La sustitución poligráfica es un cifrado en el que se realiza una sustitución uniforme en bloques de letras. Cuando se conoce específicamente la longitud del bloque, se utilizan términos más precisos: por ejemplo, un cifrado en el que se sustituyen pares de letras es bigráfico .
Como concepto, la sustitución poligráfica contrasta con las sustituciones monoalfabéticas (o simples) en las que las letras individuales se sustituyen uniformemente, o las sustituciones polialfabéticas en las que las letras individuales se sustituyen de diferentes maneras según su posición en el texto. En teoría, existe cierta superposición en estas definiciones; Posiblemente se podría considerar que un cifrado de Vigenère con una clave de ocho letras es una sustitución octográfica. En la práctica, esta no es una observación útil ya que es mucho más fructífero considerarlo como un cifrado de sustitución polialfabética.
En 1563, Giambattista della Porta ideó la primera sustitución bigráfica. Sin embargo, no era más que una matriz de símbolos. En la práctica, habría sido casi imposible memorizarlo, y llevarlo sobre la mesa conllevaría el riesgo de caer en manos enemigas.
En 1854, Charles Wheatstone ideó el cifrado Playfair , un sistema basado en palabras clave que podía realizarse sobre papel en el campo. A esto le siguieron durante los siguientes cincuenta años los cifrados de cuatro cuadrados y dos cuadrados , estrechamente relacionados , que son un poco más engorrosos pero ofrecen una seguridad ligeramente mayor. [1]
En 1929, Lester S. Hill desarrolló el cifrado Hill , que utiliza álgebra matricial para cifrar bloques de cualquier longitud deseada. Sin embargo, el cifrado es muy difícil de realizar manualmente para un tamaño de bloque suficientemente grande, aunque se haya implementado mediante una máquina o una computadora. Por lo tanto, esto se encuentra en la frontera entre la criptografía clásica y la moderna.
Los sistemas poligráficos proporcionan una mejora significativa en la seguridad con respecto a las sustituciones monoalfabéticas. Dada una letra 'E' individual en un mensaje, podría cifrarse usando cualquiera de las 52 instrucciones dependiendo de su ubicación y vecinos, que pueden usarse con gran ventaja para enmascarar la frecuencia de letras individuales. Sin embargo, el impulso a la seguridad es limitado; Si bien generalmente se requiere una muestra más grande de texto para descifrarlo, aún se puede hacer a mano.
Se puede identificar un texto cifrado poligráficamente realizando un gráfico de frecuencia de poligramas y no simplemente de letras individuales. Estos se pueden comparar con la frecuencia del inglés en texto plano. La distribución de los digramas es incluso más marcada que la de las letras individuales. Por ejemplo, las seis letras más comunes en inglés (23%) representan aproximadamente la mitad del texto plano en inglés, pero sólo se necesita el 8% más frecuente de los 676 digramas para lograr la misma potencia. Además, incluso en un texto plano de muchos miles de caracteres, uno esperaría que casi la mitad de los diagramas no aparecieran, o lo hicieran apenas. Además, al revisar el texto se esperaría ver una dispersión bastante regular de texto repetido en múltiplos de la longitud del bloque y relativamente pocos que no sean múltiplos.
Descifrar un código identificado como poligráfico es similar a descifrar una sustitución monoalfabética general, excepto que tiene un "alfabeto" más grande. Se identifican los poligramas más frecuentes, se experimenta reemplazándolos con poligramas de texto plano comunes y se intenta construir palabras, frases y, finalmente, significados comunes. Naturalmente, si la investigación llevó al criptoanalista a sospechar que un código era de un tipo específico, como un cifrado Playfair o de orden 2 Hill, entonces podrían utilizar un ataque más específico.