Este documento describe varios sistemas de cifrado clásicos. Explica que la criptografía es el arte de escribir con clave secreta y define dos tipos de criptosistemas: simétricos que usan la misma clave para cifrar y descifrar, y asimétricos que usan claves públicas y privadas. Luego describe varios métodos de cifrado clásicos como el cifrador de Polibios, el cifrador del César y el cifrador de Vigenère, que usan técnicas de sustitución o transposición de letras.

1. Índice
SISTEMAS DE CIFRADO CLÁSICOS ................................................................................................... 2
1. DEFINICIÓN DE CRIPTOGRAFÍA............................................................................................... 2
2. TIPOS DE CRIPTOSISTEMAS .................................................................................................... 2
2.1. Criptosistemas simétricos o de clave privada.................................................................. 2
2.2. Criptosistemas asimétricos o de llave pública................................................................. 3
3. SISTEMAS DE CIFRA CLÁSICOS................................................................................................. 4
3.1. HERRAMIENTAS DE LA CRIPTOGRAFÍA CLÁSICA ............................................................. 4
3.2. CLASIFICACIÓN DE LOS CRIPTOSISTEMAS CLÁSICOS ........................................................ 5
3.3. ALGUNOS MÉTODOS DE CIFRADO CLÁSICOS.................................................................. 5
3.3.1. EL CIFRADOR DE POLYBIOS ..................................................................................... 5
3.3.2. EL CIFRADOR DEL CÉSAR ........................................................................................ 6
3.3.3. CIFRADORES POR SUSTITUCIÓN AFÍN..................................................................... 7
3.3.4. EL CIFRADOR DE VIGENÈRE..................................................................................... 8
3.3.5. CIFRADOR DE PLAYFAIR.......................................................................................... 8
3.3.6. CIFRADOR DE VERMAN........................................................................................ 10

2. SISTEMAS DE CIFRADO CLÁSICOS
1. DEFINICIÓN DE CRIPTOGRAFÍA
La palabra Criptografía proviene del griego "kryptos" que significa oculto,
y "graphia", que significa escritura, y su definición según el diccionario es "el arte
de escribir con clave secreta o de un modo enigmático".
Esta definición puede ser muy interesante y llamativa, pero resulta muy
poco ajustada para los tiempos actuales.
Una definición más técnica de Criptografía sería la siguiente:
Rama inicial de las Matemáticas y en la actualidad también de la
Informática y la Telemática, que hace uso de métodos y técnicas con el
objeto principal de cifrar, y por tanto proteger, un mensaje o archivo por
medio de un algoritmo, usando una o más claves.
Esto dará lugar a diferentes tipos de sistemas de cifra,
denominadoscriptosistemas, que nos permiten asegurar al menos tres
de los cuatro
aspectos básicos de la seguridad informática: la confidencialidad o
secreto del mensaje, la integridad del mensaje y autenticidad del
emisor,así como el no repudio mutuo entre emisor(cliente) y
receptor(servidor).
2. TIPOS DE CRIPTOSISTEMAS
Existen dos tipos fundamentales de criptosistemas:
2.1.Criptosistemas simétricos o de clave privada.
Emplean la misma clave para cifrar y descifrar, tienen el inconveniente de que
para emplearlos en comunicaciones la clave debe ser conocida por el emisor y el
receptor, por lo tanto hay que buscar como transmitir la clave de forma segura.

3. Para que un algoritmo de este tipo sea considerado fiable debe cumplir algunos
requisitos básicos:
Conocido el criptograma (texto cifrado) no se pueden obtener de él ni el
texto en claro ni la clave.
Conocidos el texto en claro y el texto cifrado debe resultar más caro en
tiempo o dinero descifrar la clave que el valor posible de la información
obtenida por terceros.
Todos los sistemas criptográficos clásicos se pueden considerar simétricos, y los
principales algoritmos simétricos actuales son DES, IDEA y RC5.
Las principales desventajas de los métodos simétricos son la distribución de las
claves, el peligro de que muchas personas deban conocer una misma clave y la
dificultad de almacenar y proteger muchas claves diferentes.
2.2.Criptosistemas asimétricos o de llave pública.
También llamada asimétrica, se basa en el uso de dos claves diferentes, claves
queposeen una propiedad fundamental: una clave puede desencriptar lo que la
otra haencriptado.
Una de las claves de la pareja, llamada clave privada, es usada por el propietario
paraencriptar los mensajes, mientras que la otra, llamada clave pública, es usada
paradesencriptar el mensaje.
Se pueden emplear para comunicaciones por canales inseguros, puesto que sólo
viaja por el canal la clave pública, que sólo sirve para cifrar.
Las claves pública y privada tienen características matemáticas especiales, de tal
forma que se generan siempre a la vez, por parejas, estando cada una de ellas
ligada intrínsecamente a la otra.

