Cifrado de juego limpio

El cifrado Playfair utiliza una cuadrícula de letras 5×5 y encripta un mensaje rompiendo el texto en pares de letras y intercambiando de acuerdo a sus posiciones en un rectángulo dentro de esa cuadrícula: "HI" se convierte en "BM".

El cifrado de Playfair o cuadrado de Playfair o cifrado de Wheatstone-Playfair es una técnica de cifrado simétrico manual y fue el primer cifrado de sustitución de digrama literal. El esquema fue inventado en 1854 por Charles Wheatstone, pero lleva el nombre de Lord Playfair por promover su uso.

La técnica cifra pares de letras (bigramas o digramas), en lugar de letras individuales como en el cifrado de sustitución simple y en los sistemas de cifrado de Vigenère bastante más complejos que se utilizan en ese momento. Por lo tanto, Playfair es significativamente más difícil de descifrar, ya que el análisis de frecuencia utilizado para los cifrados de sustitución simples no funciona con él. El análisis de frecuencia de bigramas es posible, pero considerablemente más difícil. Con 600 bigramas posibles en lugar de los 26 monogramas posibles (símbolos únicos, generalmente letras en este contexto), se requiere un texto cifrado considerablemente más grande para que sea útil.

Historia

Lord Playfair, que promovió fuertemente su uso.

El cifrado de Playfair fue el primer cifrado en cifrar pares de letras en la historia criptológica. Wheatstone inventó el cifrado para el secreto en la telegrafía, pero lleva el nombre de su amigo Lord Playfair, primer barón Playfair de St. Andrews, quien promovió su uso. La primera descripción registrada del cifrado de Playfair se encuentra en un documento firmado por Wheatstone el 26 de marzo de 1854.

Inicialmente fue rechazado por el Ministerio de Relaciones Exteriores británico cuando se desarrolló debido a su complejidad percibida. Wheatstone se ofreció a demostrar que tres de cada cuatro niños en una escuela cercana podían aprender a usarlo en 15 minutos, pero el subsecretario del Foreign Office respondió: 'Eso es muy posible, pero nunca podrías enseñarlo a los agregados.."

Sin embargo, más tarde fue utilizado con fines tácticos por las fuerzas británicas en la Segunda Guerra de los Bóers y en la Primera Guerra Mundial, y con el mismo propósito por los británicos y australianos durante la Segunda Guerra Mundial. Esto se debió a que Playfair es razonablemente rápido de usar y no requiere equipo especial, solo un lápiz y papel. Un escenario típico para el uso de Playfair era proteger secretos importantes pero no críticos durante el combate real, p. el hecho de que un bombardeo de artillería de proyectiles de humo comenzaría dentro de los 30 minutos para cubrir a los soldados" avanzar hacia el siguiente objetivo. Para cuando los criptoanalistas enemigos pudieran decodificar dichos mensajes horas más tarde, dicha información sería inútil para ellos porque ya no sería relevante.

Durante la Segunda Guerra Mundial, el gobierno de Nueva Zelanda lo utilizó para la comunicación entre Nueva Zelanda, las islas Chatham y los guardacostas de las islas del Pacífico. Los guardacostas establecidos por la Royal Australian Navy Intelligence también utilizaron este cifrado.

Reemplazado

Las fuerzas militares ya no utilizan Playfair debido a la llegada de los dispositivos de encriptación digital. Este cifrado ahora se considera inseguro para cualquier propósito, porque las computadoras modernas podrían descifrarlo fácilmente en microsegundos.

La primera solución publicada del cifrado de Playfair se describió en un panfleto de 19 páginas del teniente Joseph O. Mauborgne, publicado en 1914. William Friedman lo describió en 1942 como que brindaba muy poca seguridad.

Descripción

El sistema Playfair fue inventado por Charles Wheatstone, quien lo describió por primera vez en 1854.

El cifrado de Playfair utiliza una tabla de 5 por 5 que contiene una palabra o frase clave. La memorización de la palabra clave y 4 reglas simples fue todo lo que se requirió para crear la tabla de 5 por 5 y usar el cifrado.

Para generar la tabla clave, primero se deben llenar los espacios en la tabla (un cuadrado de Polybius modificado) con las letras de la palabra clave (eliminando las letras duplicadas), luego se llenan los espacios restantes con el resto de las letras de el alfabeto en orden (generalmente se omite "J" o "Q" para reducir el alfabeto para que encaje; otras versiones ponen tanto "I" como "J&# 34; en el mismo espacio). La clave se puede escribir en las filas superiores de la tabla, de izquierda a derecha, o en algún otro patrón, como una espiral que comienza en la esquina superior izquierda y termina en el centro. La palabra clave junto con las convenciones para completar la tabla de 5 por 5 constituyen la clave de cifrado.

