El cifrado de cuatro cuadrados es una técnica de cifrado simétrico manual . [1] Fue inventado por el criptógrafo francés Felix Delastelle .
La técnica cifra pares de letras ( dígrafos ) y, por lo tanto, entra en una categoría de cifrados conocidos como cifrados de sustitución poligráfica . Esto agrega una fuerza significativa al cifrado en comparación con los cifrados de sustitución monográficos que operan en caracteres individuales. El uso de dígrafos hace que la técnica de cuatro cuadrados sea menos susceptible a los ataques de análisis de frecuencia , ya que el análisis debe realizarse en 676 posibles dígrafos en lugar de solo 26 para la sustitución monográfica. El análisis de frecuencia de los dígrafos es posible, pero considerablemente más difícil, y generalmente requiere un texto cifrado mucho más grande para ser útil.
Usando cuatro cuadrados
El cifrado de cuatro cuadrados utiliza cuatro matrices de 5 x 5 (5x5) dispuestas en un cuadrado. Cada una de las matrices de 5 por 5 contiene las letras del alfabeto (generalmente se omite la "Q" o se coloca tanto la "I" como la "J" en la misma ubicación para reducir el alfabeto para que quepa). En general, las matrices superior izquierda e inferior derecha son los "cuadrados de texto plano" y cada una contiene un alfabeto estándar . Los cuadrados superior derecho e inferior izquierdo son los "cuadrados de texto cifrado" y contienen una secuencia alfabética mixta.
Para generar los cuadrados de texto cifrado, primero se llenarían los espacios en la matriz con las letras de una palabra clave o frase (eliminando las letras duplicadas), luego se llenarían los espacios restantes con el resto de las letras del alfabeto en orden (nuevamente omitiendo "Q" para reducir el alfabeto para que quepa). La clave se puede escribir en las filas superiores de la tabla, de izquierda a derecha, o en algún otro patrón, como una espiral que comienza en la esquina superior izquierda y termina en el centro. La palabra clave junto con las convenciones para completar la tabla de 5 por 5 constituyen la clave de cifrado. El algoritmo de cuatro cuadrados permite dos claves separadas, una para cada una de las dos matrices de texto cifrado.
Como ejemplo, aquí están las matrices de cuatro cuadrados para las palabras clave "ejemplo" y "palabra clave". Las matrices de texto plano están en minúsculas y las matrices de texto cifrado están en mayúsculas para que este ejemplo sea visualmente más simple:
abcde EJEMPLOfghij LBCDFklmno GHIJKprstu NORSTvwxyz UVWYZ KEYWO abcdeRDABC fghijFGHIJ klmnoLMNPS prstuTUVXZ vwxyz
Algoritmo
Para cifrar un mensaje, se seguirían estos pasos:
- Divida el mensaje de carga útil en dígrafos. ( HELLO WORLD se convierte en HE LL OW O LD )
- Encuentra la primera letra del dígrafo en la matriz de texto plano superior izquierda.
abcde EJEMPLOfg h ij LBCDFklmno GHIJKprstu NORSTvwxyz UVWYZ KEYWO abcdeRDABC fghijFGHIJ klmnoLMNPS prstuTUVXZ vwxyz
- Encuentra la segunda letra del dígrafo en la matriz de texto plano inferior derecha.
abcde EJEMPLOfg h ij LBCDFklmno GHIJKprstu NORSTvwxyz UVWYZ KEYWO abcd eRDABC fghijFGHIJ klmnoLMNPS prstuTUVXZ vwxyz
- La primera letra del dígrafo cifrado está en la misma fila que la primera letra de texto sin formato y la misma columna que la segunda letra de texto sin formato. Por lo tanto, está en la matriz de texto cifrado de la parte superior derecha.
abcde EJEMPLOfg h ij LBCD Fklmno GHIJKprstu NORSTvwxyz UVWYZ KEYWO abcd eRDABC fghijFGHIJ klmnoLMNPS prstuTUVXZ vwxyz
- La segunda letra del dígrafo cifrado está en la misma fila que la segunda letra de texto sin formato y la misma columna que la primera letra de texto sin formato. Por lo tanto, está en la matriz de texto cifrado de la parte inferior izquierda.
abcde EJEMPLOfg h ij LBCD Fklmno GHIJKprstu NORSTvwxyz UVWYZ KE Y WO abcd eRDABC fghijFGHIJ klmnoLMNPS prstuTUVXZ vwxyz
Usando el ejemplo de cuatro cuadrados dado anteriormente, podemos cifrar el siguiente texto sin formato:
Texto sin formato: he lp me ob iw an ke no biTexto cifrado: FY GM KY HO BX MF KK KI MD
Aquí está escrito de nuevo el cuadro de cuatro, pero en blanco todos los valores que no se utilizan para cifrar el primer dígrafo "él" en "FY".