4. Mientras que la clave privada debe mantenerla en secreto su propietario, ya que es
la base de la seguridad del sistema, la clave pública es difundida, para que esté al
alcance del mayor número posible de personas, existiendo servidores que guardan,
administran y difunden dichas claves.
Para que un algoritmo de clave pública sea considerado seguro debe cumplir con
los siguientes puntos:
Conocido el texto cifrado no debe ser posible encontrar el texto en claro ni
la clave privada.
Conocido el texto cifrado (criptograma) y el texto en claro debe resultar más
caro en tiempo o dinero descifrar la clave que el valor posible de la
información obtenida por terceros.
Conocida la clave pública y el texto en claro no se puede generar un
criptograma correcto encriptado con la clave privada.
Dado un texto encriptado con una clave privada sólo existe una pública
capaz de desencriptarlo, y viceversa.
3. SISTEMAS DE CIFRA CLÁSICOS
Los sistemas de cifra clásica están asociados a las fascinantes máquinas de cifrar,
que adquirieron gran fama tras su uso en la Gran Guerra y en la Segunda
Guerra Mundial, y más aún, remontándonos a siglos pasados, con los métodos,
técnicas y artilugios utilizados por emperadores, gobernantes, militares y en
general diversas civilizaciones para mantener sus secretos a buen recaudo.
3.1.HERRAMIENTAS DE LA CRIPTOGRAFÍA CLÁSICA
La criptografía clásica hace uso de dos técnicas básicas orientadas a caracteres,
y que siglos más tarde Shannon usaría como herramientas para fortalecer
la cifra, estas técnicas son:
Técnicas de sustitución:Cada letra o grupo de letra se reemplaza por
otra letra o grupo de letras para disfrazarla. Esta técnica conserva el
orden de los símbolos del texto original.
Técnicas de transposición o permutación:En contraparte a la
técnica de sustitución, en ésta se reordenan las letras mediante un
algoritmo específico, pero no se disfrazan.

5. 3.2.CLASIFICACIÓN DE LOS CRIPTOSISTEMAS CLÁSICOS
La figura 1, muestra una clasificación de los sistemas de cifra clásicos, en
donde seincluyen algunos cifradores típicos a modo de ejemplo.
Estossistemas de cifra seclasificarán, básicamente, en aquellos que utilizan
técnicas de sustitución y aquellosque utilizan técnicas de
transposiciónsobre los caracteres de un texto en claro,ambas técnicas
propuestas por Shannon para lograr la confusión y
difusión,respectivamente.
Figura 1. Clasificación de los métodos clásicos de cifra y algunos ejemplos
3.3.ALGUNOS MÉTODOS DE CIFRADO CLÁSICOS
A continuación describiremos algunos métodos de cifrado de la clasificación
de los criptosistemas clásicos.
3.3.1. EL CIFRADOR DE POLYBIOS

6. En el siglo II a.C., encontramos el cifrador por sustitución de
caracteres más antiguo que se conoce. Atribuido al historiador griego
Polybios, el cifrador consistía en hacer corresponder a cada letra del
alfabeto un par de letras que indicaban la fila y la columna en la
cual aquella se encontraba, en un recuadro de 5x5 = 25 caracteres.
En la figura 3, se muestra una tabla para cifrar de Polybios adaptada
al inglés, con un alfabeto de cifrado A, B, C, D y E; aunque tambiénse
suele representar el alfabeto con los números 1, 2, 3, 4 y 5.
Figura 3. Tablas de cifrar de Polybios
Entonces en éste método, la letra A se cifrará como AA, y la H como
BC, etc. Por ejemplo si tenemos el mensaje: M = QUE BUENA IDEA LA
DEL GRIEGO.
El criptograma sería: C = DADEAE ABDEAECCAA BDADAEAA CAAA
ADAECA BBDBBDAEBBCD. Y usando el alfabeto numérico
tenemos: C = 414515 1245153311 24141511 3111 141531
224224152234.
3.3.2. EL CIFRADOR DEL CÉSAR
En el siglo I a.C., aparece un cifrador básico llamado el cifrador del
César en honor al emperador Julio César y en el cual ya se aplicaba
una transformación del texto en claro del tipo monoalfabética. El
cifrador estaba basado en la sustitución de una letra por la situada
tres puestos después en el alfabeto latino. En la figura 4, se muestra
el alfabeto y por tanto la transformación que utiliza este cifrador
por sustitución de caracteres para el alfabeto castellano de 27 letras.

