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¿Qué es un “Cipher”?

¿Alguna vez has tenido el deseo de escribir un mensaje secreto a un amigo, de modo que nadie más pueda entenderlo? ¡Entonces necesitas un Cipher, o chiffer en Noruego! Un chiffer es simplemente un método que transforma texto normal en “código” al reemplazar caracteres (a menudo letras) con otros caracteres. El resultado parece tonterías para aquellos que no saben cómo funciona el código. El punto es que solo aquellos que conocen la clave (la regla para reemplazar las letras) pueden hacer que el código sea comprensible nuevamente. En otras palabras: los chiffer hacen posibles los mensajes secretos, ya sea el juego de la infancia con un lenguaje secreto o espías reales que envían mensajes encriptados. 😄

Existen muchos tipos de cifrados: algunos usan números, algunos usan símbolos, y la criptografía moderna usa algoritmos muy complicados. ¡Estos algoritmos complicados requieren matemáticas muy complejas, así que podemos mirar algunos algoritmos más sencillos primero!

Cifrados Monoalfabéticos

Veamos primero algunos de los métodos de codificación más simples (y antiguos) que existen: cifrados monoalfabéticos.

Monoalfabético quizás suene como una palabra difícil, pero podemos dividirla: mono significa “uno”, y alfabético se refiere al alfabeto.

Es decir, los cifrados monoalfabéticos son códigos donde se utiliza un único “alfabeto de cifrado” para todo el mensaje. Esto significa que cada letra en el texto original siempre se sustituye por la misma letra a lo largo de todo el mensaje cifrado.

Por ejemplo, si has decidido que A se sustituya por X, entonces todas las A en el texto se transforman en X.

Cifrado César

El ejemplo clásico de un cifrado monoalfabético es el cifrado César (llamado así por Julio César). Básicamente, es una regla para “desplazar” todas las letras un cierto número de posiciones en el alfabeto. Se dice que César mismo usó un desplazamiento de 3 letras en sus mensajes secretos. Funciona de tal manera que A se convierte en D, B se convierte en E, C se convierte en F, y así sucesivamente a través del alfabeto. (Cuando se pasa de Z, se vuelve a empezar por A.) Un mensaje como ABC se convertiría en DEF si usamos el método de César.

Cómo funciona el cifrado César en la práctica:

• Elige una clave: Decide un número secreto (por ejemplo, 3) que indique cuántos lugares debes mover cada letra.
• Reemplaza cada letra: Para cada letra del mensaje original, encuentra la letra que se encuentra tantos lugares después de ella en el alfabeto (para la clave 3, A se convierte en D, B en E, etc. – recuerda volver a A después de Z si es necesario). Opcionalmente, también puedes incluir Æ, Ø y Å, pero esto se vuelve un poco más complicado.
• Mensaje cifrado: Reemplaza las letras y escribe el nuevo mensaje con las letras “desplazadas”. ¡Voilà – tienes un texto ilegible y secreto que solo aquellos con la clave pueden entender!
• Para descifrar (es decir, volver a convertirlo en texto legible) simplemente se hace el desplazamiento inverso. Si conoces la clave (por ejemplo, 3), es igual de fácil leer el mensaje moviendo las letras 3 hacia atrás en el alfabeto.

Los cifrados monoalfabéticos son una forma fantástica de aprender el principio detrás del cifrado. Son sencillos y muestran cómo podemos usar una regla simple (una clave) para transformar un texto comprensible en algo misterioso e incomprensible, y viceversa. ¡Así que la próxima vez que quieras enviar a un amigo un mensaje secreto, puedes usar el cifrado de César! Quizás puedan crear su propia variante del alfabeto secreto de César. 🔐✨

Tareas

Forståelse av krav

• Les nøye: Gå gjennom alle kravdokumenter og spesifikasjoner.
• Spørsmål: Still spørsmål om uklarheter eller mangler.
• Avklaring: Sørg for at du forstår hva som forventes.

Utvikling

• Koding: Skriv ren og effektiv kode.
• Testing: Utfør grundig testing av all kode.
• Dokumentasjon: Dokumenter koden din.

