Yerine koyma şifrelemesi sayfasının kaynağını görüntüle

[[Kriptografi]]de, bir '''yerine koyma şifrelemesi''' veya '''ikame şifresi''' veya '''ornatmalı şifreleme''',<ref>{{Web kaynağı|url=https://terimler.org/terim/ornatmali-sifreleme|başlık=ornatmalı şifreleme|çalışma=Akademik Bilim Terimleri Sözlüğü|yayıncı=[[TÜBA]]}}</ref> [[düz metin]] birimlerinin bir anahtar yardımıyla tanımlanmış bir şekilde [[şifreli metin]] ile değiştirildiği bir [[şifreleme]] yöntemidir; "birimler" tek harfler (en yaygın olanı), harf çiftleri, harf üçlüleri, yukarıdakilerin karışımları ve benzeri olabilir. Alıcı, orijinal mesajı çıkarmak için ters ikame işlemini gerçekleştirerek metni deşifre eder.

Yerine koyma şifreleri, [[yer değiştirme şifresi|yer değiştirme şifreleri]] ile karşılaştırılabilir. Bir yer değiştirme (transpozisyon) şifresinde, düz metnin birimleri farklı ve genellikle oldukça karmaşık bir sırada yeniden düzenlenir, ancak birimlerin kendileri değişmeden bırakılır. Buna karşılık, bir yer değiştirme şifresinde, düz metnin birimleri şifreli metinde aynı sırada tutulur, ancak birimlerin kendileri değiştirilir.

Bir dizi farklı ikame şifreleme türü vardır. Eğer şifre tek harfler üzerinde çalışıyorsa '''basit ikame şifresi''' olarak adlandırılır; daha büyük harf grupları üzerinde çalışan bir şifre '''poligrafik''' (aynı anda çok sayıda ardışık harf grubuna uygulanan) olarak adlandırılır. Bir '''monoalfabetik (tek alfabeli) şifre''' tüm mesaj üzerinde sabit ikame kullanırken, bir '''polialfabetik (çok alfabeli) şifre''' mesajdaki farklı konumlarda bir dizi ikame kullanır, burada düz metindeki bir birim şifreli metindeki çeşitli olasılıklardan birine eşlenir ve bunun tersi de geçerlidir.

Basit ikame şifrelerinin nasıl kırılacağına dair yayınlanmış ilk açıklama el-[[Kindi]] tarafından MS. 850 civarında yazılmış olan ''Kriptografik Mesajların Deşifresi Üzerine Bir El Yazması'' ("A Manuscript on Deciphering Cryptographic Messages") adlı eserde verilmiştir. Tarif ettiği yöntem günümüzde [[frekans analizi]] olarak bilinmektedir.
__TOC__
{{Anchor|simple_substitution}}

==Türler==
===Basit===
[[Dosya:ROT13.png|küçükresim|upright=1.36|sağ|{{Ortala|[[ROT13]], bir tür ikame şifresi olan [[Sezar şifrelemesi|Sezar şifresi]]dir. ROT13'te alfabe 13 adım döndürülür.}}]]

Harflerin tek tek ve ayrı ayrı değiştirmesi -'''basit yerine koyma''' ({{dil|en|simple substitution}})- alfabenin yer değiştirmeyi temsil edecek şekilde belli bir sırayla yazılmasıyla gösterilebilir. Buna '''ikame alfabesi''' ({{dil|en|substitution alphabet}}) denir. Şifre alfabesi kaydırılabilir veya tersine çevrilebilir (sırasıyla [[Sezar şifrelemesi|Caesar]] ve [[Atbash]] şifreleri oluşturulur) veya daha karmaşık bir şekilde karıştırılabilir, bu durumda buna ''karışık alfabe'' ({{dil|en|"mixed alphabet"}}) veya ''dengesiz alfabe'' ({{dil|en|"deranged alphabet"}}) denir. Geleneksel olarak, karışık alfabeler önce bir anahtar kelime yazılarak, içindeki tekrarlanan harfler çıkarılıp ardından alfabede kalan tüm harfler, normal sırayla yazılarak oluşturulabilir.

Bu sistemi kullanarak, "{{mono|zebras}}" anahtar kelimesi bize aşağıdaki alfabeleri verir:
{| class="wikitable plainrowheaders"
|-
! scope="row" | [[Düz metin]] alfabesi
| {{mono|ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ}}
|-
! scope="row" | [[Şifreli metin]] alfabesi
| {{mono|ZEBRASCDFGHIJKLMNOPQTUVWXY}}
|}

<syntaxhighlight>flee at once. we are discovered!</syntaxhighlight>

mesajı,

<syntaxhighlight>SIAA ZQ LKBA. VA ZOA RFPBLUAOAR!</syntaxhighlight>

şeklinde şifrelenir.

