Cifrados tradicionales en criptografia

En este capitulo, analizamos más a fondo esta técnica y sus aplicaciones para desarrollar varios criptosistemas.

Antes de continuar, debe conocer algunos datos sobre los criptosistemas históricos:

  • Todos estos sistemas se basan en un esquema de cifrado de clave simétrica .
  • El único servicio de seguridad que brindan estos sistemas es la confidencialidad de la información.
  • A diferencia de los sistemas modernos que son digitales y tratan los datos como números binarios, los sistemas anteriores trabajaban con alfabetos como elemento básico.

Estos sistemas criptográficos anteriores también se denominan cifrados. En general, un cifrado es simplemente un conjunto de pasos (un algoritmo) para realizar tanto un cifrado como el correspondiente descifrado.

Cifrado César

Es un cifrado monoalfabético en el que cada letra del texto sin formato se sustituye por otra letra para formar el texto cifrado. Es una forma más simple de esquema de cifrado de sustitución.

Este criptosistema generalmente se conoce como Shift Cipher . El concepto es reemplazar cada alfabeto por otro alfabeto que se 'cambia' por algún número fijo entre 0 y 25.

Para este tipo de esquema, tanto el remitente como el receptor acuerdan un 'número de turno secreto' para cambiar el alfabeto. Este número que está entre 0 y 25 se convierte en la clave de cifrado.

El nombre 'Cifrado César' se usa ocasionalmente para describir el Cifrado de cambio cuando se usa el 'cambio de tres'.

Proceso de cambio de cifrado

Para cifrar una carta de texto sin formato, el remitente coloca la regla deslizante debajo del primer conjunto de letras de texto sin formato y la desliza hacia la IZQUIERDA según el número de posiciones del cambio secreto.

Luego, la letra del texto sin formato se cifra en la letra del texto cifrado en la regla deslizante que se encuentra debajo. El resultado de este proceso se representa en la siguiente ilustración para un cambio acordado de tres posiciones. En este caso, el 'tutorial' de texto sin formato se cifra en el texto cifrado 'WXWRULDO'

Al recibir el texto cifrado, el receptor que también conoce el turno secreto, coloca su regla deslizante debajo del alfabeto del texto cifrado y la desliza hacia la DERECHA por el número de turno acordado, 3 en este caso.

Luego reemplaza la letra del texto cifrado por la letra del texto sin formato en la regla deslizante que se encuentra debajo. Por lo tanto, el texto cifrado 'WXWRULDO' se descifra como 'tutorial'. Para descifrar un mensaje codificado con un cambio de 3, genere el alfabeto de texto sin formato usando un cambio de '-3'

Valor de seguridad

Caesar Cipher no es un criptosistema seguro porque solo hay 26 claves posibles para probar. Un atacante puede realizar una búsqueda exhaustiva de claves con los limitados recursos informáticos disponibles.

Cifrado de sustitución simple

Es una mejora del Cifrado César. En lugar de cambiar los alfabetos por algún número, este esquema utiliza alguna permutación de las letras del alfabeto.

Por ejemplo, AB…..YZ y ZY……BA son dos permutaciones obvias de todas las letras del alfabeto. La permutación no es más que un conjunto desordenado de alfabetos.

¡Con 26 letras en el alfabeto, las permutaciones posibles son 26! (Factorial de 26) que es igual a 4x10 26 . El emisor y el receptor pueden elegir cualquiera de estas posibles permutaciones como alfabeto de texto cifrado. Esta permutación es la clave secreta del esquema.

Proceso de cifrado de sustitución simple

  • Escribe las letras A, B, C,...,Z en el orden natural.
  • El emisor y el receptor deciden una permutación aleatoria de las letras del alfabeto.
  • Debajo de los alfabetos de orden natural, escriba la permutación elegida de las letras del alfabeto. Para el cifrado, el remitente reemplaza cada letra de texto sin formato al sustituir la letra de permutación que está directamente debajo de ella en la tabla. Este proceso se muestra en la siguiente ilustración. En este ejemplo, la permutación elegida es K, D, G, ..., O. El 'punto' de texto sin formato se cifra en 'MJBXZ'.
  • Al recibir el texto cifrado, el receptor, que también conoce la permutación elegida al azar, reemplaza cada letra del texto cifrado en la fila inferior con la letra del texto sin formato correspondiente en la fila superior. El texto cifrado 'MJBXZ' se descifra en 'punto'.

