได้ รหัสลับมักใช้ในการเข้ารหัสข้อมูลที่เป็นลายลักษณ์อักษร

รหัสลับทำงานโดยการแทนที่ตามสมุดรหัส ขนาดใหญ่ ซึ่งเชื่อมโยงสตริงตัวอักษรหรือตัวเลขแบบสุ่มเข้ากับคำหรือวลี ตัวอย่างเช่น "UQJHSE" อาจเป็นรหัสสำหรับ "ไปที่พิกัดต่อไปนี้" เมื่อใช้รหัสลับ ข้อมูลดั้งเดิมเรียกว่าข้อความธรรมดา (plaintext)และรูปแบบที่เข้ารหัสแล้วเรียกว่าข้อความเข้ารหัส (ciphertext ) ข้อความเข้ารหัสจะมีข้อมูลทั้งหมดของข้อความธรรมดา แต่ไม่อยู่ในรูปแบบที่มนุษย์หรือคอมพิวเตอร์สามารถอ่านได้หากไม่มีกลไกที่เหมาะสมในการถอดรหัส

การทำงานของรหัสลับมักขึ้นอยู่กับข้อมูลเสริมชิ้นหนึ่งที่เรียกว่ากุญแจ (หรือในศัพท์ เฉพาะ ของ NSA เรียกว่า ตัวแปรเข้ารหัส ) ขั้นตอนการเข้ารหัสจะแตกต่างกันไปตามกุญแจ ซึ่งจะเปลี่ยนรายละเอียดการทำงานของอัลกอริธึม ต้องเลือกกุญแจก่อนที่จะ ใช้รหัสลับในการเข้ารหัสข้อความ ยกเว้นบางกรณี เช่นROT13และAtbash

รหัสลับสมัยใหม่ส่วนใหญ่สามารถแบ่งประเภทได้หลายวิธี:

• โดยพิจารณาจากว่าการเข้ารหัสแบบใดทำงานกับกลุ่มสัญลักษณ์ที่มีขนาดคงที่ ( การเข้ารหัสแบบบล็อก ) หรือทำงานกับกระแสสัญลักษณ์ที่ต่อเนื่อง ( การเข้ารหัสแบบสตรีม )
• โดยพิจารณาจากว่าใช้กุญแจเดียวกันสำหรับการเข้ารหัสและการถอดรหัส ( อัลกอริทึมกุญแจสมมาตร ) หรือใช้กุญแจที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละส่วน ( อัลกอริทึมกุญแจอสมมาตร ) หากเป็นอัลกอริทึมสมมาตร กุญแจจะต้องเป็นที่รู้จักเฉพาะผู้รับและผู้ส่งเท่านั้น หากเป็นอัลกอริทึมอสมมาตร กุญแจสำหรับการเข้ารหัสจะแตกต่างจากกุญแจสำหรับการถอดรหัส แต่มีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด หากไม่สามารถอนุมานกุญแจหนึ่งจากอีกกุญแจหนึ่งได้ อัลกอริทึมกุญแจอสมมาตรจะมีคุณสมบัติกุญแจสาธารณะ/ส่วนตัว และสามารถเปิดเผยกุญแจหนึ่งต่อสาธารณะได้โดยไม่สูญเสียความลับ

คำว่า "cipher" มาจากคำภาษาสันสกฤตที่แปลว่าศูนย์ शून्य (śuṇya) ผ่านทางคำภาษาอาหรับ صفر (ṣifr) และแพร่กระจายไปยังยุโรปในฐานะส่วนหนึ่งของระบบตัวเลขอาหรับในช่วงยุคกลาง ระบบตัวเลขโรมันขาดแนวคิดเรื่องศูนย์และสิ่งนี้จำกัดความก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์ ในช่วงการเปลี่ยนแปลงนี้ คำดังกล่าวถูกนำมาใช้ในภาษาละตินยุคกลางเป็น cifra และต่อมาในภาษาฝรั่งเศสยุคกลางเป็น cifre ซึ่งในที่สุดก็กลายเป็นคำภาษาอังกฤษว่าcipher (หรือสะกดว่าcypher ) ทฤษฎีหนึ่งเกี่ยวกับที่มาของคำนี้ในการอ้างถึงการเข้ารหัสคือ แนวคิดเรื่องศูนย์นั้นสร้างความสับสนให้กับชาวยุโรป ดังนั้นคำนี้จึงหมายถึงข้อความหรือการสื่อสารที่ไม่สามารถเข้าใจได้ง่าย^{[ 1 ]}

