Hispanopedia Wiki
En criptografía , una máquina de rotor es un dispositivo de cifrado electromecánico que se utiliza para cifrar y descifrar mensajes. Las máquinas de rotor representaron la tecnología criptográfica más avanzada durante gran parte del siglo XX; su uso se generalizó desde la década de 1920 hasta la de 1970. El ejemplo más famoso es la máquina Enigma alemana , cuyo resultado fue descifrado por los Aliados durante la Segunda Guerra Mundial, generando información de inteligencia con el nombre en clave Ultra .
Descripción
El componente principal de una máquina de rotores es un conjunto de rotores , también llamados ruedas o tambores , que son discos giratorios con una matriz de contactos eléctricos a cada lado. El cableado entre los contactos implementa una sustitución fija de letras, reemplazándolas de forma compleja. Por sí solo, esto ofrecería poca seguridad; sin embargo, antes o después de cifrar cada letra, los rotores avanzan de posición, modificando la sustitución. De esta manera, una máquina de rotores produce un cifrado de sustitución polialfabético complejo , que cambia con cada pulsación de tecla.
Fondo
En la criptografía clásica , uno de los primeros métodos de cifrado fue el cifrado de sustitución simple , donde las letras de un mensaje se reemplazaban sistemáticamente utilizando algún esquema secreto. [ 1 ] : 71 Los cifrados de sustitución monoalfabéticos utilizaban un único esquema de reemplazo , a veces denominado "alfabeto"; este podía romperse fácilmente, por ejemplo, mediante análisis de frecuencia . Algo más seguros eran los esquemas que involucraban múltiples alfabetos, los cifrados polialfabéticos . Debido a que estos esquemas se implementaban manualmente, solo se podía usar un puñado de alfabetos diferentes; cualquier cosa más compleja sería impracticable. Sin embargo, usar solo unos pocos alfabetos dejaba los cifrados vulnerables a los ataques. La invención de las máquinas de rotor mecanizó el cifrado polialfabético, proporcionando una forma práctica de usar un número mucho mayor de alfabetos.
La técnica criptoanalítica más antigua fue el análisis de frecuencia , en el que se podían usar patrones de letras únicos para cada idioma para descubrir información sobre el alfabeto o alfabetos de sustitución utilizados en un cifrado de sustitución monoalfabético . [ 1 ] : 99-105 Por ejemplo, en inglés, las letras del texto plano E, T, A, O, I, N y S, suelen ser fáciles de identificar en el texto cifrado basándose en que, al ser muy frecuentes, sus letras correspondientes en el texto cifrado también lo serán. Además, las combinaciones de bigramas como NG, ST y otras también son muy frecuentes, mientras que otras son realmente raras (Q seguida de cualquier cosa que no sea U, por ejemplo). El análisis de frecuencia más simple se basa en que una letra del texto cifrado siempre se sustituya por una letra del texto plano en el cifrado: si este no es el caso, descifrar el mensaje es más difícil. Durante muchos años, los criptógrafos intentaron ocultar las frecuencias reveladoras usando varias sustituciones diferentes para letras comunes, pero esta técnica no pudo ocultar completamente los patrones en las sustituciones de las letras del texto plano. Este tipo de planes estaban siendo ampliamente desmantelados en el siglo XVI.
A mediados del siglo XV, Alberti inventó una nueva técnica , ahora conocida generalmente como cifrado polialfabético , que reconocía la ventaja de usar más de un alfabeto de sustitución; también inventó una técnica simple para "crear" una multitud de patrones de sustitución para usar en un mensaje. [ 1 ] : 125-130 Dos partes intercambiaban una pequeña cantidad de información (conocida como clave ) y la usaban para crear muchos alfabetos de sustitución, y así muchas sustituciones diferentes para cada letra del texto plano a lo largo de un solo texto plano. La idea es simple y efectiva, pero resultó más difícil de usar de lo que se podría haber esperado. Muchos cifrados eran solo implementaciones parciales del de Alberti, y por lo tanto fueron más fáciles de romper de lo que podrían haber sido (por ejemplo, el cifrado de Vigenère ).
