El cifrado de dos cuadrados , también llamado Double Playfair , es una técnica de cifrado simétrico manual . [1] Fue desarrollado para aliviar la naturaleza engorrosa de la gran matriz de cifrado / descifrado utilizada en el cifrado de cuatro cuadrados, sin dejar de ser un poco más fuerte que el cifrado de Playfair de un solo cuadrado .
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 con caracteres individuales. El uso de dígrafos hace que la técnica de dos 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.
Historia
Félix Delastelle describió el cifrado en su libro de 1901 Traité élémentaire de cryptographie bajo el nombre de damiers bigrammatiques réduits (tablero de ajedrez digráfico reducido), con tipos tanto horizontales como verticales. [2]
El tablero de ajedrez de dos alfabetos fue descrito por William F. Friedman en su libro Advanced Military Cryptography (1931) y en la posterior serie Military Cryptanalysis y Military Cryptanalytics . [3]
El coautor de Friedman en Criptoanalítica militar , Lambros D. Callimahos, describió el cifrado en la Enciclopedia de Collier en el artículo de Criptografía . [4]
La descripción de la enciclopedia se adaptó a un artículo en The Cryptogram of the American Cryptogram Association en 1972. [5] Después de esto, el cifrado se convirtió en un tipo de cifrado habitual en los acertijos ACA. [6]
En 1987, Noel Currer ‐ Briggs describió el cifrado doble de Playfair utilizado por los alemanes en la Segunda Guerra Mundial. [7] En este caso, Playfair doble se refiere a un método que utiliza dos cuadrados de Polybius más seriación.
Incluso las variantes de Double Playfair que cifran cada par de letras dos veces se consideran más débiles que el cifrado de doble transposición . [8]
... a mediados de 1915, los alemanes habían destruido por completo British Playfair. Al mismo tiempo, reconocieron su flexibilidad y simplicidad y decidieron que podían hacerlo más seguro y adaptarlo para su propio uso. En lugar de usar un cuadrado de 5 x 5 y dividir el texto claro en bigramas de la manera que acabo de describir, usaron dos cuadrados y escribieron el mensaje completo en longitudes de clave en formularios de mensajes cuadrados especialmente preparados dispuestos en líneas dobles de un determinado largo.
- Noel Currer-Briggs [9]
Otras ligeras variantes, que también incorporan seriación, se describen en Schick (1987) [10] y David (1996). [11]
El cifrado de dos cuadrados no se describe en algunos otros libros de criptografía populares del siglo XX, por ejemplo, en Helen Fouché Gaines (1939) o William Maxwell Bowers (1959), aunque ambos describen el cifrado de Playfair y el cifrado de cuatro cuadrados . [12]
Usando dos cuadrados
El cifrado de dos cuadrados utiliza dos matrices de 5x5 y viene en dos variedades, horizontal y vertical. El cuadrado horizontal de dos tiene las dos matrices una al lado de la otra. Los dos cuadrados verticales tienen uno debajo del otro. Cada una de las matrices de 5x5 contiene las letras del alfabeto (generalmente omitiendo "Q" o colocando tanto "I" como "J" en la misma ubicación para reducir el alfabeto para que quepa). Los alfabetos en ambos cuadrados son generalmente alfabetos mixtos , cada uno basado en alguna palabra clave o frase.
Para generar las matrices de 5x5, 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 5x5 constituyen la clave de cifrado. El algoritmo de dos cuadrados permite dos claves separadas, una para cada matriz.
Como ejemplo, aquí están las matrices verticales de dos cuadrados para las palabras clave "ejemplo" y "palabra clave":
EJEMPLOLBCDFGHIJKNORTEUVWYZ KEYWORDABCFGHIJLMNPSTUVXZ
Algoritmo
El cifrado que utiliza dos cuadrados es básicamente el mismo que el sistema utilizado en cuatro cuadrados , excepto que los dígrafos de texto plano y cifrado utilizan las mismas matrices.
Para cifrar un mensaje, se seguirían estos pasos:
- Divida el mensaje de carga útil en dígrafos. ( ayúdame a obi wan kenobi se convierte en ayúdame a ob iw an ke no bi )
- Para un cuadrado vertical de dos, el primer carácter de los dígrafos de texto plano y de texto cifrado usa la matriz superior, mientras que el segundo carácter usa la parte inferior.
- Para un cuadrado horizontal de dos, el primer carácter de ambos dígrafos usa la matriz izquierda, mientras que el segundo carácter usa la derecha.
- Busque la primera letra del dígrafo en la matriz de texto superior / izquierda.
EJEMPLO L BCDFGHIJKNORTEUVWYZ KEYWORDABCFGHIJLMNPSTUVXZ
- Encuentra la segunda letra del dígrafo en la matriz de texto plano inferior / derecha.
EJEMPLO L BCDFGHIJKNORTEUVWYZ KEYWORDABCFGHIJLMN P STUVXZ
- Un rectángulo está definido por dos caracteres de texto plano y las esquinas opuestas definen el dígrafo de texto cifrado.
