cifrado de cuatro cuadrados

El cifrado de cuatro cuadrados es una técnica de cifrado simétrico manual . ^{[ 1 ]} Fue inventado por el criptógrafo francés Felix Delastelle .

Esta técnica cifra pares de letras ( dígrafos ) y pertenece a la categoría de cifrados de sustitución poligráfica . Esto aumenta significativamente la seguridad del cifrado en comparación con los cifrados de sustitución monográfica , que operan con caracteres individuales. El uso de dígrafos reduce la susceptibilidad de la técnica de cuatro cuadrados a los ataques de análisis de frecuencia , ya que este análisis debe realizarse sobre 676 dígrafos posibles, en lugar de solo 26 como en el caso de la sustitución monográfica. Si bien el análisis de frecuencia de dígrafos es posible, resulta considerablemente más difícil y, por lo general, requiere un texto cifrado mucho más extenso para ser útil.

El cifrado de cuatro cuadrados utiliza cuatro matrices de 5x5 dispuestas en un cuadrado. Cada matriz contiene las letras del alfabeto (generalmente omitiendo la "Q" o colocando la "I" y la "J" en la misma posición para reducir el alfabeto y 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 del texto cifrado, primero se rellenan los espacios de la matriz con las letras de una palabra clave o frase (eliminando las letras repetidas), y luego se rellenan los espacios restantes con el resto de las letras del alfabeto en orden (omitiendo la "Q" para reducir el alfabeto al tamaño de la matriz). La clave se puede escribir en las filas superiores de la tabla, de izquierda a derecha, o siguiendo algún otro patrón, como una espiral que comience en la esquina superior izquierda y termine en el centro. La palabra clave, junto con las convenciones para rellenar la tabla de 5x5, constituye la clave de cifrado. El algoritmo de cuatro cuadrados permite dos claves distintas, una para cada una de las dos matrices de texto cifrado.

Como ejemplo, aquí están las matrices de cuatro cuadrados para las palabras clave "example" y "keyword". Las matrices de texto plano están en minúsculas y las matrices de texto cifrado en mayúsculas para que este ejemplo sea visualmente más sencillo:

Ejemplo de abcde fghij LBCDF klmno GHIJK prstu NORST vwxyz UVWYZ   KEYWO abcde RDABC fghij FGHIJ klmno LMNPS prstu TUVXZ vwxyz

Para cifrar un mensaje, se deben seguir estos pasos:

• Divide el mensaje de carga útil en dígrafos. ( HELLO WORLD se convierte en HELL OW OR LD )
• Encuentra la primera letra del dígrafo en la matriz de texto plano superior izquierda.

Ejemplo de abcde fg h ij LBCDF klmno GHIJK prstu NORST vwxyz UVWYZ   KEYWO abcde RDABC fghij FGHIJ klmno LMNPS prstu TUVXZ vwxyz

• Encuentra la segunda letra del dígrafo en la matriz de texto plano inferior derecha.

Ejemplo de abcde fg h ij LBCDF klmno GHIJK prstu NORST vwxyz UVWYZ   KEYWO abcd e RDABC fghij FGHIJ klmno LMNPS prstu TUVXZ vwxyz

• La primera letra del dígrafo cifrado se encuentra en la misma fila que la primera letra del texto original y en la misma columna que la segunda letra del texto original. Por lo tanto, se ubica en la parte superior derecha de la matriz de cifrado.

Ejemplo de abcde fg h ij LBCD F klmno GHIJK prstu NORST vwxyz UVWYZ   KEYWO abcd e RDABC fghij FGHIJ klmno LMNPS prstu TUVXZ vwxyz

• La segunda letra del dígrafo cifrado se encuentra en la misma fila que la segunda letra del texto original y en la misma columna que la primera letra del texto original. Por lo tanto, se ubica en la matriz de texto cifrado inferior izquierda.

Ejemplo de abcde fg h ij LBCD F klmno GHIJK prstu NORST vwxyz UVWYZ   KEY WO abcd e RDABC fghij FGHIJ klmno LMNPS prstu TUVXZ vwxyz

Utilizando el ejemplo de cuatro cuadrados dado anteriormente, podemos cifrar el siguiente texto plano:

Texto sin formato: ayúdame a ob iw an ke no bi Texto cifrado: FY GM KY HO BX MF KK KI MD

Aquí está el cuadrilátero escrito de nuevo, pero borrando todos los valores que no se utilizan para cifrar el primer dígrafo "he" en "FY".

- - - - - - - - - - - - h - - - - - - F - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -   - - S.M - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Como se puede apreciar claramente, el método de cifrado consiste simplemente en encontrar las otras dos esquinas de un rectángulo definido por las dos letras del dígrafo original. El dígrafo cifrado son simplemente las letras que se encuentran en las otras dos esquinas, con la letra superior derecha en primer lugar.

El descifrado funciona de la misma manera, pero a la inversa. El dígrafo del texto cifrado se divide: el primer carácter se coloca en la matriz superior derecha y el segundo en la matriz inferior izquierda. A continuación, se localizan las demás esquinas del rectángulo. Estas representan el dígrafo del texto plano, con el componente de la matriz superior izquierda en primer lugar.

Como la mayoría de los cifrados de la era premoderna, el cifrado de cuatro cuadrados se puede descifrar fácilmente si se dispone de suficiente texto. Obtener la clave es relativamente sencillo si se conocen tanto el texto original como el cifrado. Cuando solo se conoce el texto cifrado, el criptoanálisis por fuerza bruta consiste en buscar en el espacio de claves coincidencias entre la frecuencia de aparición de digramas (pares de letras) y la frecuencia de aparición conocida de digramas en el idioma supuesto del mensaje original.

El criptoanálisis de cuatro cuadrados generalmente implica la comparación de patrones en monografías repetidas. Esto solo ocurre cuando se conocen las dos matrices de texto plano. Un cifrado de cuatro cuadrados suele usar alfabetos estándar en estas matrices, pero no es un requisito. Si se dan estas condiciones, ciertas palabras siempre producirán repeticiones de una sola letra en el texto cifrado. Por ejemplo, la palabra MI LI TA RY siempre producirá la misma letra en la primera y tercera posición, independientemente de las palabras clave utilizadas. Estos patrones se pueden catalogar y comparar con las repeticiones de una sola letra en el texto cifrado. Posteriormente, se puede insertar un texto plano candidato para intentar descubrir las matrices de texto cifrado.

A diferencia del cifrado Playfair , el cifrado de cuatro cuadrados no muestra dígrafos de texto cifrado invertidos para dígrafos de texto plano invertidos (por ejemplo, los dígrafos AB BA se cifrarían como un 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 robusto es el hecho de que los dígrafos de dos letras aparecerán en el texto cifrado de cuatro cuadrados.

En general, Foursquare es un sistema de cifrado de información más robusto que Playfair. Sin embargo, resulta más engorroso debido al uso de dos claves, y la preparación de la hoja de cifrado/descifrado puede ser laboriosa. Dado que la mejora en la seguridad del cifrado que ofrece Foursquare con respecto a Playfair es mínima y que ambos sistemas se descifran fácilmente si se dispone de suficiente texto cifrado, Playfair se ha vuelto mucho más común.

Un buen tutorial sobre cómo reconstruir la clave para un cifrado de cuatro cuadrados se puede encontrar en el capítulo 7, "Solución a sistemas de sustitución poligráfica", del Manual de Campo 34-40-2 , producido por el Ejército de los Estados Unidos.

• Temas de criptografía