La Máquina Enigma

1. La Máquina Enigma Y otrosdispositivos de encriptación Martínez Navarro, Germán Fco.

2. 3 Sistemas de codificaciónantiguos 1 Escítala Disco de Alberti Rueda de Jefferson Disco de Wheatstone 1.1 1.2 1.3 1.4 Índice

3. 3 Sistemas de codificaciónmodernos 2 Máquina de rotores Máquina Enigma Typex SIGABA 2.1 2.2 2.3 2.4 Índice

4. 3 Criptoanálisis 3 Disco de Alberti Rueda de Jefferson Máquina Enigma 3.1 3.2 3.3 Índice

5. 3 Sistemas de codificaciónantiguos 1 Escítala Disco de Alberti Rueda de Jefferson Disco de Wheatstone 1.1 1.2 1.3 1.4 Índice

6. Escítala (1/2) • Sistema de comunicación empleado por los éforos espartanos para el envío de mensajes secretos. • Componentes: • 2 varas del mismo grosor. • 1 tira de cuero o papiro

7. Escítala (2/2) VLSOBOYLLAOOLGMEDAEETRNEEOS • Funcionamiento: • Emisor: • Enrollar la cinta en la vara y escribir el mensaje • Desenrollar la cinta y enviarla • Receptor: • Enrollar la cinta en la vara • Ejemplo: • http://www22.brinkster.com/nosolomates/ayuda/cripto/criptoscitala.htm

8. 3 Sistemas de codificaciónantiguos 1 Escítala Disco de Alberti Rueda de Jefferson Disco de Wheatstone 1.1 1.2 1.3 1.4 Índice

9. Disco de Alberti (1466) (1/4) • Disco externo (24): Un armazón fijo donde está grabado el alfabeto tradicional. • Disco interno (24): Móvil con otro alfabeto grabado. • Alfabetos de cifrado = 24 • Ideado, en 1466, por León BattistaAlberti (1402-1472) . • Concibió el primer sistema polialfabético que se conoce. • Estos cifradores portátiles están formados por:

10. Disco de Alberti (1466) (2/4) • Funcionamiento (ejemplo: 2 alfabetos): • Mensaje  “La guerra si farà” • Se elige una letra del disco central como índice (g en este caso): • Con el primer alfabeto: • …

11. Disco de Alberti (1466) (3/4) • … • Con el segundo alfabeto… • Se encripta el resto del mensaje: • Mensaje encriptado:

12. Disco de Alberti (1466) (4/4) • Ejemplo: • http://serdis.dis.ulpgc.es/~ii-cript/PAGINA%20WEB%20CLASICA/CRIPTOGRAFIA/POLIALFABETICAS/alberti.htm

13. 3 Sistemas de codificaciónantiguos 1 Escítala Disco de Alberti Rueda de Jefferson Disco de Wheatstone 1.1 1.2 1.3 1.4 Índice

14. Rueda de Jefferson (1795) (1/4) • El disco, rueda o cilindro de Jefferson consiste en una serie de discos cilíndricos de igual diámetro que giran independientemente alrededor de un mismo eje. • En el canto de cada disco están escritas todas las letras del abecedario, pero en cada una de ellos en orden distinto. • Permite un cifrado polialfabético. • Inventado originalmente por Thomas Jefferson (1743 – 1826) (izda.). • En 1891 el francés EtienneBazeries (1846-1931) (dcha.) lo modificó levemente y lo puso en circulación.

