Cifrado polialfabético

Una sustitución de cifrado polialfabético, utilizando múltiples alfabetos de sustitución. El cifrado Vigenère es probablemente el ejemplo más conocido de un cifrado polialfabético, aunque es un caso especial simplificado. La máquina Enigma es más compleja, pero sigue siendo fundamentalmente un cifrado de sustitución polialfabético.

Historia

El trabajo de Al-Qalqashandi (1355–1418), basado en el trabajo anterior de Ibn al-Durayhim (1312–1359), contenía la primera discusión publicada sobre la sustitución y transposición de cifras, así como la primera descripción de un cifrado polialfabético, en el que a cada letra del texto sin formato se le asigna más de un sustituto. Sin embargo, se ha afirmado que los cifrados polialfabéticos pueden haber sido desarrollados por el criptólogo árabe Al Kindi (801–873) siglos antes.

El cifrado de Alberti de Leon Battista Alberti alrededor de 1467 fue uno de los primeros cifrados polialfabéticos. Alberti usaba un alfabeto mixto para encriptar un mensaje, pero siempre que quería, cambiaba a un alfabeto diferente, indicando que lo había hecho al incluir una letra mayúscula o un número en el criptograma. Para este cifrado Alberti utilizó un dispositivo decodificador, su disco de cifrado, que implementaba una sustitución polialfabética con alfabetos mixtos.

Johannes Trithemius, en su libro Polygraphiae libri sex (Seis libros de poligrafía), que se publicó en 1518 después de su muerte, inventó un cifrado polialfabético de clave progresiva llamado el Cifrado de Trithemius. A diferencia del cifrado de Alberti, que cambiaba de alfabeto a intervalos aleatorios, Trithemius cambiaba de alfabeto para cada letra del mensaje. Comenzó con una tabula recta, un cuadrado con 26 letras (aunque Trithemius, escribiendo en latín, usó 24 letras). Cada alfabeto se movió una letra a la izquierda de la anterior y comenzó de nuevo con A después de llegar a Z (ver tabla).

Tabula recta

La idea de Trithemius era cifrar la primera letra del mensaje usando el primer alfabeto desplazado, de modo que la A se convirtió en B, la B en C, etc. La segunda letra del mensaje se cifraba utilizando el segundo alfabeto desplazado, etc. El disco de cifrado de Alberti implementó el mismo esquema. Tenía dos alfabetos, uno en un anillo exterior fijo y el otro en el disco giratorio. Una letra se cifra buscando esa letra en el anillo exterior y codificándola como la letra debajo en el disco. El disco comenzaba con A debajo de B, y el usuario giraba el disco una letra después de cifrar cada letra.

El cifrado fue trivial de descifrar, y la implementación de la máquina de Alberti no fue mucho más difícil. La progresión clave en ambos casos se ocultó mal a los atacantes. Incluso la implementación de Alberti de su cifrado polialfabético fue bastante fácil de descifrar (la letra mayúscula es una pista importante para el criptoanalista). Durante la mayor parte de los siguientes cientos de años, casi todos pasaron por alto la importancia de usar múltiples alfabetos de sustitución. Los diseñadores de cifrados de sustitución polialfabéticos parecen haberse concentrado en oscurecer la elección de algunos de esos alfabetos (repitiéndolos según sea necesario), no en la mayor seguridad posible al usar muchos y nunca repetir ninguno.

El principio (particularmente los alfabetos de sustitución adicionales ilimitados de Alberti) fue un gran avance, el más significativo en los varios cientos de años desde que se desarrolló el análisis de frecuencia. Una implementación razonable habría sido (y, cuando finalmente se logró, lo fue) mucho más difícil de romper. No fue hasta mediados del siglo XIX (en el trabajo secreto de Babbage durante la guerra de Crimea y la divulgación pública generalmente equivalente de Friedrich Kasiski algunos años después), que el criptoanálisis de cifrados polialfabéticos bien implementados llegó a alguna parte.. Ver examen de Kasiski.