El cifrado de cuatro cuadrados es una técnica de cifrado simétrico manual . [1] Fue inventado por el criptógrafo francés Felix Delastelle .
La técnica encripta pares de letras ( dígrafos ) y, por lo tanto, entra en una categoría de cifrados conocidos como cifrados de sustitución poligráfica . Esto agrega una fuerza significativa al cifrado en comparación con los cifrados de sustitución monográfica que operan sobre caracteres individuales. El uso de dígrafos hace que la técnica de los cuatro cuadrados sea menos susceptible a los ataques de análisis de frecuencia , ya que el análisis debe realizarse sobre 676 dígrafos posibles en lugar de solo 26 para la sustitución monográfica. El análisis de frecuencia de los dígrafos es posible, pero considerablemente más difícil, y generalmente requiere un texto cifrado mucho más grande para ser útil.
El cifrado de cuatro cuadrados utiliza cuatro matrices de 5 x 5 (5x5) dispuestas en un cuadrado. Cada una de las matrices de 5 x 5 contiene las letras del alfabeto (normalmente se omite la "Q" o se colocan tanto la "I" como la "J" en la misma posición para reducir el alfabeto y que quepa). En general, las matrices superior izquierda e inferior derecha son los "cuadrados de texto sin formato" y cada una contiene un alfabeto estándar. Los cuadrados superior derecho e inferior izquierdo son los "cuadrados de texto cifrado" y contienen una secuencia alfabética mixta.
Para generar los cuadrados de texto cifrado, primero se rellenarían los espacios de la matriz con las letras de una palabra clave o frase (eliminando las letras duplicadas) y luego se rellenarían los espacios restantes con el resto de las letras del alfabeto en orden (omitiendo nuevamente la "Q" para reducir el alfabeto para que quepa). La clave se puede escribir en las filas superiores de la tabla, de izquierda a derecha, o siguiendo algún otro patrón, como una espiral que comience en la esquina superior izquierda y termine en el centro. La palabra clave junto con las convenciones para rellenar la tabla de 5 por 5 constituyen la clave cifrada. El algoritmo de cuatro cuadrados permite dos claves independientes, una para cada una de las dos matrices de texto cifrado.
A modo de ejemplo, a continuación se muestran las matrices de cuatro cuadrados para las palabras clave "ejemplo" y "palabra clave". Las matrices de texto simple están en minúsculas y las matrices de texto cifrado están en mayúsculas para que este ejemplo sea visualmente más simple:
abcde EJEMPLOFGHij LBCDFklmno GHIJKEscuela Normal Superior de Norstvwxyz UVWYZ LLAVE DOS abcdeRDABC fghijFGHIJ klmnoInstituto de Tecnología de Massachusetts (LMNPS)TUVXZ vwxyz
Para cifrar un mensaje hay que seguir estos pasos:
abcde EJEMPLOfg h ij LBCDFklmno GHIJKEscuela Normal Superior de Norstvwxyz UVWYZ LLAVE DOS abcdeRDABC fghijFGHIJ klmnoInstituto de Tecnología de Massachusetts (LMNPS)TUVXZ vwxyz
abcde EJEMPLOfg h ij LBCDFklmno GHIJKEscuela Normal Superior de Norstvwxyz UVWYZ TECLA DOS abcd eRDABC fghijFGHIJ klmnoInstituto de Tecnología de Massachusetts (LMNPS)TUVXZ vwxyz
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Usando el ejemplo de cuatro cuadrados dado arriba, podemos cifrar el siguiente texto simple:
Texto sin formato: ayúdame a ob iw an ke no biTexto cifrado: FY GM KY HO BX MF KK KI MD
Aquí está el cuadrado de cuatro escrito nuevamente pero borrando todos los valores que no se usan para cifrar el primer dígrafo "he" en "FY".
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Como se puede ver claramente, el método de cifrado consiste simplemente en encontrar las otras dos esquinas de un rectángulo definido por las dos letras del dígrafo de texto simple. El dígrafo cifrado consiste simplemente en las letras de las otras dos esquinas, con la letra superior derecha en primer lugar.
El descifrado funciona de la misma manera, pero a la inversa. El dígrafo de texto cifrado se divide de modo que el primer carácter va a la matriz superior derecha y el segundo carácter va a la matriz inferior izquierda. A continuación, se ubican las otras esquinas del rectángulo. Estas representan el dígrafo de texto sin formato, con el componente de la matriz superior izquierda en primer lugar.
Al igual que la mayoría de los sistemas de cifrado de la era premoderna, el sistema de cuatro cuadrados se puede descifrar fácilmente si hay suficiente texto. Obtener la clave es relativamente sencillo si se conocen tanto el texto simple como el texto cifrado. Cuando solo se conoce el texto cifrado, el criptoanálisis de fuerza bruta del sistema de cifrado implica buscar en el espacio de claves coincidencias entre la frecuencia de aparición de digramas (pares de letras) y la frecuencia conocida de aparición de digramas en el supuesto idioma del mensaje original.
El criptoanálisis de cuatro cuadrados generalmente implica la comparación de patrones en monografías repetidas. Esto solo es así cuando se conocen las dos matrices de texto simple. Un cifrado de cuatro cuadrados generalmente utiliza alfabetos estándar en estas matrices, pero no es un requisito. Si este es el caso, entonces ciertas palabras siempre producirán repeticiones de texto cifrado de una sola letra. Por ejemplo, la palabra MI LI TA RY siempre producirá la misma letra de texto cifrado en la primera y tercera posiciones independientemente de las palabras clave utilizadas. Patrones como estos se pueden catalogar y comparar con repeticiones de una sola letra en el texto cifrado. Luego se puede insertar un texto simple candidato en un intento de descubrir las matrices de texto cifrado.
A diferencia del cifrado Playfair , un cifrado de cuatro cuadrados no mostrará dígrafos de texto cifrado invertidos para dígrafos de texto simple invertidos (por ejemplo, los dígrafos AB BA se cifrarían según algún patrón XY YX en Playfair, pero no en el cifrado de cuatro cuadrados). Por supuesto, esto solo es cierto si las dos palabras clave son diferentes. Otra diferencia entre el cifrado de cuatro cuadrados y Playfair que hace que el cifrado de cuatro cuadrados sea más sólido es el hecho de que aparecerán dígrafos de letras dobles en el texto cifrado de cuatro cuadrados.
En todos los aspectos, Four Square es un sistema más sólido para cifrar información que Playfair. Sin embargo, es más engorroso debido al uso de dos claves y la preparación de la hoja de cifrado/descifrado puede llevar mucho tiempo. Dado que el aumento de la solidez del cifrado que ofrece Four Square en comparación con Playfair es marginal y que ambos esquemas se pueden anular fácilmente si se dispone de suficiente texto cifrado, Playfair se ha vuelto mucho más común.
Un buen tutorial sobre cómo reconstruir la clave de un cifrado de cuatro cuadrados se puede encontrar en el capítulo 7, "Solución a sistemas de sustitución poligráfica", del Manual de campo 34-40-2, producido por el Ejército de los Estados Unidos.