1465 yılında Leone ALberti, Al-Kindi’nin frekans analizine karşı çözüm olarak çok alfabeli şifrelemeyi geliştirdi. Çok alfabeli şifrelemede, bir mesaj iki farklı alfabe kullanılarak şifrelenir. Alfabelerden biri orijinal mesajın yazıldığı, diğeri ise şifre çözüldükten sonra mesajın gözüktüğü tamamen başka bir alfabedir. Geleneksel yer değiştirme şifrelemesiyle birleştirildiğinde, çoklu alfabe şifreleri gizli bilginin güvenliğini büyük oranda arttırır. Okuyucu mesajın yazıldığı orijinal alfabeyi bilmediği müddetçe frekans analizi işe yaramaz.
Rönesans döneminde de bilgiyi şifrelemek için yeni teknikler geliştirildi. Bunlardan biri de 1623’te ünlü bilim insanı Sir Francis Bacon tarafından keşfedilen ikili şifreleme yöntemidir; bu yöntem şifrelemenin popüler ilk örneklerinden biridir. Yüzyıllar içinde kriptografi bilimi gelişmeye devam etti. Kriptografide önemli bir dönüm noktası olan wheel (tekerlek) şifresi, muhtemelen hayata geçirilmemiş olsa da, 1790’larda Pensilvanya Üniversitesi’nde matematikçi olan Thomas Jefferson tarafından bulunmuştur.
Thomas Jefferson tarafından Bazeries Silindir veya tekerlek şifresi olarak da adlandırılan Jefferson diski, her birinin kenarında 26 harften oluşan bir alfabe bulunan bir dizi tekerlek veya disk kullanan bir şifreleme sistemidir. Harflerin sırası her disk için farklıdır ve genellikle rastgele sıralanır. Her disk benzersiz bir numara ile işaretlenmiştir ve disklerin ortasındaki bir delik, bir aks üzerine istiflenmelerini sağlar. Diskler sökülebilir ve istenilen sırada dingil üzerine monte edilebilir. Disklerin sıralaması, şifre anahtarı işlevi görür. Hem gönderici hem de alıcı, diskleri önceden belirlenmiş aynı sıraya göre yerleştirmelidir. Jefferson’ın cihazı toplam 36 diskten oluşmaktadır. Diskler, mutabık kalınan sırayla aks üzerine yerleştirildikten sonra gönderici, istenen bir iletiyi bir satırda yazılana kadar her diski yukarı ve aşağı döndürür. Ardından gönderen, düz metin iletiyi içeren metin dışındaki herhangi bir metin satırını disklere kopyalayabilir. Alıcı, diskleri kararlaştırılan sırayla düzenlemeli ve ardından diskleri, şifreli iletiyi bir satırda heceleyecek şekilde döndürmelidir. Daha sonra düz metin iletisini, yani okunamayan satırı görene kadar satırlara bakmalıdır. İki okunabilir mesajın olması çok küçük bir olasılıktır, ancak bu kontrol edilerek kolayca önlenebilir.
Jefferson diski 1795’te Thomas Jefferson tarafından bulunduktan sonra aynı yöntem Komutan Etienne Bazeries tarafından bağımsız olarak bulundu ve geliştirildi. Ancak Jefferson’un çalışmasından yaklaşık yüzyıl sonra Rossignols’un büyük şifresini kırana kadar iyi tanınamadı. Sistem, 1923’ten 1942’ye kadar Birleşik Devletler Ordusu tarafından M-94 olarak kullanıldı. Yalnızca askeri ve hükümet yetkililerinin nasıl yorumlayacaklarını bildikleri bir tür gizli haberleşme olduğu için savaşlarda yardımcı oldu. Şifre tekerleği olarak da bilinen buluş, hareket eden tekerleklerdeki 36 harf halkasından oluşmakta ve karmaşık şifrelemeler oluşturmak için kullanılmaktaydı. Bu durum M-138-A Strip Cipher makinesini gelişmesine yol açtı. 2.Dünya savaşında ABD donanması M-138-A Strip Cipher (Şerit Şifresi) makinesini kullandı.
