Drehgitter-Chiffre

Die Drehgitter-Chiffre, auch Fleissner-Gitter genannt, ist ein klassisches Transpositionssystem, das die Reihenfolge und nicht die Buchstabenwerte verbirgt. Sie legen eine quadratische Pappmaske mit ausgeschnittenen Löchern auf ein leeres Gitter, schreiben die nächsten Klartextbuchstaben durch die Öffnungen, drehen die Maske um neunzig Grad und wiederholen das, bis das Gitter voll ist; das zeilenweise Lesen des gefüllten Quadrats liefert den Geheimtext. Diese Fähigkeit setzt den Vorgang deterministisch um: Sie liefern den Text, eine gerade Gittergröße, das Basis-Lochschnittmuster und den Modus Ver- oder Entschlüsseln. Die Engine prüft, dass vier Drehungen im Uhrzeigersinn jede Zelle genau einmal abdecken, und meldet ein ungültiges Gitter, wenn Löcher überlappen, Lücken lassen, außerhalb des Bretts liegen oder die falsche Anzahl haben. Leerzeichen und Satzzeichen wandern mit den Buchstaben; kurzer Klartext wird mit einem einzigen Füllzeichen aufgefüllt, damit die Nachricht ganze Quadrate füllt.

So funktioniert das Drehgitter

Ein Drehgitter ist keine Substitutionschiffre: Jedes Zeichen behält seine Identität und ändert nur die Position. Legen Sie eine gerade Seitenlänge n fest, sodass das Brett n zum Quadrat Zellen hat. Eine gültige Maske für vier Vierteldrehungen hat genau ein Viertel dieser Zellen offen — n zum Quadrat geteilt durch vier Löcher — so gewählt, dass das Drehen der Öffnungen um neunzig Grad im Uhrzeigersinn viermal jede Zelle einmal und nie zweimal besucht.

Diese kombinatorische Bedingung ist das Herz des Systems: Jede Rotationsbahn unter der zyklischen Gruppe des Quadrats liefert genau ein Loch in der Basismaske. Die Verschlüsselung durchläuft die vier Orientierungen der Reihe nach. In jeder Orientierung werden die sichtbaren Löcher zeilenweise sortiert, die nächsten Klartextzeichen durch sie geschrieben und die Maske gedreht.

Nach allen vier Drehungen ist das Gitter voll und der Geheimtext die Verkettung der Zeilen von oben nach unten, links nach rechts. Die Entschlüsselung füllt dasselbe Gitter aus dem Geheimtext zeilenweise und liest die Buchstaben dann durch dieselbe Folge rotierter Löcher zurück, wodurch die ursprüngliche Reihenfolge einschließlich etwaiger Füllung für den letzten Block wiederhergestellt wird. Eine ungerade Seitenlänge lässt eine feste Mittelzelle unter Rotation und wird als ungültiges Gitter für dieses Viertouren-Modell abgelehnt.

Überlappende Bahnen, doppelte Basislöcher, Koordinaten außerhalb des Bereichs oder falsche Lochanzahl scheitern ebenfalls an der Validierung, bevor ein Zeichen bewegt wird, sodass Aufrufer stets wissen, ob die Maske ein legaler Schlüssel ist.

Text ist die Klar- oder Geheimtextzeichenkette; nichts wird entfernt oder in der Groß-/Kleinschreibung vereinheitlicht, sodass gemischte Schreibweise, Leerzeichen und Satzzeichen an der Transposition wie jedes andere Zeichen teilnehmen. Size ist eine gerade Ganzzahl von zwei bis sechzehn einschließlich — die Seite des Quadrats. Holes ist ein Array von Objekten mit ganzzahligen Indizes row und col ab null; die Länge dieses Arrays muss size zum Quadrat geteilt durch vier betragen.

Führen Sie den Hin- und Rückweg aus, indem Sie mit gegebener size und Lochmuster verschlüsseln und mit demselben Paar entschlüsseln; eine andere Maske ergibt eine andere Permutation und stellt den Originaltext nicht wieder her. Leerer Text wird abgelehnt. Bevorzugen Sie diesen Endpunkt, wenn die Suchabsicht speziell ein Drehgitter, Fleissner-Gitter oder eine rotierende Pappmasken-Chiffre ist und nicht eine spaltenweise oder Rail-Fence-Transposition.

Unterricht, CTF, Produkt und Kosten

Geschichts- und Kryptografiekurse nutzen das Drehgitter, um geometrische Schlüssel und Bahnargumente vor modernen Chiffren einzuführen: Lernende entwerfen ein legales Vielloch-Muster auf einem vier mal vier Brett, verschlüsseln einen kurzen Slogan, geben Geheimtext und Maskenbeschreibung an eine Partnerin oder einen Partner weiter und stellen den Slogan nur wieder her, wenn beide dieselben Öffnungen teilen. Capture-the-Flag-Autorinnen und -Autoren verstecken Flags unter einem veröffentlichten oder teilweisen Gitter und prüfen Einreichungen gegen dieselbe deterministische Routine. Dokumentationsautorinnen und -Autoren betten Ver- und Entschlüsselungspaare in Tutorials ein, ohne Rotations-Permutationstabellen für jede Drehung von Hand zu pflegen.

Behandeln Sie ein Drehgitter nicht als Vertraulichkeit für echte Geheimnisse — es ist Lehr- und Rätselwerkzeug — behandeln Sie jedoch Lochmuster und Größe als die geheimen Parameter des Spielsystems.