Förenta staternas nationella säkerhetsbyrå – landets främsta underrättelseorganisation för signaler – avlägsnade nyligen ett dokument från kalla krigets tid om kodbrott.

Boken från 1977, skriven av kryptolog Lambros Callimahos , är den sista i en trilogi som heter Militär kryptoanalytik . Det är betydelsefullt i kryptografins historia, eftersom den förklarar hur man bryter alla typer av koder, inklusive militära koder, eller pussel—som skapas enbart i syfte att en utmaning.

De två första delarna av trilogin publicerades offentligt på 1980-talet och omfattade lösning av välkända typer av klassiska chiffer.

Men 1992 det amerikanska justitiedepartementet hävdade att släppandet av den tredje boken kunde skada den nationella säkerheten genom att avslöja NSA:s "kodbrytande skicklighet". Den släpptes äntligen i december förra året.

Lektioner för kodbrytare

En viktig del av Callimahos bok är ett kapitel med titeln Principles of Cryptodiagnosis, som beskriver ett systematiskt tillvägagångssätt i tre steg för att lösa ett meddelande krypterat med en okänd metod.

En underrättelsetjänst kan fånga upp tusentals meddelanden som görs i ett mållands chiffer, i så fall känner de redan till metoden. Men om de stöter på något nytt, de måste först och främst ta reda på krypteringsmetoden, eller riskerar att slösa tid.

Som Callimahos beskriver i sitt kapitel, kodbrytaren måste börja med alla nödvändiga data. Detta inkluderar chiffertexten (den chiffrerade texten som döljer det verkliga meddelandet), någon känd underliggande klartext (text från innan krypteringen tillämpades), samt viktig kontextuell information.

För pussel, en del av klartexten kan ges för att hjälpa lösaren. Med konfidentiella militära meddelanden, lösaren kan misstänka att vissa ord har kodats in i chiffertexten, baserat på tidigare kunskap. Till exempel, det kan finnas nyckeltermer som "meddelandet börjar, " "meddelande slutar" eller "hemligt, " eller specifika namn, platser eller adresser.

Kodbrytaren arrangerar och omarrangerar sedan data för att hitta icke-slumpmässiga egenskaper. Efter det här, de kan känna igen och förklara dessa egenskaper. Med andra ord, de har hittat chiffermetoden.

Att tillämpa dessa steg är ett exempel på "bayesiansk slutledning". Kodbrytaren tar hänsyn till vikten av bevis och gissar den sannolika orsaken till en observerad effekt.

Zodiac och Kryptos chiffer

Förra året, det berömda Zodiac killer-chifferet från 1969, känd som Z340, löstes av ett internationellt team av kodbrytare efter 51 år. Teamet utvecklade noggrant och systematiskt en lista med observationer under många år.

Med hjälp av en process som kallas Monte Carlo-provtagning, de testade om mönstren som observerades i chiffertexten var slumpmässiga eller inte. Tillsammans med en detaljerad kunskap om chifferets sammanhang och en lösning för ett tidigare chiffer av Zodiac-mördaren, de gissade korrekt vilken krypteringsmetod som användes.

En av Zodiac-chifferlösare, David Oranchak, sa enligt hans åsikt att det var "omkring en sju eller åtta av tio i svårighet att tyda."

Liknande, USA-konstnären Jim Sanborns berömda Kryptos-skulptur, belägen vid Central Intelligence Agency, har länge förvirrat försök att låsa upp sin kod. Den innehåller fyra krypterade passager för att utmana byråns anställda. Den sista passagen, känd som K4, förblir olöst efter 30 år.

När Kryptos koddesigner Ed Scheidt ombads betygsätta chifferns svårighet, han uppskattade det som omkring nio av tio på samma skala. Han sa att hans avsikt var att det skulle lösas på fem, sju eller kanske tio år.

Så vad har gjort K4 så svårt? För en, med endast 97 bokstäver är passagen mycket kort, vilket betyder mindre data och färre ledtrådar. Den chiffreringsmetod som användes för att skapa den är okänd, och det finns lite sammanhang om hur det kan ha krypterats.

En klassisk bok om matematisk problemlösning, Hur man löser det av George Pólya, föreslår att en allmän princip för att lösa ett problem är att hänvisa till ett liknande problem som redan har lösts. Denna princip gäller i den historiska pusselvärlden, för.

Dock, Scheidt noterade också att det fanns en "förändring i metodiken" när Kryptos-meddelandet fortskred - gjort avsiktligt för att göra det allt svårare.

Det kan också vara så att Sanborn av misstag introducerade ett fel i K4 under konstruktionen av Kryptos-skulpturen, vilket skulle innebära att lösare slösar bort sin tid. Att göra ett misstag under kryptering kan göra ett pussel omöjligt att lösa. I sådana fall, skaparen bör erkänna detta för potentiella kodbrytare.

Lektioner för kodskapare

Att titta på ett pussel ur kodmakarens perspektiv är viktigt. En skicklig kodmakare bör lämna åtminstone några icke-slumpmässiga mönster i chiffret, för att inte göra deras pussel omöjligt.

Föreställ dig att du har skapat ett pussel, men efter många år har din avsedda publik misslyckats med att lösa det. Om du fortfarande vill att det ska lösas, du måste börja släppa ledtrådar. Några pussel, som 1979 års bok Masquerade and the Decipher Puzzles, löstes först efter att ledtrådar släppts.

Dock, om ingen har löst ditt pussel även efter att du släppt många ledtrådar, då är koden helt enkelt för svår att knäcka.

Kryptografen Helen Fouché Gaines skrev om detta i sin bok från 1939. Skaparen av ett sådant pussel, Hon sa, "underlåter att lämna in material i proportion till mängden komplikationer han har infört."

Det betyder att du kanske måste avslöja metoden du använde så småningom. Ett exempel är en komplex algoritm som kallas Chaocipher. Medan Chaocipher-meddelanden utformades för att vara mycket svåra, de är praktiskt taget omöjliga att tyda utan att känna till metoden.

En NSA-presentation 2007 om Kryptos nämner hur "dussintals" byråpersonal har misslyckats med att lösa K4. Men när fler historiska texter blir avklassificerade och våra beräkningsbara, lagrings- och nätverkskapaciteten växer, kanske en dag kommer en amatörkodbrytare att knäcka den svårfångade passagen – och inte en agent för NSA.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.