ต่อมา คำว่า"รหัสลับ"ยังถูกนำมาใช้เพื่อหมายถึงตัวเลขอาหรับใดๆ หรือการคำนวณโดยใช้ตัวเลขเหล่านั้น ดังนั้น การเข้ารหัสข้อความในรูปแบบของตัวเลขอาหรับจึงเป็นการแปลงข้อความนั้นให้เป็น "รหัสลับ" อย่างแท้จริง

ในบริบททั่วไป คำว่า "รหัส" และ "รหัสลับ" มักใช้แทนกันได้ อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิคแล้ว คำทั้งสองหมายถึงแนวคิดที่แตกต่างกัน รหัสมีความหมาย โดยคำและวลีจะถูกกำหนดให้กับตัวเลขหรือสัญลักษณ์ เพื่อสร้างข้อความที่สั้นลง

ตัวอย่างหนึ่งของเรื่องนี้คือรหัสโทรเลขทางการค้าซึ่งใช้เพื่อย่อข้อความโทรเลขที่ยาวซึ่งเกิดจากการทำสัญญาทางการค้าโดยใช้การแลกเปลี่ยนโทรเลข

อีกตัวอย่างหนึ่งคือการเข้ารหัสคำทั้งคำ ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถแทนที่คำทั้งคำด้วยสัญลักษณ์หรือตัวอักษรได้ คล้ายกับวิธีที่ภาษาญี่ปุ่นเขียนใช้ ตัวอักษร คันจิ (หมายถึงอักษรจีนในภาษาญี่ปุ่น) เพื่อเสริมตัวอักษรญี่ปุ่นดั้งเดิมที่แทนพยางค์ ตัวอย่างการใช้ภาษาอังกฤษกับคันจิอาจเป็นการแทนที่ "The quick brown fox jumps over the lazy dog" ด้วย "The quick brown 狐 jumps 上 the lazy 犬" บางครั้ง นักเขียนชวเลขก็ใช้สัญลักษณ์เฉพาะเพื่อย่อคำทั้งคำ

ในทางกลับกัน รหัสลับทำงานในระดับที่ต่ำกว่า คือระดับของตัวอักษรแต่ละตัว กลุ่มตัวอักษรขนาดเล็ก หรือในระบบสมัยใหม่ คือระดับของบิตแต่ละตัวและบล็อกของบิต บางระบบใช้ทั้งรหัสและรหัสลับในระบบเดียวกัน โดยใช้การเข้ารหัสขั้นสูงเพื่อเพิ่มความปลอดภัย ในบางกรณี คำว่ารหัสและรหัสลับถูกใช้ในความหมายเดียวกันกับการแทนที่และการสลับตำแหน่งตามลำดับ

ในอดีต การเข้ารหัสถูกแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก คือ รหัสและการเข้ารหัสลับ โดยการเข้ารหัสก็มีศัพท์เฉพาะที่คล้ายคลึงกับการเข้ารหัสลับ เช่น " การเข้ารหัส , ข้อความรหัส , การถอดรหัส " เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม รหัสลับมีข้อเสียหลายประการ รวมถึงความอ่อนแอต่อการถอดรหัสและความยากในการจัดการสมุดรหัส ที่ยุ่งยาก ด้วยเหตุนี้ รหัสลับจึงไม่ค่อยได้ใช้ในวิทยาการเข้ารหัสลับสมัยใหม่ และการเข้ารหัสแบบรหัสลับจึงกลายเป็นเทคนิคหลักที่ใช้กัน อย่างแพร่หลาย