Resim 1.M-138-A Strip Cipher Makinesi
Playfair Şifresi, Playfair Baronu Lyon Playfair tarafından tanınır hale getirilse de elektrikli telgrafın öncülerden Sir Charles Wheatstone tarafından bulunmuştur. Bu ikili birbirlerine yakın yaşadıkları için sıkça bir araya gelerek kriptografi üzerine fikirlerini tartışmışlardır. Bu teknik Vigenere tablosu tekniğine benzemektedir. Fakat burada harfler birer birer değil ikişer ikişer blok olarak şifrelenmektedir. Blok şifreleme yöntemi ile dildeki kelimelerin sıklık analizini yaparak playfair ile şifrelenmiş bir metni kırmak oldukça zordur. Playfair şifrelemesi ile alakalı ilk kayıtlara geçen belge 26 Mart 1854 tarihlidir ve Wheatstone imzalıdır. Bu şifreleme ilk geliştirildiğinde, İngiliz Dışişleri Bakanlığı tarafından çok karmaşık olarak algılandığından reddedilmiştir. Wheatstone bunu çevre okuldaki öğrencilerin dörtte üçüne sadece 15 dakika içinde kullanmayı öğretebileceğini ispat etmeyi teklif etmiştir. Ancak Dışişleri Bakanlığı Müsteşarı ‘Bu pek mümkün değil, bunu ataşelere asla öğretemezsiniz.’ diyerek cevaplamıştır. Bu şifreleme taktiksel amaçlarla İngiltere Kuvvetleri tarafından II. Boer Savaşında, I. Dünya Savaşında ve aynı amaçla II. Dünya Savaşı sırasında İngiliz ve Avustralyalılar tarafından kullanılmıştır. II. Dünya Savaşı sırasında, Yeni Zelanda Hükümeti, Yeni Zelanda, Cahatam Adaları ve Pasifik Adalarındaki sahil gözetlemecileri arasında iletişim için bu şifreleme kullanıldı.
One Time Pad (Tek kullanımlık şerit), Gilbert Vernam tarafından keşfedilmiş bir kripto sistemidir. Kullanılacak anahtar, şifrelenecek metnin boyutu kadar olmalıdır ve yalnız bir kereye mahsus üretilip kullanılmalıdır. Böylece şifrelenmiş metni ele geçiren saldırgana hiçbir bilgi verilmemiş olunur. Kriptografi olarak tek kullanımlık şerit doğru kullanıldığı takdirde kırmanın imkânsız olduğu kanıtlanmış şifreleme türüdür. Düz metin için her bit veya karakter, düz metin olarak aynı uzunlukta bir gizli rastgele anahtar ile her bit veya karakter modüler olarak eklenerek şifreleniyor. Anahtar gerçekten rastgele ise düz metinden oldukça büyükse, kısmen veya tamamen tekrar kullanılamıyorsa ve gizli tutuluyorsa şifreli metni anahtarı bilerek kırmak veya şifrelemek imkânsızdır. Ayrıca herhangi bir şifre, tek kullanımlık şerit anahtarları ile aynı şartlarda olsa da mükemmel gizlilik özelliklerindeki şifre yerine kullanılamayacağı kanıtlanmıştır. Ancak pratiklik problemi, tek kullanımlık şeritlerin yaygın olarak kullanılmasını engellemiştir. İlk 1882 yılında Frank Miller tarafından tanımlanan tek kullanımlık şerit 1917 yılında yeniden icat edildi ve birkaç yıl içinde patenti alındı. Vernam şifre adı, mucitlerinden biri olan Gilbert Vernam adından türetilmiştir. Vernam sisteminde şifre delikli şeritlerden okunan bir anahtar ile mesajın birleştirilmesiyle olur. Orijinal haliyle Vernam sistemi anahtar şerit döngülerinde her zaman tam bir döngü yapıldığında tekrar kullanılabilir olduğundan zayıftır. Adının pad bölümü ilk uygulamalarda anahtar malzemesinin bir kâğıt pedi olarak dağıtılmasından gelmektedir. Bu nedenle üst sayfası kolayca yırtılabilir ve kullanımdan sonra yok edilebilir. Şeritlerin kolay gizlenmesi için o kadar küçültülmüştür ki görebilmek için büyüteç kullanmak gerekir. Bazı fotoğraflarda yakalanan KGB şeritlerinin kişinin avucunun içine veya ceviz kabuğunun içine sığabilecek büyüklükte olduğu görülür. Güvenliği arttırmak için şeritler son derece yanıcı nitroselüloz yapraklar üzerine basılmıştır. Bazı yazarlar, aynı anlamda kullandıkları Vernam şifresi ve tek kullanımlık şerit terimleri nedeniyle kavramda belirsizlik yaratmıştır. Ayrıca bazıları, kriptografik olarak güvenli ve sözde rastgele sayı üretimine dayalı sistemleri de Vernam şifresi olarak adlandırmaktadır.
Almanların çözemeyeceği bir şifre yaratmak amacıyla, AT&T Bell Labs ‘da çalışan Gilbert Sandford Vernam’ın bulmuş olduğu şifrenin algoritması, basitçe şifrelenecek metin ile aynı uzunlukta rastgele bir metin yaratıp ikisi arasında Xor işlemi yapılmasıdır.
Kaynak: Uluçay, R. Savaş (2024), Kriptoloji Şifre Oluşturma ve Kırma Bilimi, VTN Yayıncılık, Ankara
