Cifrados de Beaufort y de clave continua

El cifrado Beaufort es una variante del cifrado Vigenère que se diferencia en la fórmula de cifrado. Mientras que Vigenère calcula C = (P + K) mod 26, Beaufort calcula C = (K - P) mod 26.

Este pequeño cambio proporciona al cifrado Beaufort una propiedad extraordinaria: es su propia inversa. La misma operación con la misma clave cifra y descifra, una propiedad denominada autorreciprocidad.

Como el cifrado y el descifrado son la misma operación en Beaufort, el cifrado se denomina «autorrecíproco» o «involutivo». Para descifrar, se ejecuta exactamente el mismo procedimiento que se utilizó para cifrar.

Esto resultaba útil en la práctica antes de la era de los ordenadores: los operadores militares solo tenían que aprender un procedimiento en lugar de dos procedimientos separados para cifrar y descifrar, lo que reducía el tiempo de formación y los errores humanos.

El cifrado autoclave aborda la debilidad de la repetición de claves de Vigenère. La clave comienza con una palabra clave corta que actúa como semilla y después añade el propio texto plano como continuación de la clave.

Esto significa que la clave tiene la misma longitud que el mensaje y nunca se repite. Sin embargo, es vulnerable a un ataque ingenioso: si se adivina una palabra del texto plano, se puede comprobar si aparece como segmento de la clave y confirmar o rechazar las suposiciones de forma sistemática.

El cifrado de clave continua lleva más lejos la idea del autoclave al utilizar como clave un texto largo acordado de antemano, como un libro concreto. La clave tiene la misma longitud que el mensaje y procede de una fuente aparentemente aleatoria.

Tanto el emisor como el receptor deben tener la misma copia del texto clave y acordar una posición inicial. El cifrado es entonces idéntico al de un cifrado Vigenère, pero con una clave que no se repite.

Si el texto usado como clave continua es verdaderamente aleatorio, esencialmente un bloc de un solo uso, el cifrado de clave continua es seguro desde el punto de vista teórico de la información. El texto cifrado no contiene información suficiente para determinar el texto plano sin la clave.

Claude Shannon lo demostró: para que un cifrado sea perfectamente secreto, la entropía de la clave debe ser al menos tan grande como la entropía del mensaje. Una clave verdaderamente aleatoria y tan larga como el mensaje cumple esta condición.

En la práctica, el texto de un libro no es aleatorio. Es prosa inglesa con todos los patrones estadísticos del lenguaje natural. Un atacante puede probar distintos libros y posiciones iniciales, y comprobar si la clave y el texto plano derivados parecen lenguaje natural.

Esta propiedad de los «dos textos», en la que tanto el texto plano como la clave deben ser lenguaje válido, hace paradójicamente que el cifrado de clave continua sea más débil en la práctica que una clave más corta pero verdaderamente aleatoria.

Giovan Battista Bellaso publicó varios diseños de cifrados polialfabéticos en la década de 1550. Posteriormente, su trabajo se atribuyó erróneamente a Blaise de Vigenère, lo que dio lugar al nombre histórico incorrecto del cifrado Vigenère.

Los cifrados de Bellaso incluían una variante recíproca que anticipaba el cifrado Beaufort. Su contribución a la criptografía polialfabética fue considerable, aunque recibió poco reconocimiento hasta que la investigación histórica moderna corrigió esta atribución.

Los cifrados polialfabéticos utilizan varios alfabetos de sustitución y alternan entre ellos según una clave. Esto aplana la distribución de frecuencias de las letras del texto cifrado, lo que hace que el análisis de frecuencias simple no funcione.

El índice de coincidencia (IC) mide hasta qué punto una distribución de frecuencias es uniforme. El texto inglés tiene un IC aproximado de 0,065. Una sustitución perfectamente aleatoria tiene un IC aproximado de 0,038. Los cifrados polialfabéticos se sitúan entre estos valores según la longitud de la clave.

William Friedman desarrolló una prueba estadística para determinar la longitud de la clave de un cifrado polialfabético utilizando únicamente el texto cifrado. Al analizar el IC de cada subconjunto formado por uno de cada n caracteres, podía identificar el período de la clave.

Una vez conocido el período, el cifrado se reduce a varias sustituciones simples independientes, cada una de las cuales se puede resolver mediante un análisis de frecuencias. Este enfoque hizo que Vigenère y Beaufort pudieran descifrarse en la práctica.

A principios del siglo XX, todos los cifrados clásicos, desde Caesar hasta Vigenère y Beaufort, se habían descifrado sistemáticamente mediante el análisis de frecuencias, la prueba de Kasiski o el método del IC de Friedman.

La llegada de los cifrados mecánicos, como Enigma y SIGABA, y posteriormente de los ordenadores, cambió fundamentalmente la criptografía. Los cifrados clásicos se convirtieron en curiosidades históricas y herramientas didácticas, en lugar de mecanismos prácticos de seguridad.

El bloc de un solo uso, cuando se utiliza correctamente, es el único cifrado cuya perfección está demostrada. Requiere una clave verdaderamente aleatoria, tan larga como el mensaje, utilizada una sola vez y mantenida completamente en secreto.

El cifrado de clave continua se aproxima a este ideal, pero falla porque las claves formadas por lenguaje natural no son aleatorias. Un bloc de un solo uso verdadero que utilice texto de un libro como clave es vulnerable porque tanto la clave como el texto plano deben ser inglés natural, lo que proporciona una ventaja estadística para el criptoanálisis.

Compruebe sus conocimientos sobre el cifrado Beaufort y sus propiedades.

El cifrado Beaufort es una variante autorrecíproca de Vigenère en la que la misma clave y el mismo algoritmo cifran y descifran. El cifrado de clave continua utiliza textos largos como clave y, en teoría, consigue un secreto perfecto si la clave es aleatoria.

En la práctica, las claves formadas por lenguaje natural son vulnerables al análisis. La prueba del IC de Friedman y el examen de Kasiski pueden determinar las longitudes de las claves de los cifrados polialfabéticos, reduciéndolos a sustituciones simples que se pueden resolver.