Genellikle şifreli metin, noktalama işaretleri ve boşluklar atlanarak sabit uzunlukta bloklar halinde yazılır; bu [[düz metin]]den kelime sınırlarını gizlemek ve iletim hatalarını önlemeye yardımcı olmak için yapılır. Bu bloklara "gruplar" denir ve bazen ek bir kontrol olarak bir "grup sayısı" (yani grupların sayısı) verilir. Mesajların [[telgraf]] ile iletildiği zamanlardan kalma beş harfli gruplar sıklıkla kullanılır:

<syntaxhighlight>SIAAZ QLKBA VAZOA RFPBL UAOAR</syntaxhighlight>

Mesajın uzunluğu beşe bölünemiyorsa, sonuna "[[Null karakter|değersiz]]ler" eklenebilir. Bunlar, alıcının kolayca fark edip atabilmesi için şifresi çözüldüğünde saçma olduğu belli olan herhangi bir karakter olabilir.

Şifreli metin alfabesi, bazen düz metin alfabesinden farklıdır; örneğin [[pigpen şifrelemesi]]nde şifreli metin bir ızgaradan türetilen bir dizi sembolden oluşur. Örneğin:

[[Dosya:A-pigpen-message.svg|center|320px|{{Ortala|Örnek bir pigpen mesajı}}]]

Bununla birlikte, bu tür özellikler bir planın güvenliği açısından çok az fark yaratır -en azından, herhangi bir garip sembol kümesi A-Z alfabesine geri dönüştürülebilir ve normal olarak ele alınabilir.

Satış görevlileri için hazırlanan liste ve kataloglarda bazen rakamların yerine harfleri koymak için çok basit bir şifreleme kullanılır.

{| class="wikitable plainrowheaders"
! scope="row" | Düz metin rakamlar
| {{mono|1234567890}}
|-
! scope="row | Şifreli metin alfabe
| {{mono|MAKEPROFIT}}&nbsp;<ref>David Crawford / Mike Esterl, ''At Siemens, witnesses cite pattern of bribery'', [[The Wall Street Journal]], January 31, 2007: "Back at Munich headquarters, he [Michael Kutschenreuter, a former Siemens-Manager] told prosecutors, he learned of an encryption code he alleged was widely used at Siemens to itemize bribe payments. He said it was derived from the phrase "Make Profit," with the phrase's 10 letters corresponding to the numbers 1-2-3-4-5-6-7-8-9-0. Thus, with the letter A standing for 2 and P standing for 5, a reference to "file this in the APP file" meant a bribe was authorized at 2.55 percent of sales. - A spokesman for Siemens said it has no knowledge of a "Make Profit" encryption system."</ref>
|}

''Örnek'': MAT, 120'yi temsil etmek için kullanılır.

====Güvenlik====
Karışık bir ikame alfabesi oluşturmak için geleneksel anahtar kelime yöntemi basit olsa da, alfabenin son harflerinin (çoğunlukla düşük frekanslı olan) sonda kalma eğiliminde olması ciddi bir dezavantajdır. Karma bir alfabe oluşturmanın daha güçlü bir yolu, ikame alfabesini tamamen rastgele oluşturmaktır.

Olası ikame alfabelerinin sayısı çok fazla olmasına rağmen (26! ≈ 2<sup>88,4</sup> veya yaklaşık [[anahtar bıyutu|88 bit]]), bu şifre çok güçlü değildir ve kolayca kırılabilir. Mesajın makul uzunlukta olması koşuluyla (aşağıya bakınız), [[kriptanaliz|kriptanalist]] şifreli metnin [[sıklık dağılımı|frekans dağılımı]]nı analiz ederek en yaygın sembollerin olası anlamlarını çıkarabilir. Bu, (kısmi) çözümü aşamalı olarak genişleterek geçici olarak doldurulabilen kısmi kelimelerin oluşturulmasına izin verir (bunun bir gösterimi için [[frekans analizi#Bir örnek|frekans analizi]]ne bakın). Bazı durumlarda, altta yatan kelimeler harflerinin örüntüsünden de belirlenebilir; örneğin, ''attract'', ''osseous'' ve bu ikisinin kök olduğu kelimeler ''ABBCADB'' örüntüsüne sahip tek yaygın [[İngilizce]] kelimelerdir. Birçok kişi bu tür şifreleri, gazetelerdeki [[kriptogram]] bulmacalarında olduğu gibi, eğlence için çözer.

[[İngilizce]] dilinin [[teklik mesafesi]]ne göre, karışık alfabeli basit bir ikameyi kırmak için 27,6 harflik şifreli metin gerekir. Pratikte, tipik olarak yaklaşık 50 harf gereklidir, ancak bazı mesajlar olağandışı desenler bulunursa daha azıyla kırılabilir. Diğer durumlarda, düz metin neredeyse düz bir frekans dağılımına sahip olacak şekilde tasarlanabilir ve bu durumda kriptanalist için çok daha uzun düz metinler gerekecektir.