Implementering

• Integrasjon: Integrer koden med eksisterende systemer.
• Overvåking: Overvåk systemet for feil.
• Optimalisering: Optimaliser systemet for ytelse.

Vedlikehold

• Feilretting: Rett feil og mangler.
• Oppdateringer: Implementer oppdateringer og forbedringer.
• Sikkerhet: Sikre systemet mot trusler.

Tarea 1.1 - Encriptación de Cífras de César

Ahora vamos a escribir código de verdad. Empezaremos de forma sencilla creando el cifrado, basado en la teoría debería ser bastante directo.

Implementa el cifrado con Cífras de César utilizando una función que reciba texto y un número que sea la “clave”, es decir, cuánto debe rotarse el alfabeto.

def caesar_cipher(text, shift):
    result = ""
    for char in text:
        if char.isalpha():
        # finn ut startpunktet basert på store og små bokstaver
        start = ord('A') if char.isupper() else ord('a')
        # Den vanskelige shifte-utregningen
        result += chr((ord(char) - start + shift) % 26 + start)
    else:
        result += char
    return result

Tarea 1.2 - Descifrado del Cifrado César

El descifrado es simplemente hacer el cálculo inverso al cifrado. Se resta el desplazamiento en lugar de sumarlo.

def caesar_decrypt(text, shift):
    return caesar_cipher(text, 26 - shift)

Otros Cifrados Monoalfabéticos (ej. Atbash)

Existen otros cifrados monoalfabéticos también! Uno de los más sencillos es el que se llama “Atbash” Cifrado.

¿Cómo funciona Atbash?

Esta es muy sencilla, en lugar de una rotación, las letras se mapean al alfabeto inverso. Aquí hay una tabla que muestra el mapeo:

Tarea 1.3 - Encriptación y Desencriptación de Cifrado Atbash

Lo bueno de Atbash es que, dado que el encriptado es una transformación de 1 a 1, funciona directamente en reversa. Es decir, si has creado el encriptado, también has creado, automáticamente, el desencriptado.

¿Cómo se puede hacer esto en la práctica?

Puedes restar la letra en relación con Z, o crear una “Look-up” table. Es decir, una tabla o diccionario que contiene todas las letras de la a a la z y lo que deben ser. Esto puede ser una buena solución si quieren crear otro tipo de encriptación.

letters = {
    'a': 'z'
    'b': 'y'
    'c': 'x'
    'd': 'w'
    # ... añadir el resto de las letras hacia abajo
}

Con la ayuda de esta tabla puedes ir letra por letra, luego extraer el valor por letra de la tabla de referencia, y luego imprimirlo. ¿Qué debes hacer con las letras mayúsculas y minúsculas?

Parte 2 - Criptoanálisis de Cifrados Monoalfabéticos

En esta parte, van a intentar crear un algoritmo para “crackear” un cifrado César, es decir, tomar un texto cifrado y luego obtener el texto original sin conocer la clave.

Esto puede hacerse más o menos manualmente, o pueden intentar utilizar un “criptoanálisis” sencillo. Este es un concepto que exploraremos más a fondo más adelante, pero por ahora solo vamos a ver una de las formas más sencillas: análisis de frecuencia (frequency analysis). Pueden leer más sobre este concepto aquí: Frequency Analysis o aquí Wikipedia - frequency analysis.

Este método puede utilizarse en más que solo cifrados César; puede utilizarse en algoritmos más complejos también, pero el cifrado César es tan sencillo que el análisis de frecuencia es trivial.

In cryptanalysis, frequency analysis is the study of the frequency of letters or groups of letters in a ciphertext. The method is used as an aid to breaking classical ciphers.

Frequency analysis is based on the fact that, in any given stretch of written language, certain letters and combinations of letters occur with varying frequencies. Moreover, there is a characteristic distribution of letters that is roughly the same for almost all samples of that language. For instance, given a section of English language, E, T, A and O are the most common, while Z, Q, X and J are rare. Likewise, TH, ER, ON, and AN are the most common pairs of letters termed bigrams or digraphs), and SS, EE, TT, and FF are the most common repeats. The nonsense phrase ETAOIN SHRDLU represents the 12 most frequent letters in typical English language text.

