El cifrado de Playfair

Los cifrados de sustitución simples, como el cifrado César, cifran una letra cada vez, lo que los hace vulnerables al análisis de frecuencias. Las letras del inglés tienen frecuencias predecibles: E es la más común, seguida de T, A, O y así sucesivamente.

El cifrado Playfair cifra pares de letras (dígrafos) en lugar de letras individuales. Esto aumenta considerablemente el número de bigramas posibles y aplana el análisis de frecuencias.

El cifrado Playfair utiliza una cuadrícula de 5x5 letras llamada cuadrado de clave. Contiene las 26 letras del alfabeto, con I y J combinadas en una sola celda (ya que solo hay 25 celdas).

Para crear el cuadrado de clave, escriba primero la palabra clave (eliminando los duplicados) y, después, complete las letras restantes del alfabeto en orden. La palabra clave determina toda la disposición.

Para la palabra clave "MONARCHY", elimine los duplicados: M-O-N-A-R-C-H-Y. Complete la cuadrícula de 5x5 fila por fila: MONAR / CHYBE / DFGIK / LPQST / UVWXZ.

Las letras restantes B, D, E, F, G, I, K, L, P, Q, S, T, U, V, W, X, Z se insertan en orden después de las letras de la palabra clave, con I/J compartiendo una celda.

Antes de cifrarlo, el texto plano se divide en dígrafos (pares de letras). Si un par contiene la misma letra, inserte una X entre ellas. Por ejemplo, "BALLOON" se convierte en "BA LX LO ON".

Si el mensaje tiene un número impar de letras, añada una X al final. Este preprocesamiento garantiza que las reglas de Playfair siempre se puedan aplicar correctamente.

Si las dos letras de un par están en la misma fila del cuadrado de clave, sustituya cada una por la letra que se encuentra inmediatamente a su derecha (pasando del final de la fila al principio).

Por ejemplo, en la matriz MONARCHY, si cifra "AR", ambas letras están en la fila 1. A se convierte en R y R se convierte en C. El par de texto cifrado es "RC".

Si las dos letras de un par están en la misma columna, sustituya cada una por la letra que se encuentra inmediatamente debajo (pasando de la parte inferior a la superior de la columna).

Esta regla funciona de forma simétrica: si "MB" estuviera en la misma columna, M se sustituiría por la letra que tiene debajo en esa columna. Las columnas dan la vuelta, igual que las filas.

Si las dos letras forman un rectángulo en el cuadrado de clave, sustituya cada letra por la que se encuentra en la misma fila, pero en la otra esquina del rectángulo.

Este es el caso más frecuente. Si cifra "MU", busque M y U en la cuadrícula. M está en la fila 1, columna 1, y U está en la fila 5, columna 1. Forman un rectángulo. M se sustituye por la letra de la fila 1 que está en la columna de U, y U se sustituye por la letra de la fila 5 que está en la columna de M.

Para cifrar "HIDE THE GOLD", elimine los espacios y prepare los dígrafos: HI DE TH EG OL DX. Aplique la regla correspondiente (misma fila, misma columna o rectángulo) a cada par utilizando el cuadrado de clave.

Cada par se cifra de forma independiente. El resultado es una serie de dígrafos de texto cifrado que deben descifrarse con el mismo cuadrado de clave para recuperar el texto plano.

Aunque es más resistente que la sustitución simple, Playfair sigue siendo vulnerable al criptoanálisis. Es posible realizar un análisis de frecuencias de dígrafos: en inglés, "TH", "HE", "IN" y "ER" son los bigramas más comunes.

Un atacante que disponga de suficiente texto cifrado puede crear una tabla de frecuencias de los dígrafos cifrados y compararla con las frecuencias esperadas de los dígrafos en inglés para deducir el cuadrado de clave.

El cifrado Playfair fue inventado por Charles Wheatstone en 1854, pero fue impulsado por el barón Playfair, de quien tomó su nombre. El ejército británico lo utilizó ampliamente durante la Primera Guerra Mundial para las comunicaciones de campaña.

Se prefería porque era lo bastante fácil de utilizar sin equipos mecánicos y, al mismo tiempo, suficientemente resistente para proteger las comunicaciones tácticas. Las fuerzas australianas también lo utilizaron en la Segunda Guerra Mundial, donde los criptoanalistas japoneses lograron descifrarlo.

El descifrado con Playfair utiliza el mismo cuadrado de clave y las mismas tres reglas, pero invertidas. Para los pares de la misma fila, desplácese a la izquierda en lugar de a la derecha. Para los pares de la misma columna, desplácese hacia arriba en lugar de hacia abajo. Para los pares que forman un rectángulo, la regla es idéntica a la del cifrado.

Después del descifrado, deben eliminarse las letras X de relleno: las letras duplicadas separadas por una X se unen y se elimina la X final. Este paso de reconstrucción es necesario para recuperar el mensaje original.

Compruebe su comprensión de las reglas del cifrado Playfair.

Playfair cifra dígrafos utilizando un cuadrado de clave de 5x5 derivado de una palabra clave. Sus tres reglas gestionan los casos de la misma fila, de la misma columna y del rectángulo. Es considerablemente más resistente que la sustitución simple porque las frecuencias de los dígrafos son mucho más difíciles de explotar.

A pesar de su ingenio, Playfair fue descifrado por criptoanalistas de la época de la Primera Guerra Mundial. Sigue siendo un paso importante en la evolución desde la sustitución simple hasta los cifrados polialfabéticos y, finalmente, el cifrado moderno.