- - - - - - - - - -- - h - - - - - - F- - - - - - - - - -- - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - S.M- - - - - - - - - -- - - - - - - - - -- - - - - - - - - -- - - - - - - - - -
Como puede verse claramente, el método de cifrado simplemente implica encontrar las otras dos esquinas de un rectángulo definido por las dos letras en el dígrafo de texto plano. El dígrafo encriptado son simplemente las letras en las otras dos esquinas, con la letra superior derecha en primer lugar.
El descifrado funciona de la misma manera, pero al revés. El dígrafo de texto cifrado se divide con el primer carácter en la matriz superior derecha y el segundo carácter en la matriz inferior izquierda. A continuación, se ubican las otras esquinas del rectángulo. Estos representan el dígrafo de texto plano con el componente de la matriz superior izquierda en primer lugar.
Criptoanálisis de cuatro cuadrados
Como la mayoría de los cifrados de la era premoderna, el cifrado de cuatro cuadrados se puede descifrar fácilmente si hay suficiente texto. Obtener la clave es relativamente sencillo si se conocen tanto el texto plano como el cifrado. Cuando solo se conoce el texto cifrado, el criptoanálisis de fuerza bruta del cifrado implica buscar en el espacio de claves coincidencias entre la frecuencia de aparición de los digramas (pares de letras) y la frecuencia conocida de aparición de los digramas en el idioma supuesto del mensaje original.
El criptoanálisis de cuatro cuadrados generalmente implica la coincidencia de patrones en monografías repetidas. Este es solo el caso cuando se conocen las dos matrices de texto plano. Un cifrado de cuatro cuadrados generalmente usa alfabetos estándar en estas matrices, pero no es un requisito. Si este es el caso, ciertas palabras siempre producirán repeticiones de texto cifrado de una sola letra. Por ejemplo, la palabra MI LI TA RY siempre producirá la misma letra de texto cifrado en la primera y tercera posiciones, independientemente de las palabras clave utilizadas. Patrones como estos se pueden catalogar y comparar con repeticiones de una sola letra en el texto cifrado. A continuación, se puede insertar texto sin formato candidato en un intento de descubrir las matrices de texto cifrado.
A diferencia del cifrado de Playfair , un cifrado de cuatro cuadrados no mostrará dígrafos de texto cifrado invertido para dígrafos de texto plano invertidos (por ejemplo, los dígrafos AB BA cifrarían en algún patrón XY YX en Playfair, pero no en cuatro cuadrados). Esto, por supuesto, solo es cierto si las dos palabras clave son diferentes. Otra diferencia entre cuatro cuadrados y Playfair, que hace que cuatro cuadrados sea un cifrado más fuerte, es el hecho de que los dígrafos de dos letras aparecerán en texto cifrado de cuatro cuadrados.
En todos los aspectos, cuatro cuadrados es un sistema más fuerte para encriptar información que Playfair. Sin embargo, es más engorroso debido al uso de dos claves, y preparar la hoja de cifrado / descifrado puede llevar mucho tiempo. Dado que el aumento en la fuerza de cifrado que ofrece el cuatro cuadrados sobre Playfair es marginal y que ambos esquemas son fácilmente derrotados si hay suficiente texto cifrado disponible, Playfair se ha vuelto mucho más común.
Se puede encontrar un buen tutorial sobre la reconstrucción de la clave para un cifrado de cuatro cuadrados en el capítulo 7, "Solución a los sistemas de sustitución poligráfica", del Manual de campo 34-40-2 , producido por el Ejército de los Estados Unidos.
Referencias
- ^ William Maxwell Bowers (1959). Sustitución digráfica: el cifrado de Playfair, el cifrado de cuatro cuadrados . Asociación Estadounidense de Criptogramas. pag. 25.