Cifrado caótico

El Chaocipher ^[1] es un método de cifrado inventado por John Francis Byrne en 1918 y descrito en su autobiografía Silent Years de 1953. ^[2] Creía que el Chaocipher era simple, pero irrompible . Byrne afirmó que la máquina que usaba para cifrar sus mensajes podía caber en una caja de puros . Ofreció recompensas en efectivo para quien pudiera resolverlo.

Byrne intentó sin éxito que el Cuerpo de Señales y la Armada de los Estados Unidos se interesaran por su sistema. Aunque numerosos estudiantes de criptoanálisis clásico intentaron resolver los mensajes de desafío a lo largo de los años, ninguno lo logró. Durante 90 años, el algoritmo Chaocipher fue un secreto celosamente guardado que solo conocían un puñado de personas.

En mayo de 2010, la nuera de Byrne, Patricia Byrne , donó todos los documentos y artefactos relacionados con Chaocipher ^[3] al Museo Criptológico Nacional en Ft. Meade, Maryland, EE. UU. Esto condujo a la divulgación del algoritmo Chaocipher. ^[4]

En la encarnación de Chaocipher de Byrne, el sistema consta de dos discos, denominados discos izquierdo y derecho, cada uno con 26 pestañas extraíbles de igual tamaño alrededor de su periferia. Estas pestañas extraíbles contienen las 26 letras del alfabeto (es decir, de la A a la Z) en un orden preestablecido. En la circunferencia de cada disco hay pernos que permiten que los dos discos se "enganchen" o se entrelacen. Cuando se enganchan, al girar un disco en una dirección (por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj) hará que la otra rueda gire en la dirección opuesta (por ejemplo, en el sentido contrario a las agujas del reloj). Las pestañas son extraíbles, lo que significa que se puede quitar una pestaña de la periferia, mover otro bloque de pestañas y la pestaña extraída insertar en un espacio vacío en la periferia.

En cualquier momento, los discos pueden acoplarse entre sí de modo que al mover uno de ellos se mueva el otro en la dirección opuesta. De manera similar, los discos acoplados pueden desacoplarse, momento en el que se puede girar un disco sin mover el otro. El acoplamiento y desacoplamiento se podría realizar colocando una palanca en una de dos posiciones.

Los dos discos mencionados anteriormente se asientan sobre una plataforma formada por dos husillos.

En la plataforma que rodea cada disco hay dos marcas conocidas como "cenit" y "nadir". El cenit puede considerarse como las 12 en punto en un reloj analógico, mientras que el nadir es las 6 en punto.

En su forma clásica, el sistema Chaocipher consta de dos alfabetos: el alfabeto del lado derecho se utiliza para localizar la letra del texto simple, mientras que el otro alfabeto ("izquierdo") se utiliza para leer la letra del texto cifrado correspondiente. El algoritmo subyacente está relacionado con el concepto de sustitución dinámica ^[5], por el cual los dos alfabetos se modifican ligeramente después de que se cifra cada letra del texto simple de entrada. Esto conduce a alfabetos no lineales y muy difusos a medida que avanza el cifrado.

Descifrar es idéntico a cifrar, con la letra del texto cifrado ubicada en el alfabeto "izquierdo" mientras que la letra del texto simple correspondiente se lee desde el alfabeto "derecho".

Está disponible una descripción detallada del algoritmo Chaocipher ^[4], así como debates sobre los textos claros descifrados ^[6] y la solución al desafío de Byrne. ^[7]

Dados los discos izquierdo y derecho, el cifrado de un carácter de texto simple consta de cinco pasos:

1. Verifique que los discos izquierdo y derecho estén acoplados.
2. Gire el disco plano (derecho), llevando la letra de texto plano deseada a la posición del cenit.
3. Lea la letra del texto cifrado correspondiente en la posición cenital en el disco de cifrado (izquierda).
4. Permutar el disco izquierdo.
5. Permutar el disco derecho.

