Cifras Clássicas: Cifra de César, ROT13, Atbash e Afim

Texto simples, texto cifrado e chaves.

A mensagem original é o texto simples. A versão embaralhada é o texto cifrado. Uma cifra é a regra que transforma um no outro, e a chave é o detalhe secreto que determina exatamente qual embaralhamento usar.

Um bom hábito, que remonta aos anos 1800, é presumir que o inimigo conhece o método da cifra e que apenas a chave é secreta. Tudo abaixo deve ser avaliado por esse padrão: se alguém souber o que você fez, mas não souber sua chave, ainda poderá ler sua mensagem?

Cifra de César: desloque o alfabeto.

A cifra de César desloca cada letra para a frente por uma quantidade fixa. Use um deslocamento de 3: A é escrita como D, B como E, enquanto Z volta para C. O escritor romano Suetônio relata que Júlio César usava esse método em cartas militares.

O número de posições é a chave. Qualquer pessoa que saiba qual é pode desfazer o deslocamento. O problema é que existem poucas chaves: apenas 25 deslocamentos úteis. Um invasor pode simplesmente tentar todos, em uma busca de força bruta que leva um minuto à mão e não leva tempo nenhum em um computador.

ROT13

A ROT13 fixa a cifra de César em 13 posições. Como o alfabeto tem 26 letras, dois deslocamentos de 13 levam você de volta ao início. Criptografar e descriptografar são a mesma operação. Fóruns usavam esse método para esconder spoilers porque ele impede uma olhada casual, não porque protege alguma coisa.

Atbash: o alfabeto invertido.

A Atbash escreve o alfabeto ao contrário embaixo dele mesmo, então A corresponde a Z, B a Y, C a X e assim por diante. Ela vem do alfabeto hebraico e aparece em alguns textos antigos.

Assim como a ROT13, ela não tem nenhuma chave e desfaz a si mesma: faça o espelho do espelho e você volta ao início. Isso faz dela um quebra-cabeça, não uma fechadura. Quando alguém reconhece o padrão, todas as mensagens já escritas com ele ficam abertas.

Cifra afim: multiplicar e, em seguida, deslocar.

Dê a cada letra um número, A = 0 até Z = 25. A cifra afim pega esse número, multiplica por a, soma b e dá a volta ao chegar em 26:

E(x) = (a·x + b) mod 26

Defina a = 1 e você volta a um simples deslocamento de César. A multiplicação espalha letras vizinhas para bem longe umas das outras, o que parece mais embaralhado.

Há um problema. Para a descriptografia funcionar, cada letra do texto cifrado precisa vir de exatamente uma letra do texto original. Isso só acontece quando a não tem nenhum fator comum com 26. Por isso, a = 3 e a = 5 funcionam, mas a = 2 ou a = 13 não, porque enviariam duas letras diferentes para o mesmo lugar. Apenas 12 valores de a são permitidos e, com 26 valores de b, isso dá 312 chaves. Melhor que 25, mas ainda é muito pouco para um computador.

Substituição por palavra-chave: qualquer tipo de embaralhamento.

Por que mover cada letra seguindo uma regra? Uma cifra de substituição permite que a chave seja qualquer alfabeto embaralhado. Para tornar o embaralhamento fácil de lembrar, escreva primeiro uma palavra-chave, remova as letras repetidas e depois adicione as letras que faltam na ordem. A palavra-chave ZEBRAS dá o alfabeto-chave ZEBRASCDFGHIJKLMNOPQTUVWXY, então A vira Z, B vira E, C vira B e assim por diante.

O número de embaralhamentos possíveis é 26 fatorial, cerca de 4 × 10²⁶. Tentar todos é impossível, então a substituição pareceu impossível de quebrar durante séculos. Mas não era.

Por que nenhuma dessas cifras é segura atualmente.

As cifras de substituição têm um defeito fatal: uma letra sempre se torna a mesma letra. Assim, a forma da língua permanece. Em inglês, E aparece com mais frequência, seguida de T, A e O, enquanto Q e Z são raras. Estudiosos do mundo islâmico descreveram a análise de frequência por volta do século IX: conte as letras no texto cifrado, associe a mais comum a E e use padrões de palavras (uma palavra de uma só letra provavelmente é A ou I) para completar o restante.

Mensagens mais longas produzem estatísticas melhores, então nem mesmo um espaço de chaves enorme ajuda. As cifras modernas são projetadas para que o texto cifrado não revele esses padrões, e sua segurança depende de chaves grandes demais para serem descobertas por tentativa. Para qualquer coisa real, use ferramentas modernas bem testadas, nunca um esquema criado por você.

Como explorar isso no laboratório.

O Laboratório de Códigos e Cifras oferece uma roda de cifras que você pode girar, além de ferramentas para contar letras e testar suposições. Uma boa sequência no primeiro mundo gratuito é:

1. Comece com A cifra de César e tente quebrá-la.
2. Veja o comportamento auto-inverso em ROT13 e, depois, em Atbash.
3. Teste quais multiplicadores funcionam em Afim: multiplicar e depois deslocar.
4. Crie uma chave embaralhada em Substituição por palavra-chave.

Este é um modelo didático simplificado das cifras históricas. Seu objetivo é desenvolver a intuição sobre chaves e ataques, não proteger mensagens reais.