ADFGVX e fracionamento

Em 1918, o exército alemão enfrentava um problema crítico: os criptoanalistas aliados estavam quebrando seus códigos de campanha mais rápido do que eles podiam ser substituídos. Era urgentemente necessária uma cifra nova e mais forte para a ofensiva da primavera de 1918.

O coronel Fritz Nebel desenvolveu a cifra ADFGVX, que combinava duas técnicas clássicas de uma maneira nunca antes usada na criptografia militar.

A cifra recebeu esse nome por causa de suas seis letras do texto cifrado: A, D, F, G, V, X. Essas letras foram escolhidas deliberadamente porque suas representações em código Morse são muito diferentes umas das outras.

Isso minimizava os erros de transmissão pelo rádio de campanha. Confundir uma letra com outra poderia corromper uma mensagem inteira, por isso os projetistas selecionaram letras cujos padrões Morse fossem tão distinguíveis quanto possível.

A primeira etapa é uma substituição usando um quadrado de Polybius 6x6. As 36 células contêm as 26 letras e os algarismos de 0 a 9, dispostos em uma ordem definida pela chave. Os cabeçalhos das linhas e das colunas são as seis letras A, D, F, G, V, X.

Cada caractere do texto claro é substituído por duas letras: o cabeçalho da linha e o cabeçalho da coluna de sua célula. Por exemplo, se H estiver na linha A e na coluna F, ele se torna "AF".

Após a substituição, o texto cifrado duplicado é escrito em uma grade com um número de colunas igual ao comprimento da chave. Uma segunda palavra-chave determina a ordem das colunas.

As colunas são lidas na ordem alfabética das letras da chave. Isso reorganiza os pares substituídos, desfazendo quaisquer padrões restantes e criando uma cifra resistente tanto à análise de frequência quanto à identificação de padrões.

Fracionamento é a técnica de dividir cada caractere do texto claro em vários símbolos do texto cifrado antes de transpô-los. Em ADFGVX, cada letra se torna dois símbolos (linha e coluna), que são então embaralhados independentemente.

Isso significa que as duas "metades" de uma letra do texto claro acabam em posições diferentes no texto cifrado final, tornando impossível analisar a substituição e a transposição separadamente.

Cifras de substituição puras (como o Playfair) são vulneráveis à análise de frequência. Cifras de transposição puras (como a cifra de trilhos) são vulneráveis à reorganização das letras. Combiná-las resolve ambas as fraquezas.

ADFGVX dificulta a análise de frequência ao fracionar e transpor os símbolos substituídos. Quebrar a transposição exige conhecer a chave de substituição, e vice-versa.

O criptoanalista francês Georges Painvin quebrou a cifra ADFGVX em junho de 1918, apenas alguns dias antes da ofensiva alemã que ela protegia. Isso foi considerado uma das realizações mais brilhantes da criptoanálise na WWI.

O método de Painvin explorou padrões em mensagens enviadas no mesmo dia com a mesma chave. Comparando textos cifrados de comprimento semelhante, ele conseguia identificar os limites das colunas e trabalhar de trás para frente na transposição.

A descoberta de Painvin forneceu aos Aliados informações que ajudaram a conter a ofensiva alemã da primavera. A ofensiva fracassou em parte devido à vantagem de inteligência obtida com a quebra de ADFGVX.

Essa história demonstrou que até projetos engenhosos de cifras podem ser quebrados quando a segurança operacional é fraca. Os alemães reutilizaram chaves e enviaram mensagens demais em pouco tempo, dando a Painvin o material de que precisava.

Na transposição colunar, escreva o texto claro em linhas sob uma palavra-chave e depois leia as colunas na ordem alfabética das letras da palavra-chave. A palavra-chave "KEY" produziria a ordem das colunas 2-1-3 (E antes de K, antes de Y).

As colunas resultantes entrelaçam o texto original de uma maneira que destrói os padrões locais. A decifragem exige escrever o texto cifrado de volta nas colunas na mesma ordem e lê-lo linha por linha.

Cada camada de uma cifra clássica aborda uma fraqueza diferente. A substituição oculta a identidade das letras; a transposição oculta a posição das letras. Juntas, elas criam uma cifra que exige atacar as duas camadas simultaneamente.

Esse princípio de combinar confusão (substituição) e difusão (transposição) foi posteriormente formalizado por Claude Shannon e tornou-se a base teórica das cifras de bloco modernas, como AES.

Antes de ADFGVX, os alemães usavam ADFGX, uma variante mais simples de 5 letras que não incluía dígitos no quadrado de Polybius. ADFGVX expandiu o quadrado para 6x6 para incluir todos os 10 dígitos, permitindo criptografar dados numéricos.

A expansão de ADFGX para ADFGVX foi uma resposta ao sucesso parcial dos Aliados contra ADFGX. A adição de dígitos aumentou o espaço de chaves e dificultou a análise de frequência de dígrafos ao distribuir os padrões por mais pares de símbolos.

Teste sua compreensão do fracionamento em ADFGVX.

ADFGVX combinava uma substituição pelo quadrado de Polybius com uma transposição colunar, usando o fracionamento para intercalá-las. O alfabeto de seis letras foi escolhido para minimizar os erros de transmissão pelo código Morse.

Apesar de sua sofisticação, Painvin o decifrou explorando a reutilização da chave. A cifra ilustrou tanto o poder da combinação de técnicas clássicas quanto a importância fundamental da segurança operacional.