===Adlandırma (Nomenclator)===
[[Dosya:Babington postscript.jpg|küçükresim|sağ|{{Ortala|[[Babington Komplosu]]'nda kullanılan sahte adlandırma mesajı}}]]
[[Dosya:Nomenclator-French 17th cent.jpg|küçükresim|{{Ortala|Bir Fransız adlandırma kod tablosu}}]]

İkame şifresinin bir zamanlar yaygın olan bir çeşidi '''adlandırma'''dır. Adını ziyarete gelen devlet adamlarının unvanlarını duyuran kamu görevlisinden alan bu [[şifre]], tipik olarak sembolleri sayılara dönüştüren harf, hece ve kelime ikame tablolarını içeren küçük bir [[kod (kriptografi)|kod]] sayfası kullanır. Başlangıçta kod kısmı önemli kişilerin isimleriyle sınırlıydı, dolayısıyla şifrenin adı da buradan geliyordu; daha sonraki yıllarda birçok yaygın kelimeyi ve yer adını da kapsadı. Tüm kelimelerin (''[[Kod sözcüğü (iletişim)|kod sözcükleri]]'') ve harflerin (''şifre'') sembolleri şifreli metinde ayırt edilmiyordu. [[XIV. Louis|Fransa Kralı 14. Louis]] tarafından kullanılan [[Rossignols]]'un [[Büyük Şifre]]si bunlardan biriydi.

Adlandırıcılar, on beşinci yüzyılın başlarından on sekizinci yüzyılın sonlarına kadar [[diplomasi|diplomatik]] yazışmalarının, [[casusluk]] ve gelişmiş siyasi [[Siyasi komplolar listesi|komplo]] faaliyetlerinin standart bir parçasıydı; komplocuların çoğu kriptografik açıdan daha az sofistikeydi ve öyle de kaldı. Her ne kadar [[hükümet]] [[istihbarat teşkilatı|istihbarat]] On altıncı yüzyılın ortalarında [[kriptanalist]]ler sistematik olarak isimlendiricileri kırıyorlardı ve 1467'den beri daha üstün sistemler mevcuttu, [[kriptanaliz]]e verilen olağan yanıt sadece tabloları büyütmekti. On sekizinci yüzyılın sonlarında, sistem ölmeye başladığında, bazı adlandırıcılar 50.000 sembole sahipti.{{Kaynak belirt|date=Kasım 2015}}

Bununla birlikte, tüm adlandırıcılar kırılmamıştır; bugün, arşivlenmiş şifreli metinlerin kriptanalizi [[tarih]]sel araştırmalar için verimli bir alan olmaya devam etmektedir.

=== Eşsesli (Homophonic) ===<!-- This section is linked from [[Homophonic substitution cipher]]. See [[WP:MOS#Section management]] -->
Yerine koyma şifrelerine yönelik frekans analizi saldırılarının zorluğunu artırmak için ilk girişimlerden biri, düz metin harf frekanslarını '''[[eşseslilik (yazı)|eşseslilik]]''' ({{dil|en|homophony}}) ile gizlemekti. Bu şifrelerde, düz metin harfleri birden fazla şifreli metin sembolüne eşlenir. Genellikle, en yüksek frekanslı düz metin sembollerine daha düşük frekanslı harflerden daha fazla eşdeğer verilir. Bu şekilde frekans dağılımı düzleştirilerek analiz daha zor hale getirilir.

Şifreli metin alfabesinde 26'dan fazla karakter gerekeceğinden, daha büyük alfabeler icat etmek için çeşitli çözümler kullanılmaktadır. Belki de en basit olanı sayısal bir ikame 'alfabesi' kullanmaktır. Bir başka yöntem de mevcut alfabenin basit varyasyonlarından oluşur; büyük harf, küçük harf, baş aşağı, vb. Daha güvenli olmasa da daha sanatsal bir şekilde, bazı homofonik şifreler hayali sembollerden oluşan tamamen icat edilmiş alfabeler kullanmıştır.

[[Kitap şifresi]] bir tür homofonik şifredir, bir örneği [[Beale şifreleri]]dir. Bu, 1819-21 yıllarında Bağımsızlık Bildirgesi'ne anahtarlanmış şifreli bir metin kullanılarak tanımlanan gömülü bir hazine hikayesidir. Burada her şifreli metin karakteri bir sayı ile temsil ediliyordu. Sayı, düz metin karakteri alınarak ve Bağımsızlık Bildirgesi'nde o karakterle başlayan bir kelime bulunarak ve o kelimenin Bağımsızlık Bildirgesi'ndeki sayısal konumu o harfin şifrelenmiş şekli olarak kullanılarak belirleniyordu. Bağımsızlık Bildirgesi'ndeki birçok kelime aynı harfle başladığından, bu karakterin şifrelenmesi Bağımsızlık Bildirgesi'nde bu harfle başlayan kelimelerle ilişkili sayılardan herhangi biri olabilir. Şifrelenmiş metin karakteri ''X''in (ki bu bir sayıdır) deşifre edilmesi, Bağımsızlık Bildirgesi'nin X. kelimesine bakmak ve bu kelimenin ilk harfini şifresi çözülmüş karakter olarak kullanmak kadar basittir.

Bir diğer homofonik şifre, Stahl<ref>Stahl, Fred A., ''On Computational Security'', University of Illinois, 1974</ref><ref name="afips"/> tarafından tanımlanmıştır ve bilgisayarlardaki veri sistemlerinin şifreleme yoluyla güvenliğini sağlamaya yönelik ilk{{Kaynak belirt|reason=Erken bir yöntem olduğu kesin, ama ilk...?|date=Haziran 2014}} girişimlerden biridir. Stahl şifreyi, belirli bir karakter için eş sesli harflerin sayısı karakterin sıklığıyla orantılı olacak ve böylece frekans analizini çok daha zor hale getirecek şekilde inşa etmiştir.

