HISTORIA DE LA CRIPTOGRAFÍA

La actividad Criptográfica II

Docente: Juan Carlos Broncano Torres FISE Lima-Perú

La figura más fascinante del criptoanálisis del siglo XIX es Charles Babbage , el excéntrico genio británico más conocido por desarrollar el precursor del ordenador moderno.

Él consiguió descifrar la cifra Vigenère y al hacerlo realizó el mayor avance criptoanalítico desde que los eruditos árabes del siglo IX descifraron la cifra monoalfabética inventando el análisis de frecuencia.

A lo largo de los años, acumuló un gran archivo de mensajes cifrados, que planeaba usar como base para un libro seminal sobre el criptoanálisis, titulado The Philosophy of Decyphering («La filosofía del desciframiento»). El libro contendría dos ejemplos de todos los tipos de cifras, uno que sería descifrado como demostración y otro que sería dejado como ejercicio para el lector. Desgraciadamente, como sucedió con muchos otros de sus grandes planes, el libro nunca se completó.

¿Qué medio se le ocurrió a Babbage para esta tarea?

Charles Babbage partió de que el número de letras de la palabra clave empleada determinaba el número de distintos alfabetos de sustitución usados. De esta manera, si por ejemplo dicha longitud era de cinco letras, ello significaba que cada carácter del mensaje original podía quedar cifrado de cinco maneras diferentes. Así pues, el primer paso a llevar a cabo era el determinar la longitud de la palabra clave. Suponiendo que se tenía un texto cifrado lo suficientemente largo, dicho primer paso se acometía aprovechando aquellas palabras que se cifraban de igual manera en el texto, me refiero por ejemplo a artículos o pronombres. Estas palabras aparecen cifradas con la misma equivalencia a lo largo del texto cuando los ordinales de sus letras constituyentes difieren en un múltiplo de la longitud de la palabra clave. De esta manera, viendo las palabras (cifradas) repetidas, determinando la diferencia entre los ordinales de sus letras en relación al inicio del texto y obteniendo los comunes divisores de dichas diferencias se podía obtener un conjunto de longitudes plausibles para la palabra clave.

Se seguía el análisis usando la longitud más probable de entre las encontradas. El siguiente paso consistía en aplicar un análisis de frecuencias a aquellas letras del mensaje cifrado cuyo ordinal difiere en un múltiplo de dicha primera longitud supuesta.

El siguiente paso

Como el cifrado polialfabético Vigenère con cinco letras en su palabra clave –por ejemplo- es equivalente a cinco cifrados monoalfabéticos (o cifrados simples de sustitución) que se van repitiendo en letras cuyo ordinal difiere en el mencionado múltiplo se tiene que para aplicar aquí el análisis de frecuencias basta con hacerlo cinco veces. Es algo similar a descifrar por análisis de frecuencias cinco mensajes que forman parte del total, y que son los formados por las letras con ordinales separados por la longitud de la clave. Evidentemente si con la primera longitud de clave bajo prueba no se obtenía nada coherente, se pasaba a la segunda más probable y se volvía a repetir el proceso hasta obtener con alguna de ellas el mensaje descifrado.

El criptoanálisis de la cifra Vigenère realizado por Babbage fue logrado probablemente en 1854, pero su descubrimiento no fue reconocido en absoluto, porque nunca lo publicó. El descubrimiento no salió a la luz hasta el siglo xx, cuando algunos eruditos examinaron las extensas notas de Babbage. Mientras tanto, su técnica fue descubierta independientemente por Friedrich Wilhelm Kasiski.

Un oficial retirado del ejército prusiano. Desde 1863, cuando publicó su gran avance criptoanalítico

en Die Geheimschriften und die Dechijfrirkunst ( «La escritura secreta y el arte del desciframiento»), la técnica ha sido conocida como la Prueba Kasiski .

Las columnas de la agonía

Gracias a los avances realizados por Charles Babbage y Friedrich Kasiski, la cifra Vigenère ya no era segura. Los criptógrafos ya no podían garantizar el secreto ahora que los criptoanalistas habían contraatacado para recuperar el control en la guerra de las comunicaciones. Aunque los criptógrafos trataron de diseñar nuevas cifras, nada de gran importancia surgió durante la segunda mitad del siglo XIX, y la criptografía profesional estaba en desorden.

