Cifrar

En criptografía , un cifrado (o encriptación ) es un algoritmo para encriptar o desencriptar : una serie de pasos bien definidos que se siguen como procedimiento. Un término alternativo, menos común, es encriptación . Encriptar o codificar consiste en convertir información en cifrado o código. En el lenguaje común, "cifrado" es sinónimo de " código ", ya que ambos son un conjunto de pasos para encriptar un mensaje; sin embargo, en criptografía, especialmente en criptografía clásica , los conceptos son distintos .

Los códigos generalmente sustituyen cadenas de caracteres de distinta longitud en la salida, mientras que los cifrados generalmente sustituyen la misma cantidad de caracteres que la entrada. Un código asocia un significado con otro. Las palabras y frases pueden codificarse como letras o números. Los códigos suelen tener un significado directo entre la entrada y la clave. Su función principal es ahorrar tiempo. Los cifrados son algorítmicos. La entrada proporcionada debe seguir el proceso del cifrado para ser resuelta. Los cifrados se utilizan comúnmente para encriptar información escrita.

Los códigos funcionaban mediante la sustitución de caracteres según un extenso libro de códigos que vinculaba una cadena aleatoria de caracteres o números con una palabra o frase. Por ejemplo, "UQJHSE" podría ser el código para "Proceder a las siguientes coordenadas". Al usar un cifrado, la información original se conoce como texto plano y la forma cifrada como texto cifrado . El mensaje cifrado contiene toda la información del mensaje plano, pero no está en un formato legible por una persona o una computadora sin el mecanismo adecuado para descifrarlo.

El funcionamiento de un cifrador suele depender de una información auxiliar, denominada clave (o, en la jerga tradicional de la NSA , criptovariable ). El procedimiento de cifrado varía según la clave, lo que modifica el funcionamiento del algoritmo. Es necesario seleccionar una clave antes de utilizar un cifrador para encriptar un mensaje, con algunas excepciones como ROT13 y Atbash .

La mayoría de los cifrados modernos se pueden clasificar de varias maneras:

• Según funcionen con bloques de símbolos, generalmente de tamaño fijo ( cifrados de bloques ), o con un flujo continuo de símbolos ( cifrados de flujo ).
• Según se utilice la misma clave para el cifrado y el descifrado ( algoritmos de clave simétrica ), o una clave diferente para cada operación ( algoritmos de clave asimétrica ). Si el algoritmo es simétrico, la clave debe ser conocida únicamente por el remitente y el destinatario. Si el algoritmo es asimétrico, la clave de cifrado es diferente de la clave de descifrado, pero está estrechamente relacionada con ella. Si una clave no puede deducirse de la otra, el algoritmo de clave asimétrica posee la propiedad de clave pública/privada, y una de las claves puede hacerse pública sin perder la confidencialidad.

Originaria de la palabra sánscrita para cero, शून्य (śuṇya), a través de la palabra árabe صفر (ṣifr), la palabra "cifra" se extendió a Europa como parte del sistema de numeración arábigo durante la Edad Media. El sistema de numeración romano carecía del concepto de cero , lo que limitó los avances en matemáticas. En esta transición, la palabra fue adoptada en el latín medieval como cifra, y luego en el francés medio como cifre. Esto finalmente condujo a la palabra inglesa cipher (también escrita cypher ). Una teoría sobre cómo el término llegó a referirse a la codificación es que el concepto de cero resultaba confuso para los europeos, por lo que el término pasó a referirse a un mensaje o comunicación que no era fácilmente comprensible. ^{[ 1 ]}

Posteriormente, el término cifrado también se utilizó para referirse a cualquier dígito arábigo o a cálculos realizados con ellos, por lo que codificar texto en forma de números arábigos es, literalmente, convertir el texto en "cifras".

En contextos informales, los términos «código» y «cifrado» suelen usarse indistintamente; sin embargo, en el plano técnico, se refieren a conceptos diferentes. Los códigos contienen significado: se asignan palabras y frases a números o símbolos, creando así un mensaje más breve.

Un ejemplo de ello es el código telegráfico comercial , que se utilizaba para acortar los mensajes telegráficos largos resultantes de la celebración de contratos comerciales mediante el intercambio de telegramas .

Otro ejemplo lo proporcionan los cifrados de palabras completas, que permiten al usuario reemplazar una palabra entera con un símbolo o carácter, de forma similar a como el japonés escrito utiliza caracteres kanji (caracteres chinos en japonés) para complementar los caracteres japoneses nativos que representan sílabas. Un ejemplo con el idioma inglés y kanji sería reemplazar "The quick brown fox jumps over the lazy dog" por "The quick brown 狐 jumps 上 the lazy 犬". Los taquígrafos a veces utilizan símbolos específicos para abreviar palabras completas.

Por otro lado, los cifrados operan a un nivel inferior: el de las letras individuales, pequeños grupos de letras o, en los sistemas modernos, bits individuales y bloques de bits. Algunos sistemas combinaban códigos y cifrados, utilizando supercifrado para aumentar la seguridad. En algunos casos, los términos códigos y cifrados se usan como sinónimos de sustitución y transposición , respectivamente.