Para cifrar un mensaje, se dividiría el mensaje en digramas (grupos de 2 letras) de modo que, por ejemplo, "HelloWorld" se convierte en "HE LL OW O LD". Estos digramas se sustituirán utilizando la tabla de claves. Dado que el cifrado requiere pares de letras, los mensajes con un número impar de caracteres suelen añadir una letra poco común, como "X", para completar el diagrama final. Las dos letras del digrama se consideran esquinas opuestas de un rectángulo en la tabla clave. Para realizar la sustitución, aplique las siguientes 4 reglas, en orden, a cada par de letras en el texto sin formato:

1. Si ambas letras son las mismas (o sólo queda una carta), agregue una "X" después de la primera carta. Cifrar el nuevo par y continuar. Algunas variantes de Playfair usan "Q" en lugar de "X", pero cualquier letra, por sí misma poco común como un par repetido, hará.
2. Si las letras aparecen en la misma fila de su mesa, sustitúyalas por las letras a su derecha inmediata respectivamente (de vuelta al lado izquierdo de la fila si una letra en el par original estaba en el lado derecho de la fila).
3. Si las letras aparecen en la misma columna de su tabla, sustitúyalas por las letras inmediatamente inferiores, respectivamente (de vuelta al lado superior de la columna si una letra en el par original estaba en el lado inferior de la columna).
4. Si las letras no están en la misma fila o columna, sustitúyalas por las letras en la misma fila respectivamente, pero en el otro par de esquinas del rectángulo definido por el par original. El orden es importante – la primera letra del par encriptado es la que se encuentra en la misma fila como la primera letra del par de texto.

Para descifrar, use la inversa (opuesta) de las dos reglas de cambio, seleccionando la letra a la izquierda o hacia arriba según corresponda. La última regla permanece sin cambios, ya que la transformación cambia las letras seleccionadas del rectángulo a la diagonal opuesta, y una repetición de la transformación devuelve la selección a su estado original. La primera regla solo se puede revertir eliminando cualquier instancia adicional de la letra insertada elegida, generalmente "X"s o "Q"s, que no tiene sentido en el mensaje final cuando finaliza..

Hay varias variaciones menores del cifrado original de Playfair.

Ejemplo

Usando el "ejemplo de Playfair" como clave (asumiendo que I y J son intercambiables), la tabla se convierte en (letras omitidas en rojo):

El primer paso para cifrar el mensaje "esconde el oro en el tocón del árbol" es convertirlo a los pares de letras "HI DE TH EG OL DI NT HE TR EX ES TU MP" (con la "X" nula utilizada para separar las "E"s repetidas). Entonces:

1. El par HI forma un rectángulo, reemplazarlo con BM
2. El par DE está en una columna, reemplazarlo con OD
3. El par TH forma un rectángulo, reemplazarlo con ZB
4. El par EG forma un rectángulo, reemplazarlo con XD
5. El par OL forma un rectángulo, reemplazarlo con NA
6. El par DI forma un rectángulo, reemplazarlo con BE
7. El par NT forma un rectángulo, reemplazarlo con KU
8. El par HE forma un rectángulo, reemplazarlo con DM
9. El par TR forma un rectángulo, reemplazarlo con UI
10. El par EX (X insertado para dividir EE) está en una fila, reemplazarlo con XM
11. El par ES forma un rectángulo, reemplazarlo por MO
12. El par TU está en una fila, reemplazarlo con UV
13. El par MP forma un rectángulo, reemplazarlo con IF

Así, el mensaje "esconde el oro en el tocón del árbol" se convierte en "BM OD ZB XD NA BE KU DM UI XM MO UV IF", que puede reestructurarse como "BMODZ BXDNA BEKUD MUIXM MOUVI F" para facilitar la lectura del texto cifrado.

Aclaración con imagen

Supongamos que uno quiere cifrar el diagrama O. Hay cinco casos generales:

* * * * * * *
* O Y R Z
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* * * * * * *

* * O * *
* B * *
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* * R * *
* Y *

Z * * * O *
* * * * * * *
* * * * * * *
R * * * X *
* * * * * * *

* * * * * * *
* * * * * * *
* O R W *
* * * * * * *
* * * * * * *

* * * * * * *
* * R * *
* * O * *
* * I * *
* * * * * * *

Cripanálisis

Como la mayoría de los cifrados clásicos, el cifrado de Playfair se puede descifrar fácilmente si hay suficiente texto. Obtener la clave es relativamente sencillo si se conocen tanto el texto sin formato como el cifrado. Cuando solo se conoce el texto cifrado, el criptoanálisis de fuerza bruta del cifrado implica buscar en el espacio clave coincidencias entre la frecuencia de aparición de digramas (pares de letras) y la frecuencia conocida de aparición de digramas en el idioma supuesto del mensaje original.

El criptoanálisis de Playfair es similar al de los cifrados de cuatro y dos cuadrados, aunque la relativa simplicidad del sistema de Playfair facilita la identificación de las cadenas de texto sin formato candidatas. En particular, un dígrafo de Playfair y su reverso (por ejemplo, AB y BA) se descifrarán con el mismo patrón de letras en el texto sin formato (por ejemplo, RE y ER). En inglés, hay muchas palabras que contienen estos dígrafos invertidos, como REceivER y DEpartED. Identificar dígrafos invertidos cercanos en el texto cifrado y hacer coincidir el patrón con una lista de palabras de texto sin formato conocidas que contienen el patrón es una manera fácil de generar posibles cadenas de texto sin formato con las que comenzar a construir la clave.