15. Rueda de Jefferson (1795) (3/4) • Funcionamiento: • Emisor: • Colocar los cilindros en orden formando el mensaje deseado. • Del resto de líneas, elegir una y esa es la frase que se transmite • Receptor: • Colocar los cilindros de manera que se lea la frase recibida • Buscar en el resto de líneas una con sentido

16. Rueda de Jefferson (1795) (4/4) • El cifrado no es determinista • Ejemplo: • http://serdis.dis.ulpgc.es/~ii-cript/PAGINA%20WEB%20CLASICA/CRIPTOGRAFIA/jefferson.htm

17. 3 Sistemas de codificaciónantiguos 1 Escítala Disco de Alberti Rueda de Jefferson Disco de Wheatstone 1.1 1.2 1.3 1.4 Índice

18. Disco de Wheatsone (1817) (1/3) • Disco externo (26): Alfabeto inglés tradicional (ordenado) + espacio en blanco. • Disco interno (26): Alfabeto inglés desordenado. • 2 agujas. • Inventado originalmente por DeciusWadsworth en 1817. • Re-inventado por Charles Wheatstone (foto). • Basados en el algoritmo de encriptación del disco de Alberti  Sustitución polialfabética. • Se compone de:

19. Disco de Wheatsone (1817) (2/3) • Funcionamiento: • La manecilla externa gira haciendo coincidir la letra del disco externo (texto plano) con una del disco interno. • Al completar la vuelta: • Externa  27 posiciones • Interna  26 posiciones • El alfabeto de cifrado cambia cuando: • Fin de palabra de texto plano  Espacio en blanco. • Letras repetidas. • Letras de la palabra desordenada: • Celos  0 vueltas • Mujer  2 vueltas • Hombre  3 vueltas • Cada una de las palabras del mensaje influye en la forma en que se cifran las siguientes

20. 3 Sistemas de codificaciónmodernos 2 Máquina de rotores Máquina Enigma Typex SIGABA 2.1 2.2 2.3 2.4 Índice

21. Máquina de rotores (1/1) • Dispositivo electromecánico usado para el encriptar mensajes secretos. • Muy usadas en los 30-50. • Rotores Discos que giran sobre un eje debido a impulsos electromagnéticos, que provocan que las letras vayan cambiando. • Sustitución polialfabética. • Modelos: • Máquina Enigma (Alemanes). • Typex (Británicos). • SIGABA (Americanos). • Purple (Japoneses). • …

22. 3 Sistemas de codificaciónmodernos 2 Máquina de rotores Máquina Enigma Typex SIGABA 2.1 2.2 2.3 2.4 Índice

23. Máquina Enigma (1923) (1/7) • Usada por los NAZIS durante la WWII • Inventada en 1923 por Arthur Scherbius. • Artilugio electromagnético muy parecido a una máquina de escribir. • Ejemplo (3 rotores): • http://enigmaco.de/enigma/enigma.swf • Modelos: • http://www.cryptomuseum.com/crypto/enigma/index.htm • …

24. Máquina Enigma (1923) (2/7) • … • Componentes: • Teclado • Panel luminoso • 3 rotores • Clavijero

25. Máquina Enigma (1923) (3/7) • Funcionamiento: • El emisor disponía las clavijas y los rotores. • Tecleaba la primera letras del mensaje llano y la máquina, de forma automática, generaba una letra alternativa que se mostraba en el tablero luminoso: la primera letra del mensaje cifrado. • El primer rotor llevaba a cabo una rotación que lo situaba en la siguiente de sus 26 posiciones posibles  nuevo cifrado de los caracteres.El emisor introducía entonces la segunda letras, y así sucesivamente. • Descodificación  Introducir los caracteres cifrados en otra máquina Enigma con la misma configuración que la máquina con la que se encriptó.

26. Máquina Enigma (1923) (4/7) • Rotores: • Inicio: • A  A • B  C • C  B • Rotación 1: • A  C • B  B • C  A • Rotación 2: • A  B • B  A • C  C • Cada rotor  26 cifrados distintos • 3 rotores  26 * 26 *26 = 17.576 cifrados distintos

27. Máquina Enigma (1923) (5/7) • Clavijero: • Permitía intercambiar entre sí pares de letras antes de su conexión con el rotor. • Seis cables en el diseño estándar.

