Cifrado de dos cuadrados

El cifrado de dos cuadrados , también llamado doble Playfair , es una técnica de cifrado simétrico manual. ^{[ 1 ]} Fue desarrollado para facilitar la naturaleza engorrosa de la gran matriz de cifrado/descifrado utilizada en el cifrado de cuatro cuadrados, a la vez que sigue siendo ligeramente más fuerte que el cifrado Playfair de un solo cuadrado .

Esta técnica cifra pares de letras ( dígrafos ) y, por lo tanto, 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 hace que la técnica de dos cuadrados sea menos vulnerable a los ataques de análisis de frecuencia , ya que el análisis debe realizarse sobre 676 dígrafos posibles en lugar de solo 26, como en el caso de la sustitución monográfica. El análisis de frecuencia de dígrafos es posible, pero considerablemente más difícil, y generalmente requiere un texto cifrado mucho más extenso para ser útil.

Félix Delastelle describió el cifrado en su libro de 1901 Traité élémentaire de cryptographie bajo el nombre damiers bigrammatiques réduits (tablero de ajedrez digráfico reducido), con tipos tanto horizontales como verticales. ^{[ 2 ]}

El tablero de ajedrez de dos letras fue descrito por William F. Friedman en su libro Criptografía militar avanzada (1931) y en la posterior serie Criptoanálisis militar y Criptoanalítica militar . ^{[ 3 ]}

Lambros D. Callimahos , coautor de Friedman en Criptoanalítica Militar , describió el cifrado en la Enciclopedia Collier en el artículo de Criptografía . ^{[ 4 ]}

La descripción de la enciclopedia se adaptó posteriormente a un artículo en The Cryptogram de la American Cryptogram Association en 1972. ^{[ 5 ]} Después de esto, el cifrado se convirtió en un tipo de cifrado habitual en los acertijos de la ACA. ^{[ 6 ]}

En 1987, Noel Currer-Briggs describió el cifrado doble Playfair utilizado por los alemanes en la Segunda Guerra Mundial. ^{[ 7 ]} En este caso, el doble Playfair se refiere a un método que utiliza dos cuadrados de Polibio 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 desmantelado por completo el sistema británico Playfair. Al mismo tiempo, reconocieron su flexibilidad y sencillez, y decidieron que podían hacerlo más seguro y adaptarlo a sus propias necesidades. En lugar de usar un cuadrado de 5 x 5 y dividir el texto legible en bigramas, como acabo de describir, usaron dos cuadrados y escribieron el mensaje completo en fragmentos de longitud determinada sobre formularios de mensajes cuadrados especialmente preparados, dispuestos en líneas dobles de una longitud específica.

Otras variantes leves, 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 populares de criptografía del siglo XX, por ejemplo, los de Helen Fouché Gaines (1939) o William Maxwell Bowers (1959), aunque ambos describen el cifrado Playfair y el cifrado de cuatro cuadrados . ^{[ 12 ]}

El cifrado de dos cuadrados utiliza dos matrices de 5x5 y se presenta en dos variantes: horizontal y vertical. En la variante horizontal, las dos matrices se colocan una al lado de la otra, mientras que en la vertical se colocan una debajo de la otra. Cada matriz de 5x5 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 quepa). Los alfabetos en ambos cuadrados suelen ser mixtos , cada uno basado en una palabra clave o frase.

Para generar las matrices de 5x5, primero se rellenan los espacios 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 que quepa). 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 dos cuadrados permite dos claves distintas, una para cada matriz.

Como ejemplo, aquí están las matrices verticales de dos cuadrados para las palabras clave "ejemplo" y "palabra clave":

EJEMPLO LBCDF GHIJK NORTE UVWYZ   CLAVE RDABC FGHIJ LMNPS TUVXZ

El cifrado mediante el algoritmo two-square es básicamente el mismo que el sistema utilizado en four-square , con la excepción de que los digrafos de texto plano y texto cifrado utilizan las mismas matrices.

Para cifrar un mensaje, siga estos pasos:

• Divide el mensaje de carga útil en dígrafos. ( help me obi wan kenobi se convierte en he lp me ob iw an ke no bi )
• En el caso de un dígrafo vertical de dos cuadrados, el primer carácter tanto del texto plano como del texto cifrado utiliza la matriz superior, mientras que el segundo carácter utiliza la inferior.
• En el caso de un dígrafo bicuadrado horizontal, el primer carácter de ambos dígrafos utiliza la matriz izquierda, mientras que el segundo carácter utiliza la derecha.
• Encuentra la primera letra del dígrafo en la matriz de texto superior/izquierda.

EJEMPLO L BCDF GHIJK NORTE UVWYZ   CLAVE RDABC FGHIJ LMNPS TUVXZ

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

EJEMPLO L BCDF GHIJK NORTE UVWYZ   CLAVE RDABC FGHIJ LMN P S TUVXZ

• Un rectángulo se define mediante los dos caracteres del texto plano, y las esquinas opuestas definen el dígrafo del texto cifrado.

EJEMPLO L BC D F GHIJK NORTE UVWYZ   CLAVE RDABC FGHIJ L MN P S TUVXZ

Utilizando el ejemplo de dos cuadrados verticales que se muestra arriba, podemos cifrar el siguiente texto plano:

Texto sin formato: ayúdame a ob iw an ke no bi Texto cifrado: HE DL XW SD JY AN HO TK DG

Aquí está el mismo dos cuadrados escrito de nuevo, pero borrando todos los valores que no se utilizan para cifrar el dígrafo "LP" en "DL".

- - - - - L - - D - - - - - - - - - - - - - - - -   - - - - - - - - - - - - - - - L - - P - - - - - -

En este diagrama se puede apreciar claramente la regla rectangular utilizada para cifrar y descifrar. El método de descifrado es idéntico al de cifrado.

Al igual que en Playfair (y a diferencia de four-square), existen circunstancias especiales en las que las dos letras de un dígrafo se encuentran en la misma columna para two-square vertical o en la misma fila para two-square horizontal. Para two-square vertical, un dígrafo en texto plano que termina con ambos caracteres en la misma columna produce el mismo dígrafo en el texto cifrado. Para two-square horizontal, un dígrafo en texto plano con ambos caracteres en la misma fila produce (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 mapearon a sí mismos. Una debilidad de two-square es que aproximadamente el 20% de los dígrafos serán transparencias.

EJEMPLO LBCDF G H IJK NORTE UVWYZ   KEYWO​​ RDABC FGHIJ LMNPS TUVXZ

Como la mayoría de los cifrados de la era premoderna, el cifrado de dos 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 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 vulnerabilidad de transparencia. Dependiendo de si se utilizó un cifrado de dos cuadrados vertical u horizontal, el texto cifrado o su reverso deberían mostrar una cantidad significativa de fragmentos de texto plano. En una muestra de texto cifrado suficientemente grande, es probable que haya varios dígrafos transparentes consecutivos, que revelan posibles fragmentos de palabras. A partir de estos fragmentos, el analista puede generar posibles cadenas de texto plano y reconstruir la palabra clave.

Un buen tutorial sobre cómo reconstruir la clave para un cifrado de dos 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
• cifrado Playfair