Un enfoque diferente para abordar un cifrado de Playfair es el método de escalar colinas con escopeta. Esto comienza con un cuadrado aleatorio de letras. Luego se introducen cambios menores (es decir, cambiar letras, filas o reflejar todo el cuadrado) para ver si el texto sin formato candidato se parece más al texto sin formato estándar que antes del cambio (quizás comparando los digramas con un gráfico de frecuencia conocido). Si se considera que el nuevo cuadrado es una mejora, entonces se adopta y luego se modifica para encontrar un candidato aún mejor. Eventualmente, se encuentra que el texto sin formato o algo muy similar logra un puntaje máximo por cualquier método de calificación que se elija. Obviamente, esto está más allá del rango de la paciencia humana típica, pero las computadoras pueden adoptar este algoritmo para descifrar los cifrados de Playfair con una cantidad de texto relativamente pequeña.

Otro aspecto de Playfair que lo separa de los cifrados de cuatro y dos cuadrados es el hecho de que nunca contendrá un digrama de dos letras, p. EE.UU. Si no hay digramas de letras dobles en el texto cifrado y la longitud del mensaje es lo suficientemente larga como para que sea estadísticamente significativo, es muy probable que el método de cifrado sea Playfair.

Puede encontrar un buen tutorial sobre la reconstrucción de la clave para un cifrado de Playfair en el capítulo 7, "Solución a los sistemas de sustitución poligráfica" del Field Manual 34-40-2, producido por el Ejército de los Estados Unidos. Otro criptoanálisis de un cifrado de Playfair se puede encontrar en el Capítulo XXI de Helen Fouché Gaines, Criptomálisis / un estudio de los cifrados y sus soluciones.

En el capítulo 28 de Dorothy L. Sayers' novela de misterio Have His Carcase. En esta historia, se demuestra que un mensaje de Playfair es criptográficamente débil, ya que el detective puede resolver la clave completa haciendo solo unas pocas conjeturas sobre el formato del mensaje (en este caso, que el mensaje comienza con el nombre de una ciudad y luego una fecha). Sayers' El libro incluye una descripción detallada de la mecánica del cifrado de Playfair, así como una cuenta paso a paso del criptoanálisis manual.

El ejército, la fuerza aérea y la policía alemanes utilizaron el cifrado Double Playfair como un cifrado de grado medio en la Segunda Guerra Mundial, basado en el cifrado británico Playfair que habían descifrado a principios de la Primera Guerra Mundial. Lo adaptaron introduciendo un segundo cuadrado del que se seleccionaba la segunda letra de cada bigrama, y prescindían de la palabra clave, colocando las letras en orden aleatorio. Pero con la afición alemana por los mensajes pro forma, se rompieron en Bletchley Park. Los mensajes estaban precedidos por un número secuencial y los números se deletreaban. Como los números alemanes del 1 (eins) al doce (zwölf) contienen todas menos ocho de las letras en los cuadrados de Double Playfair, el tráfico pro forma fue relativamente fácil de romper (Smith, página 74-75)

Usar en crucigramas modernos

Los crucigramas crípticos temáticos avanzados como The Listener Crossword (publicado en la edición del sábado del periódico británico The Times) ocasionalmente incorporan cifrados de Playfair. Normalmente, se deben ingresar entre cuatro y seis respuestas en la cuadrícula en código, y la frase clave de Playfair es significativa desde el punto de vista temático para la solución final.

El cifrado se presta bien a los crucigramas, porque el texto sin formato se encuentra resolviendo un conjunto de pistas, mientras que el texto cifrado se encuentra resolviendo otros. Luego, los solucionadores pueden construir la tabla clave emparejando los digramas (a veces es posible adivinar la palabra clave, pero nunca es necesario).

El uso del cifrado de Playfair generalmente se explica como parte del preámbulo del crucigrama. Esto nivela el campo de juego para aquellos solucionadores que no han encontrado el cifrado anteriormente. Pero la forma en que se usa el cifrado es siempre la misma. El alfabeto de 25 letras utilizado siempre contiene Q y tiene I y J coincidentes. La tabla de claves siempre se llena fila por fila.

En la cultura popular

• La novela Tenga su maleta por Dorothy L. Sayers da una cuenta soplada de la grieta de una cripta Playfair.
• El thriller de la Segunda Guerra Mundial El caballo de Troya por Hammond Innes oculta la fórmula para una nueva aleación de metal de alta resistencia utilizando el cifrado Playfair.
• En la película Tesoro Nacional: Libro de Secretos, una pista de búsqueda de tesoros está codificada como un cifrado de Playfair.
• En el libro de audio Rogue Angel : Dios del Trueno, una pista de cifrado Playfair se utiliza para enviar Anja Creed a Venecia.
• En la novela York: El mapa de las estrellas (parte tres de una trilogía para los niños) de Laura Ruby, una pista para resolver el cifrado de Morningstarr está encriptado usando el cifrado de Playfair.
• El cifrado Playfair sirve como un dispositivo de trama en un episodio de la temporada 2 del Batwoman 2019 (serie de televisión).