No fue hasta la década de 1840 (Babbage) que se conoció alguna técnica capaz de descifrar de forma fiable los cifrados polialfabéticos. Su técnica también buscaba patrones repetitivos en el texto cifrado , que proporcionaban pistas sobre la longitud de la clave. Una vez conocida esta información, el mensaje se convertía esencialmente en una serie de mensajes, cada uno de la misma longitud que la clave, a los que se podía aplicar un análisis de frecuencia convencional. Charles Babbage , Friedrich Kasiski y William F. Friedman se encuentran entre quienes más contribuyeron al desarrollo de estas técnicas.
Los diseñadores de cifrados intentaron que los usuarios utilizaran una sustitución diferente para cada letra, pero esto generalmente implicaba una clave muy larga, lo cual presentaba varios problemas. Una clave larga requiere más tiempo para transmitirse (de forma segura) a quienes la necesitan, por lo que es más probable que se produzcan errores en su distribución. Además, muchos usuarios carecen de la paciencia necesaria para realizar evoluciones largas y perfectas letra por letra, y mucho menos bajo la presión del tiempo o el estrés del campo de batalla. El cifrado "definitivo" de este tipo sería aquel en el que una clave tan "larga" pudiera generarse a partir de un patrón simple (idealmente de forma automática), produciendo un cifrado con tantos alfabetos de sustitución que el conteo de frecuencias y los ataques estadísticos serían prácticamente imposibles. Enigma, y las máquinas de rotor en general, eran justo lo que se necesitaba, ya que eran altamente polialfabéticas, utilizando un alfabeto de sustitución diferente para cada letra del texto plano, y automáticas, sin requerir habilidades extraordinarias de sus usuarios. Sus mensajes eran, en general, mucho más difíciles de descifrar que los de cualquier cifrado anterior.
Mecanización
Es sencillo crear una máquina para realizar sustituciones simples. En un sistema eléctrico con 26 interruptores conectados a 26 bombillas, cualquiera de los interruptores encenderá una de las bombillas. Si cada interruptor se acciona mediante una tecla de una máquina de escribir y las bombillas están etiquetadas con letras, dicho sistema puede utilizarse para el cifrado eligiendo el cableado entre las teclas y la bombilla: por ejemplo, al teclear la letra A se encendería la bombilla etiquetada con la letra Q. Sin embargo, el cableado es fijo, lo que ofrece poca seguridad.
Las máquinas de rotor modifican el cableado de interconexión con cada pulsación de tecla. El cableado se encuentra dentro de un rotor y gira mediante un engranaje cada vez que se presiona una letra. Así, mientras que al presionar la A por primera vez se puede obtener una Q , al siguiente se puede obtener una J. Cada letra pulsada en el teclado incrementa la posición del rotor y genera una nueva sustitución, implementando un cifrado de sustitución polialfabético.
Dependiendo del tamaño del rotor, este sistema puede ser más seguro que los cifrados manuales, o no. Si el rotor tiene solo 26 posiciones, una por cada letra, todos los mensajes tendrán una clave (repetible) de 26 letras. Aunque la clave en sí (generalmente oculta en el cableado del rotor) podría ser desconocida, los métodos para atacar este tipo de cifrados no requieren esa información. Por lo tanto, si bien una máquina de un solo rotor es sin duda fácil de usar, no es más segura que cualquier otro sistema de cifrado polialfabético parcial.
Pero esto es fácil de corregir. Simplemente apila más rotores uno al lado del otro y enróllalos. Después de que el primer rotor gire "completamente", haz que el rotor contiguo gire una posición. Ahora tendrías que escribir 26 × 26 = 676 letras (del alfabeto latino ) antes de que la tecla se repita, y aun así solo necesitas comunicar una tecla de dos letras/números para configurarlo. Si una tecla de 676 caracteres no es suficiente, se puede añadir otro rotor, lo que resultará en un período de 17 576 caracteres.
Para que fueran tan fáciles de descifrar como de cifrar, algunas máquinas de rotor, sobre todo la máquina Enigma , incorporaban un algoritmo de clave simétrica , es decir, cifrar dos veces con la misma configuración recupera el mensaje original (véase involución ).
Historia
Invención
El concepto de máquina de rotor se les ocurrió a varios inventores de forma independiente y casi al mismo tiempo.