Históricamente, la criptografía se dividía en una dicotomía de códigos y cifrados, mientras que la codificación tenía su propia terminología análoga a la de los cifrados: " codificación " , "texto cifrado" , " decodificación ", etc.

Sin embargo, los códigos presentan varios inconvenientes, como su vulnerabilidad al criptoanálisis y la dificultad de gestionar un engorroso libro de códigos . Por ello, los códigos han caído en desuso en la criptografía moderna, y los cifrados son la técnica predominante.

Existen diversos tipos de cifrado. Los algoritmos utilizados en los inicios de la criptografía difieren sustancialmente de los métodos modernos, y los cifrados modernos se pueden clasificar según su funcionamiento y si utilizan una o dos claves.

Histórico

El cifrado César es uno de los sistemas criptográficos más antiguos que se conocen. Julio César utilizó un cifrado que desplaza las letras del alfabeto tres posiciones y coloca las restantes al principio para escribirle a Marco Tulio Cicerón alrededor del año 50 a. C. ^{[ 2 ]}

Los cifrados históricos con pluma y papel utilizados en el pasado se conocen a veces como cifrados clásicos . Incluyen cifrados de sustitución simples (como ROT13 ) y cifrados de transposición (como el Cifrado de Valla ). Por ejemplo, "GOOD DOG" se puede cifrar como "PLLX XLP", donde "L" sustituye a "O", "P" a "G" y "X" a "D" en el mensaje. La transposición de las letras "GOOD DOG" puede dar como resultado "DGOGDOO". Estos cifrados simples y sus ejemplos son fáciles de descifrar, incluso sin pares de texto plano-texto cifrado. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

En la década de 1640, el comandante parlamentario Edward Montagu, segundo conde de Manchester , desarrolló cifrados para enviar mensajes codificados a sus aliados durante la Guerra Civil Inglesa . ^{[ 5 ]} El teólogo inglés John Wilkins publicó en 1641 un libro titulado «Mercurio, o el mensajero secreto y veloz» y describió un cifrado musical en el que las letras del alfabeto se sustituían por notas musicales. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Este tipo de cifrado melódico fue descrito con mayor detalle por el autor Abraham Rees en su libro Cyclopædia (1778). ^{[ 8 ]}

Los cifrados simples fueron reemplazados por cifrados de sustitución polialfabética (como el de Vigenère ) que cambiaban el alfabeto de sustitución para cada letra. Por ejemplo, "GOOD DOG" se puede cifrar como "PLSX TWF", donde "L", "S" y "W" sustituyen a "O". Incluso con una pequeña cantidad de texto plano conocido o estimado, los cifrados de sustitución polialfabética simples y los cifrados de transposición de letras diseñados para el cifrado con lápiz y papel son fáciles de descifrar. ^{[ 9 ]} Es posible crear un cifrado seguro con lápiz y papel basado en una libreta de un solo uso , pero estos tienen otras desventajas.

A principios del siglo XX, se inventaron máquinas electromecánicas para realizar cifrado y descifrado mediante transposición, sustitución polialfabética y una especie de sustitución aditiva. En las máquinas de rotor , varios discos proporcionaban la sustitución polialfabética, mientras que los paneles de conexiones ofrecían otra sustitución. Las claves se cambiaban fácilmente modificando los discos del rotor y los cables del panel de conexiones. Si bien estos métodos de cifrado eran más complejos que los esquemas anteriores y requerían máquinas para cifrar y descifrar, se inventaron otras máquinas, como la Bombe británica , para descifrarlos.

En un ataque puramente matemático (es decir, sin ninguna otra información que ayude a descifrar el código), dos factores son cruciales:

• Potencia de cálculo disponible, es decir, la capacidad de procesamiento que se puede aplicar al problema. El rendimiento/capacidad promedio de una sola computadora no es el único factor a considerar. Un atacante puede usar varias computadoras a la vez, por ejemplo, para aumentar sustancialmente la velocidad de la búsqueda exhaustiva de una clave (es decir, un ataque de fuerza bruta).
• Tamaño de la clave , es decir, el tamaño de la clave utilizada para cifrar un mensaje. A medida que aumenta el tamaño de la clave, también lo hace la complejidad de la búsqueda exhaustiva, hasta el punto de que resulta impracticable descifrar el cifrado directamente.

Dado que el efecto deseado es la dificultad computacional, en teoría se elegiría un algoritmo y el nivel de dificultad deseado, y así se decidiría la longitud de la clave en consecuencia.

Claude Shannon demostró, utilizando consideraciones de la teoría de la información, que cualquier cifrado teóricamente irrompible debe tener claves que sean al menos tan largas como el texto plano y que se utilicen solo una vez: una libreta de un solo uso . ^{[ 10 ]}

• cifrado de clave automática
• Codificación de portada
• Software de cifrado
• Lista de textos cifrados
• Cifrado de la cárcel
• Esteganografía
• Código telegráfico

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• Museo del Cifrado : sitio educativo con demostraciones interactivas de cifrado y herramientas de criptoanálisis.
• Identificador de cifrado : herramienta gratuita para identificar automáticamente qué cifrado clásico se utilizó para encriptar un texto determinado.
• Cifrado de Kish