EJEMPLO L BC D FGHIJKNORTEUVWYZ KEYWORDABCFGHIJL MN P STUVXZ
Usando el ejemplo de dos cuadrados verticales dado anteriormente, podemos cifrar el siguiente texto sin formato:
Texto sin formato: he lp me ob iw an ke no biTexto cifrado: EH DL XW SD JY NA HO TK DG
Aquí se vuelve a escribir el mismo cuadro de dos cuadrados, pero en blanco todos los valores que no se utilizan para cifrar el dígrafo "LP" en "DL".
- - - - - L - - D -- - - - -- - - - -- - - - - - - - - -- - - - -- - - - -L - - P -- - - - -
La regla del rectángulo utilizada para cifrar y descifrar se puede ver claramente en este diagrama. El método de descifrado es idéntico al método de cifrado.
Al igual que Playfair (y a diferencia de los cuatro cuadrados), existen circunstancias especiales en las que las dos letras de un dígrafo están en la misma columna para dos cuadrados verticales o en la misma fila para dos cuadrados horizontales. Para dos cuadrados verticales, un dígrafo de texto plano que termina con ambos caracteres en la misma columna da el mismo dígrafo en el texto cifrado. Para dos cuadrados horizontales, un dígrafo de texto plano con ambos caracteres en la misma fila da (por convención) ese dígrafo con los caracteres invertidos en el texto cifrado. En criptografía, esto se conoce como transparencia. (La versión horizontal a veces se denomina transparencia inversa). Observe en el ejemplo anterior cómo los dígrafos "HE" y "AN" se asignan a sí mismos. Una debilidad de dos cuadrados es que aproximadamente el 20% de los dígrafos serán transparencias.
EJEMPLOLBCDFG H IJKNORTEUVWYZ K E YWORDABCFGHIJLMNPSTUVXZ
Criptoanálisis de dos cuadrados
Como la mayoría de los cifrados de la era premoderna, el cifrado de dos 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 dígrafos (pares de letras) y la frecuencia conocida de aparición de dígrafos en el idioma supuesto del mensaje original.
El criptoanálisis de dos cuadrados casi siempre gira en torno a la debilidad de la transparencia. Dependiendo de si se usó dos cuadrados verticales u horizontales, el texto cifrado o el reverso del texto cifrado debería mostrar un número significativo de fragmentos de texto plano. En una muestra de texto cifrado suficientemente grande, es probable que haya varios dígrafos transparentes seguidos, revelando posibles fragmentos de palabras. A partir de estos fragmentos de palabras, el analista puede generar cadenas de texto sin formato candidatas y trabajar hacia atrás hasta la palabra clave.
Se puede encontrar un buen tutorial sobre la reconstrucción de la clave para un cifrado de dos cuadrados en el capítulo 7, "Solución a los sistemas de sustitución poligráfica", del Manual de campo 34-40-2 , elaborado por el Ejército de los Estados Unidos.
Referencias
- ^ "TICOM I-20 interrogatorio de SonderFuehrer Dr. Fricke de OKW / CHI" . sites.google.com . NSA. 28 de junio de 1945. p. 2 . Consultado el 29 de agosto de 2016 .
- ^ Traité élémentaire de cryptographie . 1902. págs. 80–81 . Consultado el 7 de diciembre de 2019 .
- ^ Friedman, William F. (1931). Criptografía militar avanzada (PDF) . Director de señales . Consultado el 7 de diciembre de 2019 .
- ^ Callimahos, Lambros D. (1965). "Enciclopedia de Collier" . Consultado el 7 de diciembre de 2019 .
- ^ Maquiavelo (Mccready, Warren Thomas) (1972). "El cifrado de dos cuadrados". The Cryptogram (noviembre-diciembre de 1972): 152-153.
- ^ Asociación Estadounidense de Criptogramas. "Tipos de cifrado" . Consultado el 7 de diciembre de 2019 .
- ^ Currer-Briggs, Noel (1987). "Algunos de los pobres parientes de ultra en Argelia, Túnez, Sicilia e Italia". Inteligencia y Seguridad Nacional . 2 (2): 274–290. doi : 10.1080 / 02684528708431890 .
- ^ Fundación Educativa WGBH. "El cifrado doble de Playfair" . 2000.
- ^ Noel Currer-Briggs. "Las malas relaciones del ejército Ultra", una sección de Francis Harry Hinsley, Alan Stripp. "Codebreakers: la historia interior de Bletchley Park" . 2001. p. 211
- ^ Schick, Joseph S. (1987). "Con el 849º SIS, 1942-45". Cryptologia . 11 (1): 29–39. doi : 10.1080 / 0161-118791861767 .
- ^ David, Charles (1996). "Un cifrado de campo del ejército alemán de la Segunda Guerra Mundial y cómo lo rompimos". Cryptologia . 20 (1): 55–76. doi : 10.1080 / 0161-118791861767 .
- ^ Bowers, William Maxwell (1959). Sustitución digráfica: el cifrado de Playfair, el cifrado de cuatro cuadrados . Asociación Estadounidense de Criptogramas. pag. 25.
Ver también
- Temas de criptografía
- Cifrado de Playfair