[[Mantua hükümdarları listesi|Mantua Dükü]] [[Francesco I Gonzaga]], 1401 yılında Simone de Crema ile yazışmalarında homofonik ikame şifresinin bilinen en eski örneğini kullanmıştır.<ref name="afips">{{Web kaynağı|yazar=Fred A. Stahl|url=http://www.computer.org/csdl/proceedings/afips/1973/5081/00/50810565.pdf|başlık=A homophonic cipher for computational cryptography|çalışma=Proceedings of the national computer conference and exposition (AFIPS '73)|sayfalar=123-126|yer=New York, USA|yıl=1973|arşivurl=https://web.archive.org/web/20160409131649/https://www.computer.org/plugins/dl/pdf/proceedings/afips/1973/5081/00/50810565.pdf|arşivtarihi=9 Nisan 2016}}</ref><ref>David Salomon. [https://books.google.com/books?id=A88kvYwIVu0C&dq=homophonic+cipher+mantua+1400s&pg=PA224 Coding for Data and Computer Communications] {{Webarşiv|url=https://web.archive.org/web/20230522172632/https://books.google.com/books?id=A88kvYwIVu0C&dq=homophonic+cipher+mantua+1400s&pg=PA224 |tarih=22 Mayıs 2023 }}. Springer, 2005.</ref>

[[I. Mary (İskoçya kraliçesi)|Mary, İskoç Kraliçesi]], [[I. Elizabeth]] tarafından hapsedildiği 1578-1584 yılları arasında, aralarında [[Michel de Castelnau]]'nun da bulunduğu müttefikleriyle iletişim kurarken sık kullanılan ön ekler, son ekler ve özel isimler için bir adlandırıcı kullanarak ek şifrelemeli homofonik şifreler kullanmıştır.<ref>{{dergi kaynağı | doi=10.1080/01611194.2022.2160677 | başlık=Deciphering Mary Stuart's lost letters from 1578-1584 | yıl=2023 | soyadı1=Lasry | ad1=George | soyadı2=Biermann | ad2=Norbert | soyadı3=Tomokiyo | ad3=Satoshi | dergi=Cryptologia | cilt=47 | sayı=2 | sayfalar=101-202 | s2cid=256720092 | doi-access=ücretsiz }}</ref>

=== Çok alfabeli (Polyalphabetic) ===
{{Ana|Çok alfabeli şifreleme}}
[[Kalkaşendî|Al-Qalqashandi]]'nin (1355-1418), [[İbnü'd-Düreyhim|Ibn al-Durayhim]]'in (1312-1359) daha önceki çalışmalarına dayanan çalışması, şifrelerin ikame ve transpozisyonunun ilk yayınlanmış tartışmasını ve her bir düz metin harfine birden fazla ikame atanan bir polifabetik şifrenin ilk tanımını içeriyordu.<ref>{{kitap kaynağı |soyadı1=Lennon |ad1=Brian |başlık=Passwords: Philology, Security, Authentication |tarih=2018 |yayıncı=[[Harvard University Press]] |isbn=9780674985377 |sayfa=26 |url=https://books.google.com/books?id=jbpTDwAAQBAJ&pg=PT26}}</ref> Polialfabetik ikame şifreleri daha sonra 1467 yılında [[Leone Battista Alberti]] tarafından diskler şeklinde tanımlanmıştır. [[Johannes Trithemius]], ''Steganographia'' ([[Eski Yunanca]] "gizli yazı", "hidden writing") adlı kitabında artık daha standart olan ''tablo'' formunu tanıtmıştır (aşağıya bakınız; yaklaşık 1500, ancak çok daha sonrasına kadar yayınlanmamıştır). Karışık alfabeler kullanan daha sofistike bir versiyon 1563 yılında [[Giovanni Battista della Porta]] tarafından ''[[De Furtivis Literarum Notis]]'' ([[Latince]] "Yazıdaki gizli karakterler üzerine", "On concealed characters in writing") adlı kitabında tanımlanmıştır.

Polialfabetik bir şifrelemede birden fazla şifre alfabesi kullanılır. Şifrelemeyi kolaylaştırmak için, tüm alfabeler genellikle geleneksel olarak "tablo" olarak adlandırılan büyük bir [[tablo (bilgi)|tablo]] içine yazılır. Tablo genellikle (İngilizce alfabe temel alındığında) 26×26'dır, böylece 26 tam şifreli metin alfabesi kullanılabilir. Tabloyu doldurma ve bir sonraki aşamada hangi alfabenin kullanılacağını seçme yöntemi, belirli bir polifabetik şifreyi tanımlar. Yeterince büyük düz metinler için ikame alfabeleri tekrarlandığından, bu tür şifrelerin kırılması sanıldığından daha kolaydır.

En popüler olanlardan biri [[Blaise de Vigenère]]'inkiydi. İlk olarak 1585 yılında yayınlanan bu şifre 1863 yılına kadar kırılamaz olarak kabul edilmiş ve gerçekten de yaygın olarak ''le chiffre indéchiffrable'' ([[Fransızca]] "çözülemez şifre", "indecipherable cipher") olarak adlandırılmıştır.