7. Figura 4. Alfabeto del cifrador del César para el lenguaje castellano
Entonces tenemos:
Cifrado: Ci = Mi + 3 mod 27 Descifrado: Mi = Ci - 3 mod 27.
Por ejemplo si tenemos el mensaje: M1 = AL CÉSAR LO QUE ES DEL
CÉSAR. El criptograma sería: C1 = DÑ FHVDU ÑR TXH HV GHÑ FHVDU.
3.3.3. CIFRADORES POR SUSTITUCIÓN AFÍN
En los cifradores genéricos, si se cumple que la constante de
decimación a es mayor que 1 y la constante de desplazamiento b
distinto de cero, hablamos de cifra por transformación afín. Las
ecuaciones serán en este caso:
La ecuación de descifrado también puede ser escrita como:
Por ejemplo encontremos el alfabeto de cifrado monoalfabético
para la siguienterelación de transformación:
Solución:

8. 3.3.4. EL CIFRADOR DE VIGENÈRE
El cifradorpolialfabético más conocido es el sistema de Vigenère,
asídenominado enhonor al criptólogo francés Blaise de
Vigenère(1523-1596). El sistema utiliza elmismo método que el
cifrador delCésar, esto es una sustitución monográmica
pordesplazamientode k caracteres en el texto, con la
diferencia de que dichodesplazamiento viene indicado por el
valor numéricoasociado a uno de loscaracteres de una clave que
se escribecíclicamente bajo el mensaje como se indica acontinuación:
Entonces, en éste caso la clave CERVANTES tendrá una periodicidad
de 9, pues son los caracteres que forman ésta palabra. Los
caracteres cifrados serán entonces de la siguiente manera:
Entonces el resultado final será el criptograma: C
=GQMILHZEKF ICVMNGGZCH VXULI.
3.3.5. CIFRADOR DE PLAYFAIR

9. El cifrador de Playfair en realidad fue inventado por Charles
Wheatstone. Noobstante, se le atribuye a su amigo el científicoLyon
Playfair quien lo presenta a lasautoridades inglesas de la época.Este
sistema consiste en separar el texto en claro endigramas yproceder a
su cifra de acuerdo a una matriz alfabética de dimensiones5x5 en la
cual se encuentran representadas 25 de las 26 letras del alfabeto
inglés.
Para que éste método de cifra presente un mayor nivel de
seguridad, se incluirá al comienzo de dicha matriz una clave
que se escribe a partir de la primera fila omitiendo las letras
repetidas. A continuación de dicha clave, se distribuyen las
restantes letras del alfabeto hasta completar toda la matriz.
Este método de cifrado debe cumplir las siguientes condiciones:
Si M1M2 están en la misma fila, C1C2 son los dos caracteres de la
derecha.
Si M1M2 están en la misma columna, C1C2 son los dos caracteres
de abajo.
Si M1M2 están en filas y columnas distintas, C1 será la letra de la
intersección horizontal del M1 respecto al M2 yC2 será la letra dela
intersección verticaldel M1 respecto al M2.
El conteo de los caracteres en la matriz es circular.
Por ejemplo si la clave es K = BEATLES, cifremos el mensaje
M= WITH A LITTLE HELP FROM MY FRIENDS.

10. Figura 1.5.Matrizalfabética de Playfair
M = WI TH AL IT TL EH EL PF RO MX MY FR IE ND SX
En M se rompe la doble M adicionando una X y se rellena la
final con una X;entonces:
C = EP BM TB ME LB BI AB RC UP KY RT MY PC KG DV
3.3.6. CIFRADOR DE VERMAN
En 1917 Gilbert Vernam propone un cifrador por sustitución binaria
con clave de un solo uso (one-time pad) basado en el código Baudot de
5 bits:
La operación de cifra es la función XOR.
Usa una secuencia cifrante binaria y aleatoria S que se obtiene a
partir de una
clave secreta K compartida por emisor y receptor.
El algoritmo de descifrado es igual al de cifrado por la involución
de la
función XOR.
La clave será tan larga o más que el mensaje y se usará una sola
vez.
En la figura 6, se muestra un cifrador de Verman binario.

11. Figura 1.6. Esquema de un cifrador de Verman binario
Por ejemplo, usando el código de Baudot que se encuentra en la
tabla 1.1, cifre el mensaje M = BYTES con la clave K = VERNAM.
Tabla 1. Código Baudot (cifrador de Vernam)
Código Binario Carácter Código Binario Carácter
00000 Blanco 10000 T
00001 E 10001 Z
00010 = 10010 L
00011 A 10011 W
00100 Espacio 10100 H
00101 S 10101 Y
00110 I 10110 P
00111 U 10111 Q
01000 < 11000 O
01001 D 11001 B
01010 R 11010 G
01011 J 11011 
01100 N 11100 M
01101 F 11101 X
01110 C 11110 V
01111 K 11111 
Fuente: © Jorge Ramió Aguirre. Libro Electrónico de Seguridad
Informática y Criptografía Versión
4.1. Sexta edición de 1 de Marzo de 2006. Madrid (España).
Haciendo la suma OR exclusivo tenemos:
Entonces, C = UHGFI