Cifrado Vigenère

¿Qué es el cifrado Vigenère?

El cifrado Vigenère es un cifrado de sustitución polialfabético que codifica el texto mediante una palabra clave. En lugar de desplazar cada letra una misma cantidad fija, como hace el cifrado César, utiliza cada letra de la palabra clave para aplicar un desplazamiento diferente a cada letra del mensaje, recorriendo la palabra clave una y otra vez. Como una misma letra plana puede convertirse en varias letras cifradas distintas según su posición, el cifrado oculta el patrón de frecuencia de letras individuales que hace tan fáciles de romper los cifrados sencillos.

Durante unos tres siglos se consideró irrompible, lo que le valió el apodo francés de le chiffre indéchiffrable, el cifrado indescifrable. Hoy es uno de los favoritos en acertijos, salas de escape y desafíos de captura de bandera, y una lección clásica sobre cómo una clave refuerza un cifrado.

Cómo funciona el cifrado Vigenère

Primero eliges una palabra clave, como LEMON. La palabra clave se repite sobre el mensaje de modo que cada letra del texto plano queda emparejada con una letra de la clave. Cada letra de la clave representa un desplazamiento: A significa desplazar 0, B desplazar 1, C desplazar 2, y así sucesivamente hasta la Z, que desplaza 25. Para cifrar, sumas cada letra del texto plano a su letra de la clave y das la vuelta al alfabeto; para descifrar, restas en su lugar.

Solo se cifran las letras de la A a la Z, y cada una conserva su forma en mayúscula o minúscula. Los espacios, los dígitos y la puntuación pasan sin tocarse y no consumen ninguna letra de la clave, de modo que la clave siempre se mantiene alineada con las letras reales del mensaje.

Ejemplo práctico: palabra clave LEMON

Toma la frase ATTACK AT DAWN y la palabra clave LEMON. Alinear la palabra clave repetida con las letras da LEMONLEMONLE. Sumando cada letra del texto plano a su letra de la clave, A plus L is L, T plus E is X, T plus M is F, y así sucesivamente, se obtiene el texto cifrado LXFOPVEFRNHR. Fíjate en que las dos letras T de ATTACK se convierten en letras cifradas diferentes, X y F, porque están bajo letras de clave distintas. Eso es exactamente lo que derrota al análisis de frecuencia simple.

Para descodificar, inviertes el proceso con la misma palabra clave, restando cada letra de la clave, o lees la tabula recta al revés. Sin la palabra clave, el texto cifrado apenas revela nada.

La fórmula de Vigenère y la tabula recta

Si las letras se numeran del 0 al 25, con la A como 0 y la Z como 25, el cifrado es C = (P + K) mod 26 y el descifrado es P = (C - K) mod 26, donde P es la letra del texto plano, K es la letra actual de la clave, y el mod 26 hace que el alfabeto dé la vuelta. La misma operación puede hacerse a mano con la tabula recta, una cuadrícula de 26 por 26 con alfabetos desplazados. Busca la letra de la clave a la izquierda y la letra del texto plano en la fila superior, y la celda donde se cruzan la fila y la columna es la letra del texto cifrado.

Las variantes Autoclave y Beaufort

La variante Autoclave corrige la principal debilidad del cifrado estándar: la clave que se repite. Una vez agotada la palabra clave, la clave continúa con el propio texto plano, de modo que la clave en curso nunca se repite y el cifrado es mucho más difícil de atacar. El descifrado recupera el texto plano letra a letra y lo vuelve a introducir en el flujo de la clave.

La variante Beaufort usa la fórmula C = (K - P) mod 26. Como restar de la clave es su propio inverso, la misma operación cifra y descifra a la vez, lo que la hacía cómoda para los discos de cifrado que antaño se usaban en el mar. Esta herramienta admite las tres para que puedas compararlas sobre el mismo texto y la misma palabra clave.

Cómo romper el cifrado Vigenère

El cifrado se rompe en dos etapas. Primero averiguas la longitud de la palabra clave, clásicamente con el examen de Kasiski, que busca grupos repetidos de letras en el texto cifrado y mide las distancias entre ellos, o con el test de Friedman, que usa el índice de coincidencia. Una vez conocida la longitud de la clave, el texto cifrado se divide en esa cantidad de columnas, cada una cifrada con un único desplazamiento César, y el análisis de frecuencia habitual rompe cada columna por separado.

Esto significa que un cifrado Vigenère con una clave corta sobre un mensaje largo es bastante vulnerable, por lo que la fortaleza del cifrado depende en gran medida de usar una clave larga y no repetitiva. Las ideas del Autoclave y de la libreta de un solo uso surgieron directamente del intento de eliminar esa repetición.

Una breve historia del cifrado Vigenère

La idea de usar una palabra clave para alternar entre alfabetos la publicó por primera vez Giovan Battista Bellaso en 1553, partiendo de las tablas polialfabéticas de Johannes Trithemius y Leon Battista Alberti. Más tarde el método se atribuyó por error al diplomático francés Blaise de Vigenère, cuyo nombre quedó fijado aunque su propia obra describía la versión Autoclave, más sólida. El cifrado de clave repetida resistió a los criptoanalistas durante siglos hasta que Charles Babbage lo rompió en privado en la década de 1850 y Friedrich Kasiski publicó un método general en 1863.