การเข้ารหัสมีหลายประเภท อัลกอริทึมที่ใช้ในยุคแรกๆของการเข้ารหัสนั้นแตกต่างจากวิธีการสมัยใหม่เป็นอย่างมาก และการเข้ารหัสสมัยใหม่สามารถจำแนกได้ตามวิธีการทำงานและว่าใช้กุญแจหนึ่งหรือสองดอก

ประวัติศาสตร์

รหัสซีซาร์เป็นหนึ่งในระบบการเข้ารหัสที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่รู้จัก จูเลียส ซีซาร์ใช้รหัสที่เลื่อนตัวอักษรในอักษรภาษาอังกฤษไปสามตำแหน่งและวนตัวอักษรที่เหลือมาด้านหน้าเพื่อเขียนถึงมาร์คัส ทุลลิอุสซิเซโรเมื่อประมาณ 50 ปีก่อนคริสตกาล^{[ 2 ]}

รหัสลับแบบปากกาและกระดาษในอดีตบางครั้งเรียกว่ารหัสลับแบบคลาสสิกซึ่งรวมถึงรหัสลับแบบแทนที่ อย่างง่าย (เช่นROT13 ) และรหัสลับแบบสลับตำแหน่ง (เช่นรหัสลับแบบรางรั้ว ) ตัวอย่างเช่น "GOOD DOG" สามารถเข้ารหัสเป็น "PLLX XLP" โดยที่ "L" แทน "O", "P" แทน "G" และ "X" แทน "D" ในข้อความ การสลับตำแหน่งตัวอักษรของ "GOOD DOG" สามารถทำให้ได้ "DGOGDOO" รหัสลับและตัวอย่างง่ายๆ เหล่านี้สามารถถอดรหัสได้ง่าย แม้จะไม่มีคู่ข้อความธรรมดาและข้อความที่เข้ารหัส^{[ 3 ] [ 4 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1640 ผู้บัญชาการฝ่ายรัฐสภาเอ็ดเวิร์ด มอนทากู เอิร์ลแห่งแมนเชสเตอร์คนที่ 2ได้พัฒนารหัสลับเพื่อส่งข้อความลับไปยังพันธมิตรของเขาในช่วงสงครามกลางเมืองอังกฤษ [ ^{5 ] นัก}ศาสนศาสตร์ชาวอังกฤษ จอห์น วิลกินส์ ได้ตีพิมพ์หนังสือในปี 1641 ชื่อ "เมอร์คิวรี หรือ ผู้ส่งสารลับและรวดเร็ว" และอธิบายรหัสลับทางดนตรีซึ่งตัวอักษรถูกแทนที่ด้วยโน้ตดนตรี^{[ 6 ] [ 7 ]}รหัสลับทางดนตรีประเภทนี้ได้รับการอธิบายโดยละเอียดมากขึ้นโดยผู้เขียน อับราฮัม รีส์ ในหนังสือไซคลอเพเดีย (1778) ของเขา^{[ 8 ]}

รหัสลับแบบง่ายถูกแทนที่ด้วย รหัสลับ แบบแทนที่ตัวอักษรหลายตัว (เช่นVigenère ) ซึ่งเปลี่ยนตัวอักษรที่ใช้แทนตัวอักษรทุกตัว ตัวอย่างเช่น "GOOD DOG" สามารถเข้ารหัสเป็น "PLSX TWF" โดยที่ "L", "S" และ "W" แทนที่ "O" แม้จะมีข้อความต้นฉบับที่ทราบหรือคาดการณ์ไว้เพียงเล็กน้อย รหัสลับแบบแทนที่ตัวอักษรหลายตัวและรหัสลับแบบสลับตัวอักษรที่ออกแบบมาสำหรับการเข้ารหัสด้วยปากกาและกระดาษก็ถอดรหัสได้ง่าย^{[ 9 ]}เป็นไปได้ที่จะสร้างรหัสลับแบบปากกาและกระดาษที่ปลอดภัยโดยใช้แผ่นรหัสแบบใช้ครั้งเดียวแต่รหัสเหล่านี้มีข้อเสียอื่นๆ