El desarrollo del telégrafo, que había introducido un interés comercial en la criptografía, fue también el responsable de generar un interés público en la criptografía. El público se dio cuenta de la necesidad de proteger los mensajes personales de naturaleza altamente sensible, y si era necesario utilizaba la codificación, a pesar de que se tardaba más tiempo en enviarse, por lo que subía el precio del telegrama. Los operadores Morse podían enviar un texto en inglés normal a una velocidad de hasta 35 palabras por minuto, porque podían memorizar frases enteras y transmitirlas de una sola vez, mientras que el revoltijo de letras que constituye un texto cifrado era considerablemente más lento de transmitir, porque el operador tenía que consultar continuamente el mensaje escrito del emisor para revisar la secuencia de letras.

en la Inglaterra victoriana con gran frecuencia se prohibía a los jóvenes amantes que expresaran su afecto en público, y ni siquiera podían comunicarse por carta por si sus padres interceptaban y leían su contenido. Esto tuvo como resultado que los amantes se intercambiaban mensajes cifrados a través de las columnas personales de los periódicos. Estas «columnas de la agonía» , como se las llamaba, provocaron la curiosidad de los criptoanalistas, que escudriñaban las notas y trataban de descifrar su excitante contenido. Se sabe que Charles Babbage se deleitó en esta actividad, así como sus amigos sir Charles Wheatstone y el barón Lyon Playfair , que juntos fueron los responsables de la creación de la hábil cifra Playfair.

Antes de la revisión del sistema postal inglés a mitad del siglo XIX, enviar una carta costaba alrededor de un chelín por cada mil millas, lo que resultaba impagable para la mayoría de la gente. Sin embargo, los periódicos se podían enviar gratis, y esto proporcionó un respiro a los ahorradores victorianos. En vez de escribir y enviar cartas, la gente empezó a utilizar pinchazos para deletrear un mensaje en la portada de un periódico. Podían enviar el periódico por correo sin tener que pagar ni un penique.

Una Nueva Alternativa

LA CIFRA DEL BARÓN LYON PLAYFAIR

LAS CIFRAS DE BEALE

El caso de las cifras Beale incluye aventuras del salvaje Oeste, un vaquero que amasó una gran fortuna, un tesoro enterrado valorado en 20 millones de dólares y unos misteriosos papeles cifrados que describen su paradero. Gran parte de lo que se conoce de esta historia, incluidos los papeles cifrados, lo contiene un folleto publicado en 1885. Aunque sólo tiene 23 páginas, el folleto ha desconcertado a generaciones de criptoanalistas y cautivado a cientos de cazadores de tesoros.

La historia comienza en el hotel Washington de Lynchburg, Virginia, sesenta y cinco años antes de la publicación del folleto. Según éste, el hotel y su dueño, Robert Morriss.

En enero de 1820, un extraño llamado Thomas J. Beale entró a caballo en Lynchburg y se registró en el hotel Washington.

Era famoso como anfitrión, y su reputación se extendió incluso a otros Estados.

Dos años después, en enero de 1822, Beale regresó al hotel Washington, «más moreno y oscuro que nunca». Una vez más, pasó el resto del invierno en Lynchburg y desapareció en primavera, pero no sin antes haber confiado a Morriss una caja de hierro cerrada con llave.

hasta que recibió una carta de Beale, con fecha del 9 de mayo de 1822 y enviada desde San Luis. Tras varias frases de cortesía y un párrafo sobre el plan de viajar a las llanuras «para cazar búfalos y encontrar osos pardos salvajes», la carta de Beale revelaba la importancia de la caja: Contiene papeles que afectan vitalmente a mi propia fortuna y la de otras personas que tienen negocios conmigo, y en caso de que yo muera, su pérdida podría ser irreparable. Por tanto, comprenderá usted la necesidad de guardada con vigilancia y cuidados para evitar semejante catástrofe. Si ninguno de nosotros vuelve, por favor guarde la caja con cuidado durante diez años a partir de la fecha de esta carta, y si ni yo, ni alguien con mi autorización, pedimos su devolución durante ese tiempo, ábrala, lo que podrá hacer quitando la cerradura. Encontrará, además de los papeles dirigidos a usted, otros papeles que serán incomprensibles sin la ayuda de una clave. Esa clave la he dejado en manos de un amigo en esta localidad, sellada y dirigida a usted, y con instrucciones de que no se entregue hasta junio de 1832. Con ella comprenderá totalmente todo lo que tendrá que hacer.

La primera hoja describía la ubicación del tesoro La segunda esbozaba su contenido

La tercera enumeraba los familiares de los hombres que debían recibir una parte del tesoro.