En 2003, se supo que los primeros inventores fueron dos oficiales navales holandeses , Theo A. van Hengel (1875–1939) y RPC Spengler (1875–1955) en 1915. [ 2 ] Anteriormente, la invención se había atribuido a cuatro inventores que trabajaron de forma independiente y casi al mismo tiempo: Edward Hebern , Arvid Damm , Hugo Koch y Arthur Scherbius . [ 3 ]
En Estados Unidos, Edward Hugh Hebern construyó una máquina de rotor único en 1917. Convencido de que se haría rico vendiendo dicho sistema al ejército, la Máquina de Rotor Hebern , produjo una serie de máquinas diferentes con entre uno y cinco rotores. Sin embargo, su éxito fue limitado y se declaró en bancarrota en la década de 1920. Vendió un pequeño número de máquinas a la Armada de los Estados Unidos en 1931.
En las máquinas de Hebern, los rotores podían abrirse y el cableado modificarse en cuestión de minutos, de modo que un único sistema de producción en masa podía venderse a varios usuarios, quienes a su vez generarían sus propias claves de rotor. El descifrado consistía en extraer el o los rotores y girarlos para invertir el circuito. Sin que Hebern lo supiera, William F. Friedman, del SIS del Ejército de los EE. UU., demostró rápidamente una falla en el sistema que permitía descifrar, con suficiente esfuerzo, los códigos generados por este y cualquier máquina con características de diseño similares.
Otro de los primeros inventores de máquinas de rotor fue el holandés Hugo Koch , quien patentó una máquina de rotor en 1919. Casi al mismo tiempo, en Suecia , Arvid Gerhard Damm inventó y patentó otro diseño de rotor. Sin embargo, la máquina de rotor se hizo famosa gracias a Arthur Scherbius , quien la patentó en 1918. Posteriormente, Scherbius diseñó y comercializó la máquina Enigma .
La máquina Enigma
El dispositivo de cifrado por rotor más conocido es la máquina Enigma alemana utilizada durante la Segunda Guerra Mundial, de la cual existieron varias variantes.
El modelo estándar de Enigma, Enigma I, utilizaba tres rotores. Al final de la pila de rotores había un disco adicional que no giraba, el "reflector", cableado de tal manera que la entrada se conectaba eléctricamente a otro contacto en el mismo lado y, por lo tanto, se "reflejaba" de vuelta a través de la pila de tres rotores para producir el texto cifrado .
En la mayoría de las máquinas de cifrado de rotores, la corriente eléctrica viajaba a través de los rotores y salía por el otro lado hacia las lámparas. En la Enigma, sin embargo, se reflejaba a través de los discos antes de llegar a las lámparas. La ventaja de esto era que no había que modificar la configuración para descifrar un mensaje; la máquina era simétrica.
El reflector de la Enigma garantizaba que ninguna letra pudiera cifrarse como sí misma, por lo que una A nunca podía volver a convertirse en otra A. Esto facilitó los esfuerzos polacos y, posteriormente, británicos para descifrar el código. ( Véase Criptoanálisis de la Enigma ).
Scherbius se asoció con un ingeniero mecánico llamado Ritter y fundaron Chiffriermaschinen AG en Berlín antes de presentar Enigma al público en Berna en 1923, y posteriormente, en 1924, en el Congreso Postal Mundial de Estocolmo . En 1927, Scherbius compró las patentes de Koch, y en 1928 añadieron un panel de conexiones , esencialmente un cuarto rotor no giratorio y recableable manualmente, en la parte frontal de la máquina. Tras la muerte de Scherbius en 1929, Willi Korn se hizo cargo del desarrollo técnico posterior de Enigma.
Al igual que otros intentos iniciales de desarrollar máquinas de rotor, Scherbius tuvo un éxito comercial limitado. Sin embargo, las fuerzas armadas alemanas, en parte como respuesta a las revelaciones de que sus códigos habían sido descifrados durante la Primera Guerra Mundial, adoptaron la Enigma para asegurar sus comunicaciones. La Reichsmarine la adoptó en 1926, y el Ejército alemán comenzó a utilizar una variante diferente alrededor de 1928.
La Enigma (en varias variantes) era la máquina de rotor que la empresa de Scherbius y su sucesora, Heimsoth & Reinke, suministraron al ejército alemán y a organismos como la organización de seguridad del partido nazi, el SD .