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 มีการประดิษฐ์เครื่องจักรกลไฟฟ้าขึ้นเพื่อใช้ในการเข้ารหัสและถอดรหัส โดยใช้วิธีการสลับตำแหน่ง การแทนที่ด้วยตัวอักษรหลายตัว และการแทนที่แบบ "บวก" ในเครื่องจักรแบบโรเตอร์นั้น แผ่นโรเตอร์หลายแผ่นจะให้การแทนที่ด้วยตัวอักษรหลายตัว ในขณะที่แผงเสียบจะให้การแทนที่อีกแบบหนึ่ง สามารถเปลี่ยนกุญแจได้ง่ายๆ โดยการเปลี่ยนแผ่นโรเตอร์และสายไฟในแผงเสียบ แม้ว่าวิธีการเข้ารหัสเหล่านี้จะซับซ้อนกว่าวิธีการก่อนหน้านี้และต้องใช้เครื่องจักรในการเข้ารหัสและถอดรหัส แต่ก็มีการประดิษฐ์เครื่องจักรอื่นๆ เช่นเครื่องบอมบ์ ของอังกฤษ เพื่อถอดรหัสวิธีการเข้ารหัสเหล่านี้

ในการโจมตีโดยใช้คณิตศาสตร์ล้วนๆ (กล่าวคือ ขาดข้อมูลอื่นใดที่จะช่วยถอดรหัส) ปัจจัยสำคัญที่สุดมีสองประการ:

• กำลังการประมวลผลที่มีอยู่ หมายถึง กำลังการประมวลผลที่สามารถนำมาใช้แก้ปัญหาได้ ประสิทธิภาพ/ความจุเฉลี่ยของคอมพิวเตอร์เครื่องเดียวไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่ต้องพิจารณา ตัวอย่างเช่น ผู้โจมตีสามารถใช้คอมพิวเตอร์หลายเครื่องพร้อมกันเพื่อเพิ่มความเร็วใน การค้นหา คีย์อย่างละเอียด (เช่น การโจมตีแบบ "brute force") ได้อย่างมาก
• ขนาดของกุญแจหมายถึง ขนาดของกุญแจที่ใช้ในการเข้ารหัสข้อความ ยิ่งขนาดของกุญแจเพิ่มขึ้น ความซับซ้อนของการค้นหาอย่างละเอียด ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย จนถึงจุดที่การถอดรหัสโดยตรงทำได้ยากขึ้น

เนื่องจากผลลัพธ์ที่ต้องการคือความยากในการคำนวณ ดังนั้นในทางทฤษฎีแล้ว เราควรเลือกอัลกอริทึมและระดับความยากที่ต้องการ จากนั้นจึงกำหนดความยาวของคีย์ให้เหมาะสม

Claude Shannonพิสูจน์โดยใช้การพิจารณาทฤษฎีสารสนเทศว่าการเข้ารหัสที่ไม่สามารถถอดรหัสได้ในทางทฤษฎีจะต้องมีคีย์ที่มีความยาวอย่างน้อยเท่ากับข้อความต้นฉบับและใช้ได้เพียงครั้งเดียวเท่านั้น: one-time pad ^{[ 10 ]}

• รหัสลับออโต้คีย์
• การเข้ารหัสปก
• ซอฟต์แวร์เข้ารหัส
• รายชื่อข้อความที่เข้ารหัส
• รหัสลับคอกหมู
• สเตกาโนกราฟี
• รหัสโทรเลข

ค้นหาคำว่า "cipher"ใน Wiktionary ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

• พิพิธภัณฑ์รหัสลับ – เว็บไซต์เพื่อการศึกษาที่มีการสาธิตรหัสลับแบบโต้ตอบและเครื่องมือวิเคราะห์รหัสลับ
• Cipher Identifier – เครื่องมือฟรีที่ช่วยระบุโดยอัตโนมัติว่าใช้การเข้ารหัสแบบคลาสสิกใดในการเข้ารหัสข้อความที่กำหนด
• รหัสลับคิช