Estos cinco pasos se realizan de forma continua hasta que se agota la entrada de texto simple. Para ilustrar el proceso, cifraremos la primera letra de texto simple de la Prueba 1 de Byrne utilizando los mismos alfabetos y la misma configuración de disco que utilizó, como se muestra en la Figura 1.

Supongamos que queremos cifrar la letra "A". Ubique "A" en la periferia del disco de texto simple (derecha). Puede ver la letra de texto simple resaltada en la Figura 2.

Mientras los discos están acoplados, gire el disco derecho para llevar la letra "A" en texto simple al cenit (Figura 3). Observe cómo el disco izquierdo (cifrado) gira respectivamente en la dirección opuesta.

La letra en la posición cenital en el disco de cifrado (izquierda) es nuestra letra de texto cifrado (es decir, 'C').

En este punto hemos completado el cifrado de una letra de texto simple en texto cifrado, es decir, 'A' (pt) se cifró en 'C' (ct).

Consulte la siguiente sección para obtener instrucciones sobre cómo realizar la permutación única de Chaocipher de los dos discos como preparación para cifrar la siguiente letra de texto simple.

Ahora que se conocen la letra de texto simple y su letra de texto cifrado correspondiente, proceda a permutar los alfabetos en ambos discos como preparación para cifrar la siguiente letra de texto simple.

La permutación del alfabeto de la rueda izquierda implica los siguientes pasos generales (Figura 4):

1. Extraiga físicamente la pestaña de letras que se encuentra en la posición cenit-1 (es decir, una posición en sentido antihorario más allá del cenit) sacándola del alfabeto del disco, dejando temporalmente un 'agujero' sin llenar.
2. Desplace todas las pestañas de las letras en las posiciones cenit-2 (avanzando en sentido antihorario) hacia abajo hasta el nadir inclusive (cenit-13), moviéndolas al unísono una posición en el sentido de las agujas del reloj. Esto cerrará el "agujero" actual y dejará un nuevo "agujero" en la posición del nadir.
3. Inserte la pestaña de letra previamente extraída en la posición nadir vacía.

Antes de realizar el paso de permutación, el disco izquierdo debe verse como el diagrama de la Figura 4a.

Realizando el paso (1), extraiga la letra en la posición cenit-1 (es decir, "P") dejando un 'agujero' momentáneo en esa posición (Figura 4b).

Para el paso (2) desplace todas las letras en la secuencia en sentido antihorario comenzando con el cenit-2 ("E") hasta el nadir ("O") inclusive, moviendo la secuencia ("EDQRSTIXYLMO") como un bloque completo una posición en el sentido de las agujas del reloj (Figura 4c).

En el paso final (3), inserte la letra extraída ("P") nuevamente en el alfabeto en la posición nadir. La izquierda ahora está permutada y debería verse como la Figura 4d.

La permutación del disco derecho es similar a la del disco izquierdo, con pequeñas pero significativas diferencias. Consiste en los siguientes pasos generales (Figura 5):

1. Desconecte los dos discos, gire el disco derecho una posición en sentido antihorario (es decir, la letra actual en el cenit debe girar a la posición cenit-1) y vuelva a conectar los dos discos.
2. Extraiga físicamente la pestaña de letras que ahora se encuentra en la posición cenit+2 (es decir, dos posiciones en el sentido de las agujas del reloj después del cenit) sacándola del alfabeto del disco, dejando un 'agujero' temporalmente sin llenar.
3. Desplazar todas las pestañas de las letras en las posiciones cenit+3 hacia abajo hasta el nadir inclusive (cenit+13), deslizándolas al unísono una posición en sentido contrario a las agujas del reloj. Esto cerrará el "agujero" actual y dejará un nuevo "agujero" en la posición del nadir.
4. Inserte la pestaña de letra previamente extraída en la posición nadir vacía.

Realicemos los pasos anteriores en el disco derecho utilizando nuestro ejemplo. El disco derecho debería verse como el diagrama de la Figura 5a. En esta configuración, la letra en el cenit es "A".