In some ciphers, such properties of the natural language plaintext are preserved in the ciphertext, and these patterns have the potential to be exploited in a ciphertext-only attack.

xcrgneipcpanhxhugtfjtcrnpcpanhxhxhiwthijsnduiwtugtfjtcrnduatiitghdgvgdjehduatiitghxcprxewtgitmiiwtbtiwdsxhjhtsphpcpxsidqgtpzxcvraphhxrparxewtghugtfjtcrnpcpanhxhxhqphtsdciwtupriiwpixcpcnvxktchigtirwdulgxiitcapcvjpvtrtgipxcatiitghpcsrdbqxcpixdchduatiitghdrrjglxiwkpgnxcvugtfjtcrxthbdgtdktgiwtgtxhprwpgpritgxhixrsxhigxqjixdcduatiitghiwpixhgdjvwaniwthpbtudgpabdhipaahpbeathduiwpiapcvjpvttudgxchipcrtvxktcphtrixdcdutcvaxhwapcvjpvteapxcitmipgtegthtgktsxciwtrxewtgitmipcsiwthtepiitgchwpktiwteditcixpaidqttmeadxitsxcprxewtgitmidcanpiiprz

Tarea 2.1 - Crear una tabla de frecuencias

En un archivo python, crea una tabla de frecuencias de las letras del idioma inglés. Puedes intentar encontrarla tú mismo, pero si no te molesta, lo entendemos!

Si absolutamente quieres encontrarla tú mismo, puedes hacer como en la Tarea 2.2, pero en un texto muy grande.

english_letter_frequency = {
    'E': 12.70, 
    'T': 9.06, 
    'A': 8.17, 
    'O': 7.51, 
    'I': 6.97, 
    'N': 6.75, 
    'S': 6.33, 
    'H': 6.09, 
    'R': 5.99, 
    'D': 4.25, 
    'L': 4.03, 
    'C': 2.78, 
    'U': 2.76, 
    'M': 2.41, 
    'W': 2.36, 
    'F': 2.23, 
    'G': 2.02, 
    'Y': 1.97, 
    'P': 1.93, 
    'B': 1.29, 
    'V': 0.98, 
    'K': 0.77, 
    'J': 0.15, 
    'X': 0.15, 
    'Q': 0.10, 
    'Z': 0.07
}

Tarea 2.2 - Contar la frecuencia de las letras en un texto

Ahora vamos a crear un algoritmo que encuentre la frecuencia de las letras en un texto dado.

Tarea 2.3 - Comparar la frecuencia de un texto con la frecuencia real

Cuando hayas encontrado la frecuencia de todas las letras en el texto, puedes crear una función que encuentre la “distancia”. ¿Eh? ¿Qué se entiende por eso?

Puedes imaginarte que la frecuencia de, por ejemplo, E en el texto va a ser un número. Puedes encontrar la “distancia” que tiene con la frecuencia real, que es 12.70. Ejemplo: La frecuencia es 9.63, ¿cuál es la distancia? La distancia va a ser el valor absoluto (los números negativos se vuelven positivos) entre estos dos valores: \(12.70 - 9.63 = 3.07\).

Crea una función que recorra cada una de las letras y encuentre la distancia. Luego, suma todas las distancias a una “distancia” total.

Tarea 2.4 - “Romper” el Cifrado César

Ahora vamos a juntar todo lo que hemos hecho hasta ahora! Ahora vamos a “romper” un Cifrado César.

Crea un programa que “rompa” un Cifrado César! Sin influencia del usuario, deberás poder introducir un texto cifrado para obtener el texto descifrado sin necesidad de una clave.

Aquí hay algunos datos de prueba que pueden usar, ¿qué dicen estos?

Datos de prueba
cqrbvnbbjpnrbjenahbnlancxwnqxynoduuhhxdjanjkuncxmnlxmnrclxvyuncnuhjwmqnanjanbxvnfxamboaxvxdaojexarcnsnmrqnuuxcqnanrcbxenajwjtrwrqjencqnqrpqpaxdwmhxdfnanarpqccqnwnpxcrjcrxwbfnanbqxac
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