28. Máquina Enigma (1923) (6/7) • Rotores + Clavijero: • ¿Número de claves? • C(N,n) = C(26,6) = 100.391.791.500

29. Máquina Enigma (1923) (7/7) • Total claves (3 rotores, 26 letras, clavijero de 6 cables): • Rotaciones de los rotores  263 = 26 · 26 · 26 = 17.576 • Posiciones de los 3 rotores  6 • Clavijero  100.391.791.500 • Total  6 · 17.576 · 100.391.791.500 = 10.586.916.764.424.000 • Más de diez mil billones de combinaciones de claves.

30. 3 Sistemas de codificaciónmodernos 2 Máquina de rotores Máquina Enigma Typex SIGABA 2.1 2.2 2.3 2.4 Índice

31. Typex (1937) • Variante británica de la máquina Enigma. • Usada en 1937. • 5 rotores (vs 3-4 de Enigma). • Ventajas (vs Enigma): • Un único operador (Enigma 2). • Mensaje encriptado impreso  Se evitaban errores tipográficos. • Conectadas a teletipos. • En Enigma el proceso era: • Introducir a mano el texto plano • Encriptarlo con la máquina • Escribir a mano el resultado • Transmitirlos (normalmente Morse) • Desencriptar  Proceso inverso En Typex sólo había que escribirlos.

32. 3 Sistemas de codificaciónmodernos 2 Máquina de rotores Máquina Enigma Typex SIGABA 2.1 2.2 2.3 2.4 Índice

33. SIGABA (1/3) • Variante ameriaca de la máquina Enigma. • Usada en la WWII hasta los 50. • 15 rotores (vs 3-4 de Enigma) repartidos en 3 bancos de 5.

34. SIGABA (2/3) • Funcionamiento (2º y 3er controlaban al principal): • Segundo banco  Rotores de control: • 26 contactos por rotor. • Recibían 4 señales por paso. • Las salidas se dividían en 10 grupos entre 1 y 6 cables cada uno. • Tercer banco  Rotores índice: • 10 contactos por rotor fijos. • Salida: Entre 1 y 4 de las 5 salidas circulaba corriente • Banco principal  Rotores de cifrado: • 26 contactos por rotor. • Avanzaban 1 o más rotores pseudoaleatoriamente.

35. SIGABA (3/3) • Desventajas: • Grande, pesada, cara, difícil de manejar y mecánicamente compleja y frágil. • Solución  Typex + SIGABA = Máquina Combinada de la Cifra (1943) • Ventajas: • Movimiento pseudoaleatorio  Prácticamente irrompible.

36. 3 Criptoanálisis 3 Disco de Alberti Rueda de Jefferson Máquina Enigma 3.1 3.2 3.3 Índice

37. Máquina Enigma (1/3) Las configuraciones de la máquina se recogían en libros de claves, transmitidos encriptados. Al inicio de cada mensaje se codificaba la nueva disposición de rotores 2 veces (6 letras). A continuación iba el mensaje encriptado con la nueva configuración. Sobre 1931, Marian Rejewski se centró en esas 6 letras, sabiendo que las últimas 3 eran la nueva clave. Construyó la Bomba, capaz de cotejar cualquiera de las posibles posiciones de los 3 rotores. Se pasó de los 10 mil billones a “escasos” 105.456 En 1934 el ByuroSzyfrôw había conseguido romper Enigma y era capaz de descifrar cualquier mensaje en 24 horas.

38. Máquina Enigma (2/3) En 1938 las Enigma disponían de 5 rotores y clavijeros de 10 cables  Claves = 159 trillones En 1939 lo polacos remitieron todo lo que tenían a Bletchey Park. Alan Turing era uno de los miembros. Se sabía que los alemanes se comunicaban sobre las 6 de la tarde el clima  Palabras como lluvia, climas, … aparecerían fijo Turing ideó un sistema eléctrico que reproducía las 1.054.650 combinaciones de orden en apenas 5 horas Si se encontraba la palabra clima, sólo había que meter esa configuración de los rotores en una máquina Enigma. Si esa máquina devolvía en el mensaje encriptado la palabra CIMLA, tan sólo había que tocar el clavijero. Surgió el primer prototipo de ordenador moderno: Colossus

39. Máquina Enigma (3/3)

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