En el paso (1), primero desacople los dos discos. Esto permite girar el disco derecho (ver el siguiente paso) sin mover el disco izquierdo. A continuación, gire el disco una posición en sentido contrario a las agujas del reloj, moviendo la letra "Y" a la posición del cenit (Figura 5b). Por último, vuelva a acoplar los dos discos.

En el paso (2) extraiga la pestaña de la letra en la posición cenit+2 ('N') del disco, dejando temporalmente un 'agujero' (Figura 5c).

En el paso (3), deslice las once pestañas de letras desde el cenit+3 hasta el cenit+13 (es decir, 'BQDSEFGHLWI') una posición en sentido contrario a las agujas del reloj. Esto cierra el 'agujero' en el cenit-2 y abre un nuevo 'agujero' en el nadir (Figura 5d).

Para el paso final (4), inserte la pestaña de la letra extraída anteriormente ("N") nuevamente en el disco en la posición del nadir. Esto completa la permutación del disco derecho, que ahora debería verse como en la Figura 5e.

Al volver a activar los discos se prepara el sistema para cifrar la siguiente letra de texto sin formato (Figura 6).

El descifrado de un mensaje cifrado con Chaocipher es idéntico a los pasos que se utilizan para cifrarlo. La única diferencia es que el descifrador localiza la letra del texto cifrado conocido en el disco izquierdo (cifrado) y lee la letra del texto simple del disco derecho (simple). La permutación del disco izquierdo/derecho es idéntica en el cifrado y el descifrado.

Henry E. Langen, ^[8] editor del boletín de la American Cryptogram Association, The Cryptogram, entre 1952 y 1956, dijo: "Explicó que la máquina está compuesta de manera similar a una máquina de escribir con dos discos giratorios con los alfabetos dispuestos a lo largo de la periferia en un completo desorden [...] Con solo dos discos utilizados, estoy un poco confundido en cuanto a cómo esto puede resultar en una caotización tan absoluta del mensaje de texto simple". ^[9]

Aunque John F. Byrne presentó mensajes de desafío de Chaocipher en su autobiografía "Silent Years", nunca describió cómo funcionaba el sistema. Cualquiera que abordara los mensajes de desafío tenía que hacerlo sin ningún conocimiento del sistema.

Hasta 2010, al menos tres personas sabían cómo funcionaba: el hijo de Byrne, John, y dos de los editores de Cryptologia a quienes John les confió el método subyacente en 1990 (es decir, Lou Kruh y Cipher Deavours). ^[10]

En agosto de 2009, Moshe Rubin localizó a la nuera de Byrne, Patricia Byrne (de soltera Neway), quien, en mayo de 2010, donó los artefactos y documentos de Chaocipher de su suegro al Museo Criptológico Nacional. ^[11]

• El Chaocipher de John F. Byrne revelado: una evaluación histórica y técnica por Moshe Rubin, Cryptologia, volumen 35, número 4, octubre de 2011
• Descifrando las pruebas 2 y 3 de Chaocipher, por Esa Peuha (PDF). Recuperado el 23 de abril de 2014.
• Anexo 5 de Chaocipher: Historia, análisis y solución del desafío de 1990 de Cryptologia por Jeff Calof, Jeff Hill y Moshe Rubin, Cryptologia, volumen 38, número 1, enero de 2014, páginas 1 a 25

• The Chaocipher Clearing House: recursos básicos y análisis para trabajar con el Chaocipher
• El Foro de Criptomonedas - Discusión y análisis del Chaocipher
• Descifrando Chaocipher: una descripción visual de cómo funciona Chaocipher y una explicación de cómo descifrarlo Anexo 1
• Cifras interesantes y métodos informáticos para resolverlas: una revisión de Chaocipher.
• Códigos y cifras famosas sin resolver: sitio de Elonka Dunin dedicado a códigos y cifras sin resolver, incluido Chaocipher. Consultado el 23 de abril de 2014