Beale creía que Morriss era un hombre íntegro, por lo que le confió la caja que contenía las tres hojas codificadas, las denominadas cifras Beale. Cada hoja codificada contenía una selección de números .Y el desciframiento de los números revelaría todos los detalles relevantes.

La Declaración de la Independencia norteamericana resultó ser el texto clave para la segunda cifra Beale, y numerando las palabras de la Declaración es posible resolver la desenmarañada.

Todo lo que se sabe de la extraña historia de las cifras Beale está publicado en el folleto, de forma que es gracias al autor que tenemos las cifras y el relato de Morriss de la historia. Además, el autor es también el responsable del desciframiento certero de la segunda cifra Beale.

LAS MAQUINAS DE CIFRADO

La Aparición de la radio

Al final del siglo XIX, la criptografía estaba en desorden. Desde que Babbage y Kasiski acabaron con la seguridad de la cifra Vigenère , los criptógrafos habían estado buscando una nueva cifra, algo que lograra restablecer la comunicación secreta, permitiendo de esta forma a los hombres de negocios y a los militares sacar provecho a la inmediación del telégrafo sin que sus comunicaciones fueran robadas y descifradas. Además, hacia finales de siglo, el físico italiano Guglielmo Marconi inventó una forma de telecomunicación todavía más poderosa, que hizo aún más apremiante la necesidad de una codificación segura.

En 1894 Marconi empezó a experimentar con una curiosa propiedad de los circuitos eléctricos. Bajo ciertas condiciones, si un circuito llevaba una corriente eléctrica, esto podía inducir una corriente en otro circuito aislado situado a cierta distancia. Mejorando el diseño de los dos circuitos, aumentando su potencia y añadiendo antenas, Marconi no tardó en transmitir y recibir pulsaciones de información entre distancias de hasta 2,5 km. Había inventado la radio.

En 1896, buscando respaldo económico para su idea, Marconi emigró a Gran Bretaña, donde obtuvo su primera patente. Continuando con sus experimentos, aumentó el alcance de sus comunicaciones por radio, transmitiendo primero un mensaje a través de los 15 km del canal de Bristol, y luego los 53 km del canal de la Mancha hasta Francia. Al mismo tiempo comenzó a buscar aplicaciones comerciales para su invento, señalando a los patrocinadores potenciales las dos ventajas principales de la radio: no requería la construcción de costosas líneas de telégrafo y tenía el potencial de enviar mensajes entre lugares que de otra forma permanecerían aislados

El invento de Marconi sedujo a los militares, que lo vieron con una mezcla de deseo y agitación. Las ventajas tácticas de la radio eran obvias: permite la comunicación directa entre dos puntos sin necesidad de un cable entre los emplazamientos. Tender esos cables es a menudo muy poco práctico, y a veces imposible.

Las ventajas e inconvenientes de la radio -facilidad de comunicación y facilidad de interceptación- se pusieron claramente de manifiesto al estallar la primera guerra mundial.

entre 1914 y 1918 no iba a surgir ningún gran descubrimiento, solamente un catálogo de fracasos criptográficos.

LA CIFRA ADFGVX ALEMANA

Introducida el 5 de marzo de 1918, justo antes de la gran ofensiva alemana que comenzó el 21 de marzo. Un comité de criptógrafos había seleccionado la cifra ADFGVX entre una variedad de candidatas, creyendo que ofrecía la mejor seguridad. De hecho, confiaban en que era indescifrable. La fortaleza de la cifra radicaba en su naturaleza enrevesada, una mezcla de sustitución y trasposición.

El francés Georges Painvin

El 2 de junio descifró un mensaje ADFGVX. El desciframiento de la cifra ADFGVX tipificó la criptografía durante la primera guerra mundial . Aunque había una ráfaga de nuevas cifras, todas ellas eran variaciones o combinaciones de cifras decimonónicas que ya habían sido descifradas.

El mayor problema para los criptoanalistas era enfrentarse al volumen mismo del tráfico.

Antes de la llegada de la radio, los mensajes interceptados eran artículos infrecuentes y preciosos, y los criptoanalistas valoraban cada uno de ellos. Sin embargo, en la primera guerra mundial la cantidad de tráfico de radio era enorme, y se podía interceptar cada uno de los mensajes, generando un flujo continuo de textos cifrados para ocupar las mentes de los criptoanalistas. Se estima que los franceses

interceptaron mil millones de palabras de comunicaciones alemanas durante el curso de la primera guerra mundial. De todos los criptoanalistas de los tiempos de la guerra, los franceses fueron los más eficaces. Cuando entraron en la guerra ya contaban con el equipo de descifradores más fuerte de Europa .

