Cifrado de Alberti
El cifrado de Alberti es el método de cifrado descrito por Leon Battista Alberti en su tratado De Cifris en 1466. Constituye el primer cifrado por sustitución polialfabético conocido. El modo en el que se cambiaba de alfabeto no era periódico (a diferencia de otros cifrados posteriores como el de Vigenère). Para facilitar el proceso de cifrado/descifrado propone unos artilugios conocidos como discos de Alberti.
Discos de Alberti
Los discos de Alberti son artilugios que sirven de herramienta para realizar el cifrado. Estos discos consisten en un armazón fijo en el que está grabado un alfabeto latín convencional ordenado y al final están las cifras 1, 2, 3 y 4. Unido a él por una pieza circular concéntrica y móvil con otro alfabeto grabado de forma que este círculo podía moverse con respecto al otro. De esta forma el usuario puede, mediante un giro del anillo móvil, emparejar el alfabeto del círculo de arriba con tantos alfabetos del círculo de abajo como giros distintos del anillo dé, hasta un máximo igual a los caracteres del alfabeto empleado.
El anillo fijo tiene 24 celdas iguales y en cada una de ellas hay grabada un símbolo del alfabeto latino en letras mayúsculas en el orden habitual. A continuación están los número 1, 2, 3, 4 por este orden. Este alfabeto se usará para el texto en claro.
El anillo móvil tiene 24 celdas iguales y en cada una de ellas hay grabada un símbolo del alfabeto latino en minúscula o los símbolos '&', 'y', 'k' y 'h'. El orden de las celdas puede ser cualquiera. Este alfabeto se usará para el texto cifrado.
Por tanto el número de alfabeto distintos usables para un disco de Alberti determinado es de 24.
Código de recifrado y caracteres nulos
En el anillo fijo (el del alfabeto del texto en claro) aparecen las cifras del 1 al 4. Alberti aprovecha todas las combinaciones de 2, 3 y 4 cifras de estos números (336=4^2+4^3+4^4 grupos) para poder establecer un código y así aumentar la seguridad del sistema. A este código se le llama «código de recifrado» (en inglés superencipherment). Para aprovechar esta potencialidad tanto el receptor como el emisor deben compartir un «libro de códigos» que indique el significado del cada código usado. En este libro de códigos estarían aquellas palabras o frases de especial trascendencia en el ámbito de uso del cifrado, y por tanto a las que hay que dar mayor seguridad. Por ejemplo el libro de códigos podría atribuir al código «21» el significado «Lanzar ataque» y al código «23» asignar el significado «Replegarse».
Por otro lado las cifras son introducidas para despistar y serán descartados cuando el receptor realice el descifrado. Por eso se dice que son «caracteres nulos».
Algoritmo de cifrado/descifrado
La clave del sistema viene definida por el orden de los símbolos en el anillo móvil y por la situación inicial relativa de los dos anillos. Para descifrar el receptor tiene que realizar operaciones inversas a las que realiza el que cifra. Para ello los giros que hay que ir realizando en el anillo móvil se indican en el texto cifrado siguiendo cierto convenio que el que descifra tiene que ir siguiendo. Hay dos algoritmos para cifrar. Para explicarlos veamos un ejemplo de aplicación de ambos.
Ejemplo
Texto plano
- Texto plano original: «La guerra».
Preprocesado
Para adaptar el texto plano a las posibilidades de nuestro cifrador es necesario realizar un proceso de preprocesado. En este proceso convertimos al alfabeto del texto plano, aplicamos el código de recifrado (en este caso vamos a suponer que el libro de códigos no es aplicable) y si es necesario usamos caracteres nulos.
En un primer paso pasamos obtenemos el texto plano: «LAGVERRASIFARA» Vemos que la R doble puede producir problemas y entonces podemos considerar dos estrategias: eliminarla o introducir un carácter nulo. Con la primera estrategia obtendremos «LAGVERASIFARA» y con la segunda «LAGVER2RASIFARA».
