Homophonic substitution cipher là gì?

Mật mã thay thế đồng âm (homophonic substitution cipher) là một mật mã thay thế (substitution cipher) trong đó các chữ cái của bản rõ (plaintext) đơn lẻ có thể được thay thế bằng bất kỳ chữ cái nào trong số các chữ cái của bản mã (ciphertext) khác nhau. Chúng thường khó thám mã (break) hơn nhiều so với mật mã thay thế tiêu chuẩn.

Số ký tự mà mỗi chữ cái được thay thế bằng một phần của khóa (key). Ví dụ: ký tự 'E' có thể được thay thế bằng bất kỳ ký hiệu nào trong số 5 ký hiệu khác nhau, trong khi ký tự 'Q' chỉ có thể được thay thế bằng 1 ký hiệu.

Cách dễ nhất để phá vỡ mật mã thay thế tiêu chuẩn là xem tần số (frequency) của các chữ cái, chữ 'E' thường là chữ cái phổ biến nhất trong tiếng Anh, vì vậy chữ cái mã phổ biến nhất có lẽ sẽ là 'E' (hoặc có lẽ là 'T'). Nếu chúng ta cho phép thay thế ký tự 'E' bằng bất kỳ ký tự nào trong 3 ký tự khác nhau, thì chúng ta không thể chỉ lấy ký tự phổ biến nhất nữa, vì số lượng ký tự của 'E' được trải dài trên một số ký tự. Khi chúng ta cho phép ngày càng nhiều lựa chọn thay thế khả thi cho mỗi chữ cái, mật mã kết quả có thể trở nên rất an toàn.

Ví dụ bảng chữ cái mật mã của chúng ta như sau:

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
D X S F Z E H C V I T P G A Q L K J R U O W M Y B N
9       7       3         5 0       4 6            
        2                                          
        1     

Để giải mã thông điệp DEFEND THE EAST WALL OF THE CASTLE, chúng ta tìm thấy 'D' ở hàng trên cùng, sau đó thay thế nó bằng ký tự bên dưới nó, 'F'. Chữ cái thứ hai, 'E' cung cấp cho chúng ta một số lựa chọn, chúng ta có thể sử dụng bất kỳ chữ cái nào trong số 'Z', '7', '2' hoặc '1'. Chúng ta chọn một trong những thứ này một cách ngẫu nhiên, chẳng hạn như '7'. Sau khi tiếp tục điều này, chúng ta nhận được bản mã:

plaintext:  DEFEND THE EAST WALL OF THE CASTLE
ciphertext: F7EZ5F UC2 1DR6 M9PP 0E 6CZ SD4UP1

Số lượng các ký tự bản mã được gán cho mỗi ký tự bản rõ đã được chọn để làm phẳng phân bố tần suất càng nhiều càng tốt. Vì 'E' thường là chữ cái phổ biến nhất, nên có nhiều khả năng hơn để tần suất cực đại từ chữ 'E' sẽ không xuất hiện trong bản mã.