Valor de seguridad

El cifrado de sustitución simple es una mejora considerable con respecto al cifrado César. La cantidad posible de claves es grande (¡26!) e incluso los sistemas informáticos modernos aún no son lo suficientemente potentes como para lanzar cómodamente un ataque de fuerza bruta para romper el sistema. Sin embargo, el cifrado de sustitución simple tiene un diseño simple y es propenso a fallas de diseño, por ejemplo, al elegir una permutación obvia, este criptosistema se puede romper fácilmente.

Cifrado monoalfabético y polialfabético

El cifrado monoalfabético es un cifrado de sustitución en el que, para una clave dada, el alfabeto cifrado para cada alfabeto simple se fija durante todo el proceso de cifrado. Por ejemplo, si 'A' está encriptada como 'D', para cualquier número de ocurrencias en ese texto sin formato, 'A' siempre se encriptará como 'D'.

Todos los cifrados de sustitución que hemos discutido anteriormente en este capitulo son monoalfabéticos; estos cifrados son muy susceptibles al criptoanálisis.

El cifrado polialfabético es un cifrado de sustitución en el que el alfabeto cifrado del alfabeto simple puede ser diferente en diferentes lugares durante el proceso de cifrado. Los siguientes dos ejemplos, playfair y Vigenere Cipher son cifrados polialfabéticos .

Cifrado de Playfair

En este esquema, se cifran pares de letras, en lugar de letras individuales como en el caso del cifrado de sustitución simple.

En el cifrado de Playfair, inicialmente se crea una tabla de claves. La tabla de claves es una cuadricula de alfabetos de 5 × 5 que actúa como la clave para cifrar el texto sin formato. Cada uno de los 25 alfabetos debe ser único y se omite una letra del alfabeto (generalmente la J) de la tabla, ya que solo necesitamos 25 alfabetos en lugar de 26. Si el texto sin formato contiene J, entonces se reemplaza por I.

El emisor y el receptor deciden sobre una clave en particular, dicen 'tutoriales'. En una tabla clave, los primeros caracteres (de izquierda a derecha) de la tabla son la frase, sin incluir las letras duplicadas. El resto de la tabla se llenará con las letras restantes del alfabeto, en orden natural.

Proceso de cifrado de Playfair

Primero, un mensaje de texto sin formato se divide en pares de dos letras (digrafos). Si hay un número impar de letras, se agrega una Z a la última letra. Digamos que queremos cifrar el mensaje "ocultar dinero". Se escribirá como − HI DE MO NE YZ

Las reglas de encriptación son:

  • Si ambas letras están en la misma columna, tome la letra debajo de cada una (volviendo a la parte superior si está al final)
  • Si ambas letras están en la misma fila, toma la letra a la derecha de cada una (volviendo a la izquierda si está más a la derecha)
  • Si ninguna de las dos reglas anteriores es verdadera, forme un rectángulo con las dos letras y tome las letras en la esquina horizontal opuesta del rectángulo.

Usando estas reglas, el resultado de la encriptación de 'ocultar dinero' con la clave de 'tutoriales' seria: QC EF NU MF ZV

Descifrar el cifrado de Playfair es tan simple como hacer el mismo proceso a la inversa. El receptor tiene la misma clave y puede crear la misma tabla de claves y luego descifrar cualquier mensaje realizado con esa clave.

Valor de seguridad

También es un cifrado de sustitución y es dificil de descifrar en comparación con el cifrado de sustitución simple. Como en el caso del cifrado de sustitución, el criptoanálisis también es posible en el cifrado de Playfair, sin embargo, seria contra 625 pares de letras posibles (25x25 alfabetos) en lugar de 26 alfabetos posibles diferentes.

El cifrado de Playfair se usó principalmente para proteger secretos importantes, pero no criticos, ya que es rápido de usar y no requiere equipo especial.

Cifrado Vigenère

Este esquema de cifrado utiliza una cadena de texto (por ejemplo, una palabra) como clave, que luego se utiliza para realizar una serie de cambios en el texto sin formato.

Por ejemplo, supongamos que la clave es 'punto'. Cada alfabeto de la tecla se convierte a su respectivo valor numérico: En este caso,

p → 16, o → 15, i → 9, n → 14 y t → 20.

Por lo tanto, la clave es: 16 15 9 14 20.

Valor de seguridad

También es un cifrado de sustitución y es dificil de descifrar en comparación con el cifrado de sustitución simple. Como en el caso del cifrado de sustitución, el criptoanálisis también es posible en el cifrado de Playfair, sin embargo, seria contra 625 pares de letras posibles (25x25 alfabetos) en lugar de 26 alfabetos posibles diferentes.