[[Vigenère şifrelemesi]]nde, tablonun ilk satırı açık metin alfabesinin bir kopyası ile doldurulur ve sonraki satırlar basitçe bir sıra sola kaydırılır. (Böyle basit bir tabloya ''[[tabula recta]]'' denir ve matematiksel olarak düz metin ve anahtar harflerin eklenmesine karşılık gelir, İngilizce alfabe kullanımı nedeniyle [[modüler aritmetik|modulo]] 26.) Daha sonra hangi şifreli metin alfabesinin kullanılacağını seçmek için bir anahtar sözcük kullanılır. Anahtar kelimenin her harfi sırayla kullanılır ve sonra baştan tekrarlanır. Yani anahtar kelime 'CAT' ise, düz metnin ilk harfi 'C' alfabesi altında, ikincisi 'A' altında, üçüncüsü 'T' altında, dördüncüsü yine 'C' altında şifrelenir ve bu böyle devam eder. Uygulamada, Vigenère anahtarları genellikle birkaç kelime uzunluğunda ifadelerdi.

1863 yılında [[Friedrich Kasiski]], Vigenère şifreli bir mesajdaki anahtar kelimenin uzunluğunun hesaplanmasını sağlayan bir yöntem (muhtemelen [[Kırım Savaşı]]'ndan önce [[Charles Babbage]] tarafından gizlice ve bağımsız olarak keşfedilmiştir) yayınladı. Bu yapıldıktan sonra, aynı alfabe altında şifrelenmiş şifreli metin harfleri seçilebilir ve bir dizi yarı bağımsız basit ikame olarak ayrı ayrı saldırıya uğrayabilirdi - bir alfabe içinde harflerin ayrılmış olması ve tam kelimeler oluşturmaması nedeniyle karmaşık, ancak genellikle bir ''tabula recta'' kullanılmış olması nedeniyle basitleştirilmiştir.

Bu nedenle, bugün bile, tabloda karışık alfabeler kullanılıyorsa, anahtar kelime rastgele ise ve toplam şifreli metin uzunluğu anahtar kelime uzunluğunun 27,67 katından azsa, Vigenère tipi bir şifrenin kırılması teorik olarak zor olmalıdır.<ref>{{Dergi kaynağı|soyadı=Toemeh|ad=Ragheb|yıl=2014|başlık=Certain investigations in Cryptanalysis of classical ciphers Using genetic algorithm|dergi=Shodhganga|hdl=10603/26543}}</ref> Bu gereksinimler pratikte nadiren anlaşılır ve bu nedenle Vigenère şifreli mesaj güvenliği genellikle olabileceğinden daha azdır.

Diğer önemli polialfabetik şifreler şunlardır:
* '''Gronsfeld şifresi''': Bu, sadece 10 alfabe kullanılması ve bu nedenle "anahtar kelime"nin sayısal olması dışında Vigenère ile aynıdır.
* '''[[Beaufort şifresi]]''': Bu, pratikte Vigenère ile aynıdır, ancak ''tabula recta'' matematiksel olarak ciphertext = key - plaintext'e eşdeğer olan geriye doğru bir tabula recta ile değiştirilir. Bu işlem ''kendi kendini tersine çevirir'', yani aynı tablo hem şifreleme hem de şifre çözme için kullanılır.
* '''[[Otomatik anahtar şifresi]]''' (autokey cipher): [[Periyodik fonksiyon|Periyodik]]liği önlemek için düz metni bir anahtarla karıştırır.
* '''[[Çalışan anahtar şifresi]]''' (running key cipher): Anahtar, bir kitaptan veya benzer bir metinden bir pasaj kullanılarak çok uzun hale getirilir.

Modern [[Dizi şifresi|kesintisiz şifreleme]]ler ({{dil|en|stream cipher}}), yeterince soyut bir bakış açısıyla, tüm çabanın [[anahtar akışı]]nı ({{dil|en|keystream}}) olabildiğince uzun ve öngörülemez hale getirmek için harcandığı bir polifabetik şifre biçimi olarak da görülebilir.

=== Çok harfli (Polygraphic) ===
Bir poligrafik ikame şifresinde, düz metin harfleri tek tek ikame edilmek yerine daha büyük gruplar halinde ikame edilir. İlk avantaj, frekans dağılımının tek tek harflerinkinden çok daha düz olmasıdır (gerçek dillerde aslında düz olmasa da; örneğin, 'TH' İngilizce'de 'XQ'dan çok daha yaygındır). İkincisi, daha fazla sayıda sembol, harf frekanslarını verimli bir şekilde analiz etmek için buna uygun olarak daha fazla şifreli metin gerektirir.

Harflerin ''çiftlerini'' değiştirmek için 676 sembol uzunluğunda (<math>26^2</math>) bir ikame alfabesi gerekir. Yukarıda bahsedilen aynı ''De Furtivis Literarum Notis''{{'}}te della Porta aslında böyle bir sistem önermiştir. 20x20'lik bir tablo (kullandığı İtalyan/Latin alfabesinin 20 harfi için) 400 benzersiz [[glif]] ile doldurulmuştur. Ancak bu sistem pratik değildi ve muhtemelen hiçbir zaman kullanılmadı.