El Análisis del Tráfico

Los franceses desarrollaron varias técnicas auxiliares para recoger inteligencia por radio , métodos que no tenían que ver con el desciframiento en sí. Por ejemplo , los puestos de escucha franceses aprendieron a reconocer el puño de los operadores de radio. Una vez codificado, un mensaje se envía en código Morse, como una serie de puntos y rayas, y cada operador puede ser identificado por sus pausas, la velocidad de transmisión y la longitud relativa de los puntos y las rayas. Un puño es el equivalente de un estilo reconocible de letra. Además de puestos de escucha operativos, los franceses establecieron seis estaciones para descubrir la dirección, que podían detectar de dónde procedía cada mensaje. Cada estación movía su antena hasta que la señal entrante alcanzaba su máxima potencia, lo que identificaba una dirección como el origen del mensaje. Combinando la información sobre la dirección ofrecida por dos o más estaciones, era posible localizar el origen exacto de un mensaje. Combinando la información del puño con la de la dirección, era posible establecer tanto la identidad como el emplazamiento de, por ejemplo, un batallón en particular.

El Abhorchdienst

Era una oficina alemana para romper el código que funcionó durante los últimos años de la Primera Guerra Mundial . E fue fundada en 1916 y se compone principalmente de los matemáticos. Otros países, como Francia y Austria-Hungría, se habían formado organizaciones similares en una fase anterior, pero el contexto militar no requerirá el desarrollo de la presidencia alemana hasta 1916.

El Telegrama Zimmermann

Los británicos y los americanos también hicieron contribuciones importantes al criptoanálisis aliado. La supremacía de los descifradores aliados y su influencia en la primera guerra mundial quedan perfectamente ilustrados en el desciframiento de un telegrama alemán que fue interceptado por los británicos el 17 de enero de 1917.

El telegrama Zimmermann fue un telegrama enviado al ministro de Asuntos Exteriores del Imperio Alemán, el 16 de enero de 1917 (durante la Primera Guerra Mundial), a su embajador en México, conde Heinrich von Eckardt.

Intercepción británica

El Telegrama Zimmermann fue interceptado y descifrado lo suficiente como para poder leer un esbozo de su contenido, por los criptógrafos Nigel de Grey y William Montgomery de la unidad de la Inteligencia Naval Británica conocida como "Habitación 40" (en inglés Room 40), a cargo del almirante William R. Hall. Esto fue posible porque el código de cifrado utilizado por el Ministerio de Asuntos Exteriores de Alemania (llamado 0075) había sido analizado y parcialmente descifrado, se cree que utilizando mensajes ya descifrados y un libro de códigos anterior capturado por Wilhelm Wassmus, un agente alemán que trabajaba en el Oriente Medio.

En el mismo se instruía al embajador para que acercara al Gobierno mexicano una propuesta para formar una alianza contra los Estados Unidos.

Los discos de cifra

La primera máquina criptográfica es el disco de cifras, inventado en el siglo xv por el arquitecto italiano Lean Alberti, uno de los padres de la cifra polialfabética. Tomó dos discos de cobre, uno ligeramente mayor que el otro, e inscribió el alfabeto al borde de ambos. Colocando el disco pequeño sobre el grande y fijándolos con una aguja que sirviera de eje

La maquina Enigma

En 1918 el inventor alemán Arthur Scherbius y su íntimo amigo Richard Ritter fundaron la compañía Scherbius y Ritter, una innovadora empresa de ingeniería que lo cubría todo, desde turbinas a almohadas eléctricas. Uno de sus proyectos preferidos era sustituir los inadecuados sistemas de criptografía empleados en la primera guerra mundial cambiando las cifras de «lápiz y papel» por una forma de codificación que sacara partido a la tecnología del siglo XX.

Se desarrolló una pieza de maquinaria criptográfica que era esencialmente una versión eléctrica del disco de cifras de Alberti. El invento de Scherbius, denominado Enigma, se convertiría en el más temible sistema de codificación de la Historia.