El cifrado de Playfair se usó principalmente para proteger secretos importantes, pero no criticos, ya que es rápido de usar y no requiere equipo especial.

Cifrado Vigenère

Este esquema de cifrado utiliza una cadena de texto (por ejemplo, una palabra) como clave, que luego se utiliza para realizar una serie de cambios en el texto sin formato.

Por ejemplo, supongamos que la clave es 'punto'. Cada alfabeto de la tecla se convierte a su respectivo valor numérico: En este caso,

p → 16, o → 15, i → 9, n → 14 y t → 20.

Por lo tanto, la clave es: 16 15 9 14 20.

Ahora cambia cada alfabeto de texto sin formato por el número escrito debajo para crear texto cifrado como se muestra a continuación:

Aqui, cada carácter de texto sin formato se ha desplazado en una cantidad diferente, y esa cantidad está determinada por la clave. La clave debe ser menor o igual al tamaño del mensaje.

Para el descifrado, el receptor usa la misma clave y cambia el texto cifrado recibido en orden inverso para obtener el texto sin formato.

Valor de seguridad

Vigenere Cipher fue diseñado ajustando el cifrado César estándar para reducir la efectividad del criptoanálisis en el texto cifrado y hacer que un criptosistema sea más robusto. Es significativamente más seguro que un Cifrado César normal .

En la historia, se usó regularmente para proteger información politica y militar confidencial. Fue referido como el cifrado indescifrable debido a la dificultad que planteaba para el criptoanálisis.

Variantes del cifrado Vigenere

Hay dos casos especiales de cifrado Vigenere:

  • La longitud de la palabra clave es la misma que la del mensaje de notificación. Este caso se llama Vernam Cipher . Es más seguro que el cifrado tipico de Vigenere.
  • El cifrado Vigenere se convierte en un criptosistema con perfecto secreto, que se llama One-time pad .

Cojin de una sola vez

Las circunstancias son -

  • La longitud de la palabra clave es la misma que la longitud del texto sin formato.
  • La palabra clave es una cadena de alfabetos generada aleatoriamente.
  • La palabra clave se usa solo una vez.

Valor de seguridad

Comparemos el cifrado Shift con el bloc de notas de un solo uso.

Cifrado de desplazamiento: fácil de descifrar

En el caso del cifrado Shift, todo el mensaje podria haber tenido un cambio entre 1 y 25. Este es un tamaño muy pequeño y muy fácil de aplicar por fuerza bruta. Sin embargo, ahora que cada carácter tiene su propio cambio individual entre 1 y 26, las claves posibles crecen exponencialmente para el mensaje.

Bloc de notas de un solo uso: imposible de romper

Digamos que ciframos el nombre "punto" con un bloc de notas de un solo uso. Es un texto de 5 letras. Para descifrar el texto cifrado por fuerza bruta, debe probar todas las posibilidades de claves y realizar cálculos para (26 x 26 x 26 x 26 x 26) = 26 5 = 11881376 veces. Eso es para un mensaje con 5 alfabetos. Asi, para un mensaje más largo, el cómputo crece exponencialmente con cada alfabeto adicional. Esto hace que sea computacionalmente imposible romper el texto cifrado por fuerza bruta.

Cifrado de transposición

Es otro tipo de cifrado donde el orden de los alfabetos en el texto sin formato se reorganiza para crear el texto cifrado. Los alfabetos de texto sin formato reales no se reemplazan.

Un ejemplo es un cifrado de 'transposición columnar simple' donde el texto sin formato se escribe horizontalmente con un cierto ancho de alfabeto. Luego, el texto cifrado se lee verticalmente como se muestra.

Por ejemplo, el texto sin formato es "la estatua dorada está en la undécima cueva" y la clave aleatoria secreta elegida es "cinco". Organizamos este texto horizontalmente en la tabla con un número de columna igual al valor clave.

El texto cifrado se obtiene leyendo la columna verticalmente hacia abajo desde la primera hasta la última columna. El texto cifrado es 'gnuneaoseenvltiltedasehetivc'.

Para descifrar, el receptor prepara una tabla similar. El número de columnas es igual al número de clave. El número de filas se obtiene dividiendo el número total de alfabetos de texto cifrado por el valor de la clave y redondeando el cociente al siguiente valor entero.

Luego, el receptor escribe el texto cifrado recibido verticalmente hacia abajo y de izquierda a derecha. Para obtener el texto, lee horizontalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo.

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Fecha actualizacion el 2022-01-15. Fecha publicacion el 2022-01-15. Categoria: computadoras Autor: Oscar olg Mapa del sitio Fuente: tutorialspoint