Cifrado
Vamos a usar uno de los dos textos obtenidos en el preprocesado para cifrar en cada uno de los algoritmos de cifrado.
Primer método de cifrado
Texto a cifrar : «LAGVER2RASIFARA».
Clave:
- El orden del disco móvil es «gklnprtuz&xysomqihfdbace»
- Se elige una letra del disco móvil como índice, únicamente conocido por el emisor y el receptor. Supongamos que es la «g».
Se hace coincidir la «g» con la letra del disco móvil que queramos, por ejemplo la «A». Por tanto los discos quedan así:
- ABCDEFGILMNOPQRSTVXZ1234 Anillo fijo
- gklnprtuz&xysomqihfdbace Anillo móvil
El mensaje cifrado comenzará con la letra «A» elegida para indicar cómo están los discos y se continúa sustituyendo hasta que se decide girar el disco. En ese momento se vuelve a poner la letra que coincide con la «g» y vuelta a empezar. Por tanto si ciframos con la posición anterior de los discos hasta que pasamos a cifrar la letra «S» y ahí cambiamos giramos y ponemos la «g» en la «Q» obtenemos el texto cifrado:
- _LAGVER2RA_SIFARA texto a cifrar
- AzgthpmamgQlfiyky texto cifrado
Observar que cuando realizó el giro los discos quedan en la posición relativa:
- QRSTVXZ1234ABCDEFGILMNOP Anillo fijo
- gklnprtuz&xysomqihfdbace Anillo móvil
Segundo método de cifrado
Texto a cifrar : «LAGVERASIFARA».
Clave:
- El orden del disco móvil es gklnprtuz&xysomqihfdbace
- Se elige una letra del disco fijo como índice, únicamente conocido por el emisor y el receptor. Supongamos que es la letra «A».
Se hace coincidir la «A» con la letra del disco móvil que queramos, por ejemplo la «m». Por tanto los discos quedan así:
- ABCDEFGILMNOPQRSTVXZ1234 Anillo fijo
- mqihfdbacegklnprtuz&xyso Anillo móvil
El mensaje cifrado comenzará con la letra «m» elegida para indicar como están los discos y se continúa sustituyendo hasta que se decide girar el disco. En ese momento se cifra el número «3» que indicará al receptor que hay que mover el anillo. El anillo se moverá de tal forma que el resultado de cifrar el «3» sea alineado con nuestra clave.
Por tanto si queremos móvil el anillo móvil en la letra «S» lo que tenemos que cifrar es «LAGVERA3SIFARA». Por tanto el mensaje cifrado quedará:
- _LAGVERA3SIFARA texto a cifrar
- mcmbufpmsndhsls texto cifrado
Observar que cuando realizó el giro los discos quedan en la posición relativa:
- ABCDEFGILMNOPQRSTVXZ1234 Anillo fijo
- somqihfdbacegklnprtuz&xy Anillo móvil
Instrumentos similares y desarrollos
Un instrumento parecido para ayudar a la realización de un cifrado de sustitución, monoalabético o polialfabético, es la tablilla de Saint-Cyr. Tiene la importante diferencia de que no se presenta en forma de disco sino con una combinación de dos cintas paralelas que pueden correr separadamente.
En el siglo XX, las máquinas criptográficas de rotores como la máquina alemana Enigma son aplicaciones electromecánicas de los principios de este cifrado de Alberti.
Referencias
- Francisco Martínez Navarro,'La máquina Enigma y otros dispositivos de encriptación'.
- Alberti, Leon Battista, A Treatise on Ciphers, trans. A. Zaccagnini. Foreword by David Kahn, Galimberti, Torino 1997.
- Buonafalce, Augusto, “An Exercise in Solving the Alberti Disk”. The Cryptogram LIV, 5, ACA, Plano 1999.
- Richard A. Mollin, "Codes The Guide to Secrecy from Ancient to Modern Times". Chapman & HALL/CRC, 2005.
- J. G. Carmona, "Tratado de criptografía con aplicación especcial al ejército". Ministerio de Defensa, 2011.