En eski pratik '''digrafik şifre''' ("digraphic cipher", ikili ikame), 1854 yılında Sir [[Charles Wheatstone]] tarafından icat edilen [[Playfair|Playfair şifresi]] olarak adlandırılan şifredir. Bu şifrelemede, 5x5'lik bir ızgara karışık bir alfabenin harfleriyle doldurulur (iki harf, genellikle I ve J, birleştirilir). Daha sonra harf çiftleri bir dikdörtgenin iki köşesi olarak alınarak ve diğer iki köşe şifreli metin olarak kullanılarak bir digrafik ikame simüle edilir (bir diyagram için [[Playfair şifrelemesi]] ana makalesine bakın). Özel kurallar çift harfleri ve aynı satır veya sütuna düşen çiftleri ele alır. Playfair [[İkinci Boer Savaşı|Boer Savaşı]]'ndan [[İkinci Dünya Savaşı]]'na kadar askeri kullanımda olmuştur.

1901'de [[Félix Delastelle]] tarafından (her ikisi de digrafik olan) [[bifid şifreleme|bifid]] ve [[dört-kare şifreleme]]si ("four-square cipher") ile (muhtemelen ilk pratik trigrafik olan) [[trifid şifreleme]]si dahil olmak üzere birkaç başka pratik poligrafik tanıtıldı.

1929'da [[Lester S. Hill]] tarafından icat edilen [[Hill şifrelemesi]], [[lineer cebir]] kullanarak çok daha büyük harf gruplarını aynı anda birleştirebilen bir poligrafik ikamedir. Her harf, [[sayı sistemi|26 tabanı]]nda bir rakam olarak ele alınır: A = 0, B = 1 ve bu şekilde devam eder. (Bir varyasyonda, [[Taban (lineer cebir)|tabanı]] [[asal sayı|asal]] yapmak için 3 ekstra sembol eklenir.) Daha sonra n harften oluşan bir blok n [[boyut]]lu bir [[vektör uzayı|vektör]] olarak kabul edilir ve nxn [[matris (matematik)|matris]], [[modüler aritmetik|modulo]] 26 ile çarpılır. Matrisin bileşenleri anahtardır ve matrisin <math>\mathbb{Z}_{26}^n</math> içinde ters çevrilebilir olması koşuluyla [[rastgelelik|rastgele]] olmalıdır (şifre çözmenin mümkün olduğundan emin olmak için). Hill şifresinin 6 boyutlu mekanik bir versiyonunun patenti 1929 yılında alınmıştır.<ref>{{web kaynağı|başlık=Message Protector patent US1845947|tarih=14 Şubat 1929|url=https://www.google.com/patents/US1845947|erişimtarihi=9 Kasım 2013|arşivurl=https://web.archive.org/web/20160601204247/http://www.google.com/patents/US1845947|arşivtarihi=1 Haziran 2016|ölüurl=hayır}}</ref>

Hill şifresi, [[Bilinen açık metin saldırısı|bilinen düz metin saldırısı]]na karşı savunmasızdır çünkü tamamen [[Doğrusallık|doğrusal]]dır, bu nedenle bu saldırıyı yenmek için bazı [[doğrusal olmayan sistem|doğrusal olmayan]] adımlarla birleştirilmesi gerekir. Hill şifresi gibi daha geniş ve daha zayıf, doğrusal [[karışıklık ve yayılma|yaygın]] adımların doğrusal olmayan ikame adımlarıyla birleşimi sonuçta bir [[SP ağı|ikame-permutasyon ağı]]na (örneğin bir [[Feistel şifresi]]) yol açar, bu nedenle -bu uç perspektiften- modern [[blok şifreleme|blok şifre]]leri bir tür poligrafik ikame olarak düşünmek mümkündür.

===Mekanik (Mechanical)===
[[Dosya:HGM Enigma.jpg|küçükresim|{{Ortala|Dünya Savaşı'nda Alman ordusu tarafından kullanılan [[Enigma makinesi|Enigma şifre makinesi]]}}]]

[[I. Dünya Savaşı]] ile [[bilgisayar]]ların yaygınlaşması arasında (bazı hükûmetler için bu yaklaşık olarak 1950'ler veya 1960'lardı; diğer kuruluşlar için on yıl veya daha sonraydı; bireyler için 1975'ten önce değildi), polialfabetik ikame şifrelerinin mekanik uygulamaları yaygın olarak kullanıldı. Birçok mucit aynı zamanda benzer fikirlere sahipti ve [[rotor makinesi|rotor şifre makinesi]]nin patenti 1919 yılında dört kez alındı. Ortaya çıkan makinelerin en önemlisi [[Enigma makinesi|Enigma]]ydi, özellikle de yaklaşık 1930'dan itibaren [[Wehrmacht|Alman ordusu]] tarafından kullanılan versiyonları. Dünya Savaşı Müttefikleri]] de rotorlu makineler geliştirmiş ve kullanmıştır (örneğin, [[SIGABA]] ve [[Typex]]).