La es una máquina de cifras con dos modificadores. Cada vez que se codifica una letra, el primer modificador gira un espacio, o desde el punto de vista del diagrama en dos dimensiones, cada cableado desciende una posición. El segundo disco modificador, por el contrario, permanece inmóvil la mayor parte del tiempo. Sólo se mueve después de que el primer modificador ha realizado una revolución completa. El primer modificador cuenta con un diente y sólo cuando este diente llega a un cierto punto hace que el segundo modificador se mueva una posición.

La idea de Scherbius era que el modificador girase automáticamente un sexto de revolución cada vez que se codificara una letra (o, más bien, un veintiseisavo de revolución para un alfabeto completo de 26 letras).

La máquina se puede utilizar para llevar a cabo una cifra polialfabética.

Sin embargo, la máquina, tal como se presenta, tiene una debilidad obvia. Teclear la b seis veces hará que el modificador vuelva a su posición original y teclear la b una y otra vez repetirá el mismo patrón de codificación. En general, los criptógrafos se han mostrado deseosos de evitar la repetición, porque conduce a la regularidad y la estructura en el texto cifrado, que son los síntomas de una cifra débil. Este problema se puede mitigar introduciendo un segundo disco modificador.

La máquina de codificación de Scherbius estándar usaba un tercer modificador para obtener aún más complejidad: para un alfabeto completo, estos tres modificadores proveerían 26 x 26 x 26, es decir, 17.576 disposiciones diferentes de los modificadores. Segundo, Scherbius añadió un reflector. El reflector se parece un poco a un modificador, en cuanto es un disco de goma con cableados internos, pero es diferente porque no gira, y los cables entran por un lado y vuelven a salir por el mismo lado. Con el reflector colocado, el operador teclea una letra, lo que envía una señal eléctrica a través de los tres modificadores. Cuando el reflector recibe la señal entrante la devuelve a través de los tres mismos modificadores, pero por una ruta diferente.

Descifrando la maquina Enigma

Primeros pasos dados por los polacos

En los años siguientes a la primera guerra mundial, los criptoanalistas británicos de la Sala 40 continuaron vigilando las comunicaciones alemanas. En 1926 comenzaron a interceptar mensajes que los desconcertaron completamente. Había llegado la Enigma, y según aumentaba el número de máquinas Enigma, la habilidad de la Sala 40 para acumular inteligencia disminuyó rápidamente.

Los estadounidenses y los franceses intentaron también abordar la cifra Enigma, pero sus tentativas resultaron igualmente deprimentes y no tardaron en abandonar la esperanza de descifrarla. Alemania contaba ahora con las comunicaciones más seguras del mundo.

Después de la primera guerra mundial, Polonia se restableció como estado independiente, pero sentía amenazada su recién adquirida soberanía. Al este tenía a la Unión Soviética, una nación deseosa de extender su comunismo, y al oeste tenía a Alemania, desesperada por recuperar el territorio que había cedido a Polonia después de la guerra.

los polacos estaban desesperados por obtener información y ampliar su inteligencia, y crearon una nueva oficina de cifras, el Biuro Szyfrów

El Biuro Szyfrów

Es la agencia de Cifrado del gobierno polaco sus matemáticos consiguieron una máquina Enigma a finales de los años veinte de una forma bastante peculiar: Un paquete alemán que supuestamente contenía material de radio se había perdido un sábado por la mañana en una oficina de aduanas de Varsovia; las autoridades alemanas insistían en recuperar el paquete, pues se había enviado por error, y los polacos, sospechando por tanto del envío, lo abrieron y examinaron. Intuyendo lo que tenían delante, llamaron a los criptógrafos, quienes analizaron la máquina durante todo el fin de semana, y el lunes por la mañana, dejando todo como estaba, devolvieron el "material de radio" tal como había llegado.

La máquina era una versión comecial de Enigma, y puesto que no existía aún una versión militar.

En 1928 Alemania comenzó a emitir por radio mensajes cifrados, y el gobierno ordenó a la Agencia de Criptografía analizar los mensajes. Con altibajos, poco se consiguió, y finalmente, en 1932, se contrató a tres matemáticos: Marian Rejewski, Jerzy Różycki and Henryk Zygalski, los cuales comenzaron a tener resultados. Tales eran las aspiraciones que se comenzó a construir un centro especializado en Pyry, al sur de Varsovia, ajeno a miradas indiscretas y visitantes demasiado interesados en el ministerio de la guerra.

Los polacos continuaron con su trabajo, la máquina cambiaba su mecanismo cada poco tiempo- hasta mediados de 1939, cuando se reunieron con expertos franceses y británicos para transferirles sus conocimientos.