Los polacos descifraron la máquina Enigma del ejército alemán a partir de diciembre de 1932, poco después de su puesta en servicio. El 25 de julio de 1939, apenas cinco semanas antes de la invasión de Polonia por Hitler, la Oficina de Cifrado del Estado Mayor polaco compartió sus métodos y equipos de descifrado de Enigma con Francia y Gran Bretaña como contribución polaca a la defensa común contra la Alemania nazi. Dilly Knox ya había descifrado mensajes nacionalistas españoles en una máquina Enigma comercial en 1937 durante la Guerra Civil Española .
Unos meses más tarde, utilizando las técnicas polacas, los británicos comenzaron a descifrar los códigos Enigma en colaboración con criptólogos de la Oficina de Cifrado Polaca que habían escapado de Polonia, invadida por los alemanes, para llegar a París . Los polacos continuaron descifrando los códigos Enigma del ejército alemán, así como los de la Luftwaffe , hasta que la estación PC Bruno en Francia interrumpió el trabajo debido a la invasión alemana de mayo-junio de 1940.
Los británicos continuaron descifrando Enigma y, con la ayuda posterior de Estados Unidos, extendieron el trabajo al tráfico de Enigma de la Armada alemana (que los polacos ya habían estado descifrando antes de la guerra), sobre todo las comunicaciones entre submarinos alemanes y sus ocupantes durante la Batalla del Atlántico .
Varias máquinas
Durante la Segunda Guerra Mundial , tanto los alemanes como los aliados desarrollaron máquinas de rotor adicionales. Los alemanes utilizaron las máquinas Lorenz SZ 40/42 y Siemens y Halske T52 para cifrar el tráfico de teletipo que utilizaba el código Baudot ; este tráfico era conocido como Fish por los aliados. Los aliados desarrollaron la Typex (británica) y la SIGABA (estadounidense). Durante la guerra, los suizos comenzaron a desarrollar una mejora de la Enigma que se convirtió en la máquina NEMA , la cual entró en servicio después de la Segunda Guerra Mundial. Incluso existió una variante japonesa de la Enigma en la que los rotores estaban dispuestos horizontalmente; aparentemente, nunca se puso en servicio. La máquina japonesa PURPLE no era una máquina de rotor, sino que estaba construida alrededor de interruptores eléctricos de paso , pero era conceptualmente similar.
Las máquinas de rotores continuaron utilizándose incluso en la era digital. La KL-7 (ADONIS), una máquina de cifrado con 8 rotores, fue ampliamente utilizada por Estados Unidos y sus aliados desde la década de 1950 hasta la de 1980. El último mensaje canadiense cifrado con una KL-7 se envió el 30 de junio de 1983. La Unión Soviética y sus aliados utilizaron una máquina de 10 rotores llamada Fialka hasta bien entrada la década de 1970.
En 2002, Tatjana van Vark, residente en los Países Bajos, construyó una máquina de rotores única llamada Criptografía . Este singular dispositivo está inspirado en Enigma, pero utiliza rotores de 40 puntos, lo que permite escribir letras, números y algunos signos de puntuación; cada rotor contiene 509 piezas.
En el comando `crypt` , que formaba parte de los primeros sistemas operativos UNIX , se utilizaba una implementación de software que simulaba una máquina de rotores. Fue uno de los primeros programas informáticos en infringir las regulaciones de exportación estadounidenses , que clasificaban las implementaciones criptográficas como municiones.
Lista de máquinas de rotor
Referencias
- 1 2 3 Kahn, David (1996). Los descifradores de códigos (2.ª ed.). Scribner's . ISBN 0-684-83130-9.
- ↑ de Leeuw, Karl (2003-01-01). "LA INVENCIÓN HOLANDESA DE LA MÁQUINA DE ROTOR, 1915–1923" . Cryptologia . 27 (1): 73– 94. doi : 10.1080/0161-110391891775 .
- ↑ Bauer, Friedrich (1999-07-01). "Un error en la historia de los dispositivos de cifrado de rotor" . Cryptologia . 23 (3): 206– 210. doi : 10.1080/0161-119991887847 .
- Cipher A. Deavours, Louis Kruh, "Criptografía de máquinas y criptoanálisis moderno", Artech House, 1985. ISBN 0-89006-161-0.
Enlaces externos
- Sitio con imágenes de máquinas de cifrado, muchas de ellas máquinas de rotor.
- Fotografías de máquinas de rotor
- Cronología de máquinas de cifrado archivada el 6 de octubre de 2021 en Wayback Machine .
- Máquinas de rotor