Bunların hepsi, değiştirilen harfin birkaç harf diskinin döndürülmesinden kaynaklanan çok sayıda olası kombinasyon arasından [[elektrik]]li olarak seçilmesi bakımından benzerdi. Şifrelenen her açık metin harfiyle birlikte disklerden biri veya daha fazlası mekanik olarak döndüğünden, kullanılan alfabe sayısı astronomikti. Bu makinelerin ilk versiyonları yine de kırılabilirdi. [[Amerika Birleşik Devletleri|ABD]] Ordusu'nun [[Signals Intelligence Service|SIS]]'inden [[William F. Friedman]] [[Hebern rotor makinesi]]ndeki açıkları erken bulmuş ve [[GCHQ#Government Code and Cypher School|GC&CS]]'den [[Dillwyn Knox]] Enigma makinesinin versiyonlarını ("plugboard" olmayanlar) [[II. Dünya Savaşı|WII]] başlamadan çok önce çözmüştü. Esasen tüm Alman askeri Enigmaları tarafından korunan trafik, 1930'ların başında kullanılan Alman Ordusu varyantından başlayarak, başta [[Bletchley Park]]'takiler olmak üzere Müttefik kriptanalistler tarafından kırıldı. Bu versiyon [[Polonya]]'da [[Marian Rejewski]] tarafından ilham verici bir matematiksel kavrayışla kırılmıştır.

Kamuoyunca bilindiği kadarıyla, [[SIGABA]] ve [[Typex]] makineleri tarafından korunan hiçbir mesaj, bu sistemlerin hizmette olduğu süre boyunca veya bu süreye yakın bir zamanda kırılmamıştır.

=== Tek kullanımlık şifre (One-time pad)===
{{Ana|Tek kullanımlık şifre}}

Bir tür ikame şifresi olan [[Tek kullanımlık şifre]] ("one-time pad") benzersizdir. Birinci Dünya Savaşı'nın sonlarına doğru ABD'de [[Gilbert Vernam]] ve [[Joseph Mauborgne]] tarafından icat edilmiştir. Muhtemelen [[İkinci Dünya Savaşı]] sırasında [[Claude Shannon]] tarafından matematiksel olarak kırılamaz olduğu kanıtlanmıştır; çalışması ilk olarak 1940'ların sonunda yayınlanmıştır. En yaygın uygulamasında, tek kullanımlık şifre yalnızca alışılmadık bir bakış açısıyla bir ikame şifresi olarak adlandırılabilir; tipik olarak, düz metin harfi o konumdaki anahtar malzeme karakteriyle bir şekilde (örneğin, [[Dışlayıcı veya|XOR]]) birleştirilir (ikame edilmez).

Tek kullanımlık şifre, çoğu durumda pratik değildir çünkü anahtar materyalin düz metin kadar uzun olmasını, ''aslında'' [[rastgelelik|rastgele]] olmasını, bir kez ve ''yalnızca'' bir kez kullanılmasını ve gönderici ile hedeflenen alıcı dışında herkesten tamamen gizli tutulmasını gerektirir. Bu koşullar az da olsa ihlal edildiğinde, tek seferlik şifre artık kırılamaz değildir. İkinci Dünya Savaşı sırasında kısa bir süre için ABD'den gönderilen [[Sovyetler Birliği|Sovyet]] tek seferlik şifre mesajlarında [[Rastgelelik|rastgele olmayan]] anahtar malzemesi kullanılmıştır. ABD kriptanalistleri 40'lı yılların sonlarından itibaren birkaç yüz bin mesajdan birkaç binini tamamen ya da kısmen kırmayı başardı. (Bkz. [[Venona projesi]])

Mekanik bir uygulamada, daha ziyade [[Rockex]] ekipmanında olduğu gibi, tek seferlik şifre [[Moskova]]-[[Washington, D.C.|Washington]] hattında gönderilen mesajlar için kullanıldı. [[Küba Füze Krizi]] sonrasında kurulan Moskova-Washington hattı yani [[Kırmızı telefon|''sıcak hat'']].

== Modern kriptografide ==
Yukarıda bahsedilen ikame şifreleri, özellikle de eski tür kalem ve kağıt el şifreleri, artık ciddi bir kullanım alanına sahip değildir. Ancak, kriptografik ikame kavramı bugün bile devam etmektedir. Soyut bir bakış açısıyla, modern bit odaklı [[Blok şifreleme|blok şifre]]ler (örneğin, [[DES]] - Data Encryption Standard veya [[AES]] - Advanced Encryption Standard) büyük bir [[İkili sayı sistemi|binary]] alfabesi üzerinde ikame şifreleri olarak görülebilir. Ek olarak, blok şifreler genellikle [[S-kutu]]lar olarak adlandırılan daha küçük ikame tabloları içerir. Ayrıca bakınız; [[SP ağı|ikame-permütasyon ağı]] ("substitution-permutation network").

