Gilbert Vernam - Gilbert Vernam

Gilbert Sandford Vernam (3 de abril de 1890 - 7 de febrero de 1960) fue un graduado del Instituto Politécnico de Worcester en 1914 e ingeniero de AT&T Bell Labs que, en 1917, inventó un cifrado de flujo polialfabético aditivo y luego co-inventó un cifrado de bloc automático de una sola vez . Vernam propuso un cifrado de teleimpresora en el que una clave previamente preparada , guardada en cinta de papel , se combina carácter por carácter con el mensaje de texto plano para producir el texto cifrado . Para descifrar el texto cifrado, la misma clave se volvería a combinar carácter por carácter, produciendo el texto plano . Más tarde, Vernam trabajó para Postal Telegraph Company y se convirtió en empleado de Western Union cuando esa empresa adquirió Postal en 1943. Su trabajo posterior fue principalmente con sistemas de conmutación automática para redes telegráficas .

Patente de Vernam

Figura 1 de la patente de Vernam.

La función de combinación Vernam especificada en la Patente de EE.UU. 1.310.719 , emitida el 22 de julio de 1919, es la operación XOR , aplicada a los impulsos o bits individuales utilizados para codificar los caracteres en el código Baudot . Vernam no usó el término "XOR" en la patente, pero implementó esa operación en lógica de relés . En el ejemplo que dio Vernam, el texto llano es A , codificado como " ++ --- " en Baudot, y el carácter clave es B , codificado como " + - ++ ". El texto cifrado resultante será " - + - ++ ", que codifica una G . La combinación de la G con la tecla de carácter B en el extremo receptor produce " ++ --- ", que es el texto claro original A . La NSA ha llamado a esta patente "quizás una de las más importantes en la historia de la criptografía".

Cojín de una sola vez

Poco tiempo después, Joseph Mauborgne , en ese momento un capitán del Cuerpo de Señales del Ejército de los Estados Unidos , propuso, además, que la clave de la cinta de papel contenga información aleatoria . Las dos ideas, cuando se combinan, implementan una forma automática de la libreta de una sola vez , aunque ninguno de los inventores usó el nombre en ese momento.

Claude Shannon , también en Bell Labs, demostró que la plataforma de una sola vez, implementada correctamente, es irrompible en su investigación de la Segunda Guerra Mundial que se publicó más tarde en octubre de 1949. También demostró que cualquier sistema irrompible debe tener esencialmente las mismas características que el Bloc de notas de un solo uso: la clave debe ser verdaderamente aleatoria, tan grande como el texto sin formato, nunca reutilizarse en su totalidad o en parte y mantenerse en secreto.

El cifrado de Vernam

En la terminología moderna, un cifrado Vernam es un cifrado de flujo simétrico en el que el texto en claro se combina con un flujo de datos aleatorio o pseudoaleatorio (el "flujo de claves") de la misma longitud, para generar el texto cifrado, utilizando el "exclusivo o" booleano ( Función XOR) . Esto está simbolizado por ⊕ y está representado por la siguiente " tabla de verdad ", donde + representa "verdadero" y - representa "falso".

APORTE PRODUCCIÓN
A B A ⊕ B
- - -
- + +
+ - +
+ + -

Otros nombres para esta función son: No es igual (NEQ), suma de módulo 2 (sin 'llevar') y resta de módulo 2 (sin 'pedir prestado').

El cifrado es recíproco en el sentido de que la secuencia de claves idéntica se utiliza tanto para cifrar texto sin formato en texto cifrado como para descifrar texto cifrado para producir el texto plano original:

Texto sin formato ⊕ Clave = Texto cifrado

y:

Texto cifrado ⊕ Clave = Texto sin formato

Si el flujo de claves es verdaderamente aleatorio y se usa solo una vez, este es efectivamente un pad de una sola vez . La sustitución de datos pseudoaleatorios generados por un generador de números pseudoaleatorios criptográficamente seguro es una construcción común y eficaz para un cifrado de flujo. RC4 es un ejemplo de un cifrado de Vernam que se usa ampliamente en Internet.

Sin embargo, si se utiliza la misma secuencia de claves para dos mensajes, lo que los criptoanalistas conocen como profundidad , el efecto de la secuencia de claves se puede eliminar, dejando los dos textos sin formato XOR juntos. El resultado es equivalente a un cifrado de clave en ejecución y los dos textos sin formato pueden separarse mediante técnicas criptoanalíticas lingüísticas.

Texto cifrado1 ⊕ Texto cifrado2 = Texto sin formato1 ⊕ Texto sin formato2

El error de un operador de este tipo permitió que los británicos hicieran el criptoanálisis del cifrado de Lorenz en Bletchley Park durante la Segunda Guerra Mundial . Diagnosticaron cómo se generó el flujo de claves, resolvieron cómo descifrar el cifrado y leyeron grandes cantidades de mensajes de alto nivel desde y hacia el alto mando alemán sin ver una máquina de Lorenz real.

Notas

  1. ^ Klein , pág. 3 “Vernam había inventado el cifrado irrompible:" cinta de un solo uso "(OTT) para cifrado TTY en línea . En 1919 se le concedió una patente, quizás una de las más importantes en la historia de la criptografía ”.
  2. ↑ Shannon, 1949
  3. ^ Klein , pág. 2
  4. ^ Tutte , 2006 , págs. 4-6

Ver también

Referencias

  • Klein, Melville, Securing Record Communications: The TSEC / KW-26 (PDF) , archivado desde el original (PDF) el 2012-10-10 , consultado el 2012-04-12
  • Shannon, CE (octubre de 1949), "Communication Theory of Secrecy Systems", Bell System Technical Journal , 28 (4): 656–715, doi : 10.1002 / j.1538-7305.1949.tb00928.x , hdl : 10338.dmlcz / 142933
  • Tutte, WT (19 de junio de 1998), Fish and I (PDF) , archivado del original (PDF) el 14 de enero de 2009 , consultado el 7 de abril de 2012 Transcripción de una conferencia impartida por el Prof. Tutte en la Universidad de Waterloo
  • Vernam, Gilbert S. (1926), "Cipher Printing Telegraph Systems For Secret Wire and Radio Telegraphic Communications", Transactions of the American Institute of Electrical Engineers , 55 : 109-115, doi : 10.1109 / T-AIEE.1926.5061224 , S2CID   51639806
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