Gilbert Sandford Vernam (3 de abril de 1890 - 7 de febrero de 1960) fue un graduado del Instituto Politécnico de Worcester en 1914 e ingeniero de los Laboratorios Bell de AT&T que, en 1917, inventó un cifrado de flujo polialfabético aditivo y más tarde co-inventó un cifrado de teclado automatizado de un solo uso . Vernam propuso un cifrado mediante teleimpresora en el que una clave previamente preparada , guardada en una cinta de papel , se combina carácter por carácter con el mensaje de texto plano para producir el texto cifrado . Para descifrar el texto cifrado, se volvería a combinar la misma clave carácter por carácter, produciendo el texto sin formato . Más tarde, Vernam trabajó para Postal Telegraph Company y se convirtió en empleado de Western Union cuando esa empresa adquirió Postal en 1943. Su trabajo posterior fue principalmente con sistemas de conmutación automática para redes telegráficas .
La función de combinación Vernam especificada en la patente estadounidense 1.310.719 , expedida el 22 de julio de 1919, es la operación XOR , aplicada a los impulsos o bits individuales utilizados para codificar los caracteres en el código Baudot . Vernam no utilizó el término "XOR" en la patente, pero implementó esa operación en lógica de retransmisión . En el ejemplo que dio Vernam, el texto sin formato es A , codificado como " ++--- " en Baudot, y el carácter clave es B , codificado como " +--++ ". El texto cifrado resultante será " -++-++ ", que codifica una G . La combinación de G con el carácter clave B en el extremo receptor produce " ++--- ", que es el texto sin formato original A. La NSA ha calificado esta patente como "quizás una de las más importantes en la historia de la criptografía". [1]
Poco después, Joseph Mauborgne , por aquel entonces capitán del Cuerpo de Señales del Ejército de EE.UU. , propuso, además, que la clave de la cinta de papel contuviera información aleatoria . Las dos ideas, cuando se combinan, implementan una forma automática de libreta de un solo uso , aunque ninguno de los inventores usó el nombre en ese momento.
Claude Shannon , también de los Laboratorios Bell, demostró que la plataforma de un solo uso, implementada correctamente, es irrompible en su investigación sobre la Segunda Guerra Mundial que se publicó más tarde en octubre de 1949. También demostró que cualquier sistema irrompible debe tener esencialmente las mismas características que el bloc de un solo uso: la clave debe ser verdaderamente aleatoria, tan grande como el texto sin formato, nunca reutilizarse total o parcialmente y mantenerse en secreto. [2]
En terminología moderna, un cifrado Vernam es un cifrado de flujo simétrico en el que el texto sin formato se combina con un flujo de datos aleatorio o pseudoaleatorio (el "flujo de claves") de la misma longitud, para generar el texto cifrado, utilizando el "o exclusivo" booleano ( función XOR) . Esto está simbolizado por ⊕ [3] y representado por la siguiente " tabla de verdad ", donde + representa "verdadero" y - representa "falso".
Otros nombres para esta función son: No igual (NEQ), suma de módulo 2 (sin 'carry') y resta de módulo 2 (sin 'préstamo').
El cifrado es recíproco en el sentido de que se utiliza el mismo flujo de claves tanto para cifrar texto sin formato en texto cifrado como para descifrar texto cifrado para obtener el texto sin formato original:
y:
Si el flujo de claves es verdaderamente aleatorio y se usa solo una vez, se trata efectivamente de un pad de un solo uso . La sustitución de datos pseudoaleatorios generados por un generador de números pseudoaleatorios criptográficamente seguro es una construcción común y eficaz para un cifrado de flujo. RC4 es un ejemplo de cifrado Vernam que se utiliza ampliamente en Internet.
Sin embargo, si se utiliza el mismo flujo de claves para dos mensajes, conocido por los criptoanalistas como profundidad , el efecto del flujo de claves se puede eliminar, dejando los dos textos planos sometidos a XOR juntos. El resultado es equivalente a un cifrado de clave en ejecución y los dos textos sin formato pueden separarse mediante técnicas criptoanalíticas lingüísticas.
Un error de este tipo por parte de un operador permitió que los británicos realizaran el criptoanálisis del cifrado de Lorenz en Bletchley Park durante la Segunda Guerra Mundial . Diagnosticaron cómo se generaba el flujo de claves, descubrieron cómo descifrar el cifrado y leyeron grandes cantidades de mensajes de alto nivel hacia y desde el alto mando alemán sin siquiera ver una máquina Lorenz real. [4]