== Popüler kültürde ==
*[[Sherlock Holmes]] "[[The Adventure of the Dancing Men]]"de ("Dans Eden Adamların Macerası") bir ikame şifresini kırar. Orada, şifre onlarca yıl olmasa da yıllarca çözülemeden kaldı; zorluğundan değil, [[steganografi|kimsenin bunun bir kod olduğundan şüphelenmemesi]], bunun yerine çocukça karalamalar olduğunu düşünmesi nedeniyle.
* [[Standard Galactic Alphabet]], ''Commander Keen'' video oyunlarındaki ve ''[[Minecraft]]'''daki yazı sistemi.
*''[[Final Fantasy X]]''{{'}}deki [[Al Bhed]] dili, fonetik olarak telaffuz edilmesine rağmen aslında bir ikame şifresidir (yani İngilizce'deki "you", Al Bhed'de "oui" olarak çevrilir, ancak [[Fransızca]]da "oui" ile aynı şekilde telaffuz edilir).
*''[[Babylon 5]]'' dizisindeki [[Minbari]] alfabesi İngilizceden bir ikame şifresidir.
*''[[Star Fox Adventures]]: Dinosaur Planet'' oyununda yerli Saurianlar ve [[Star Fox serisindeki karakterler listesi#Krystal|Krystal]] tarafından konuşulan dil de [[İngiliz alfabesi]]nin bir ikame şifresidir.
*Televizyon programı ''[[Futurama]]'', 26 harfin tamamının sembollerle değiştirildiği ve "Uzaylı Dili" ({{url|https://web.archive.org/web/20221225115942/https://www.gotfuturama.com/Interactive/AlienCodec/|Alien Language}}) olarak adlandırılan bir ikame şifresi içeriyordu. Bu şifre, sıkı izleyiciler tarafından hem düz İngilizce hem de Uzaylı dilinde "Drink" (İçecek) kelimesini içeren bir "Slurm" reklamı gösterilerek oldukça hızlı bir şekilde çözüldü ve böylece anahtar verildi. Daha sonra yapımcılar, değiştirme ve matematiksel Şifrelerin bir kombinasyonunu kullanan ikinci bir uzaylı dili yarattılar. Uzaylı dilinin İngilizce harfi deşifre edildikten sonra, o harfin sayısal değeri (sırasıyla "A" için 0'dan "Z" için 25'e kadar) bir önceki harfin değerine eklenerek (modulo 26) asıl amaçlanan harf gösterilmektedir. Bu mesajlar dizinin her bölümünde ve sonraki filmlerde görülebilir.
*''[[Gravity Falls]]'' çizgi dizisinin her 1. sezon bölümünün sonunda, jenerik sırasında, üç basit ikame şifresinden biri vardır: Bir -3 [[Sezar şifrelemesi]] (açılış sekansının sonunda "3 harf geri" ile ima edilir), bir [[Atbash|Atbash şifresi]] veya bir harften sayıya basit ikame şifresi. Birinci sezonun finalinde bu üç yöntemle de bir mesaj şifrelenmiştir. İkinci sezonda, [[Vigenère şifrelemesi]], her biri kendi bölümü içinde gizli bir anahtar kullanan çeşitli monoalfabetik şifrelerin yerine kullanılır.
*[[Eoin Colfer]]'ın [[Artemis Fowl]] serisinde üç ikame şifre vardır; Gnommish, Centaurean ve Eternean, sayfaların alt kısmında veya kitapların başka bir yerinde bulunur.
*[[Kristin Cashore]]'un üçüncü romanı olan ''Bitterblue''{{'}}da, ikame şifreleri önemli bir kodlu iletişim biçimi olarak hizmet eder.
*2013 video oyunu ''[[BioShock Infinite]]''{{'}}de, oyun boyunca gizlenmiş ikame şifreleri vardır ve oyuncunun bunları çözmeye yardımcı olacak kod kitaplarını bulması ve fazla malzemeye erişmesi gerekir.
*''[[Hataraku Maō-sama!|The Devil Is a Part-Timer!]]'' anime uyarlamasında, Ente Isla'nın Entean adı verilen dili, şifreli metin alfabesi {{mono|AZYXEWVTISRLPNOMQKJHUGFDCB}} ile sadece A, E, I, O, U, L, N ve Q'yu orijinal konumlarında bırakan bir ikame şifresi kullanır.

==Ayrıca bakınız==
* Centiban Tablosu ile [[Hartley (birim)]] [Ban veya dit ("decimal digit"in kısaltması) olarak da bilinir.]
* [[Copiale şifresi]]
* {{annotated link|Sözlük kodlayıcısı}}
* [[Leet]]
* [[Vigenère şifrelemesi]] / [[Vigenere tablosu]]
* [[Kriptografinin ana hatları|Kriptografi konuları]]
* [[Müzik şifresi|Müzikal İkame Şifreleri]]

==Kaynakça==
{{Kaynakça}}

==Dış bağlantılar==
* [http://math.ucsd.edu/~crypto/java/EARLYCIPHERS/Monoalphabetic.html Monoalfabetik İkame] Bilinen Düz Metin Saldırısı Kullanarak Monoalfabetik Şifreleme Sisteminin Kırılması

{{Klasik kriptografi}}
{{Otorite kontrolü}}

[[Kategori:Klasik şifrelemeler]]
[[Kategori:Kurgusal diller]]
[[Kategori:Kriptoloji tarihi]]