Bruce Schneier

Bruce Schneier diseñó un algoritmo de cifrado seguro que emplea únicamente una baraja de póker de 54 cartas. Se trata de un algoritmo de cifrado en ristra o flujo ("stream", en inglés), y ha sido diseñado para que sea sencillo y fácil de realizar a mano, sin apoyo informático. El algoritmo se llama "Solitario" y fue creado para la novela Cryptonomicon (2000), de Neal Stephenson (publicada en castellano en tres volúmenes por Ediciones B a lo largo del año 2002 con el título Criptonomicón).

El algoritmo se basa en mover las cartas del mazo siguiendo una serie de pasos, y combinar sus resultados con el documento a cifrar. La clave está constituida por la disposición inicial de las 54 cartas de la baraja de póker, por lo que su fortaleza aparente es de 54! (54 factorial), aproximadamente 236 bits.

Se da la curiosa circunstancia de que este algoritmo parece lo bastante seguro como para que sea considerado como tecnología militar de doble uso (como las minas o las balas de ametralladora) por parte del gobierno estadounidense. Este hecho podría suponer la ilegalidad de exportar el conocimiento de dicho algoritmo a países extranjeros.

Sin embargo la legislación de EE.UU. protege la libertad de expresión escrita, por lo que se permitiría la exportación sin problemas si el algoritmo se describiese en un libro editado de forma legal, con ISBN, etc. Y eso es precisamente lo que se hace en la novela de Neal Stephenson, en la que "solitaire" aparece como un apéndice.

Parece increíble que un algoritmo criptográfico tan sencillo, que puede memorizarse y utilizarse de forma manual, pueda estar sujeto a legislación militar. Pero la legislación norteamericana es así. En cualquier caso Bruce Schneier ha tomado la iniciativa y ha decidido publicar una página web en la que describe con todo detalle el algoritmo, proporciona ejemplos, consejos de uso, código fuente para los que deseen utilizarlo con un ordenador y vectores de prueba para comprobar que las implementaciones son correctas.

El documento original está escrito en inglés, pero Jesús Cea Avión se ha encargado de traducirlo al castellano y hablar con Bruce Schenier para que añada enlaces a la traducción. En este momento, además de la versión en inglés y la versión en castellano recientemente traducida, existen también traducciones oficiales al francés y al alemán.

Solitario obtiene su seguridad de la aleatoriedad inherente a las cartas bien barajadas. Manipulando la baraja, un comunicante puede crear una cadena de letras "aleatorias" que luego combina con su mensaje. Por supuesto Solitario puede ser simulado con un ordenador, pero está diseñado para ser utilizado a mano.

Solitario puede parecer "low-tech", pero se pretende que su seguridad sea "high-tech". Diseñé Solitario para que fuera seguro incluso contra adversarios militares bien financiados, con los ordenadores más potentes y los criptoanalistas más inteligentes. Por supuesto, no existe ninguna garantía de que alguien encuentre un ataque contra Solitario (permanezcan atentos a esta página para futuras actualizaciones), pero el algoritmo es ciertamente mejor que cualquier otro cifrado de lápiz y papel que haya visto nunca.

No es rápido, no obstante. El cifrar o descifrar un mensaje razonablemente largo puede llevar una tarde. En el libro de David Kahn, "Kahn on Codes", se describe un cifrado de lápiz y papel real, utilizado por un espía soviético. Tanto el algoritmo soviético como Solitario consumen aproximadamente el mismo tiempo para cifrar un mensaje: la mayor parte de una tarde.

Solitario es un cifrado "stream", en modo "output-feedback" (salida- retroalimentación). Algunas veces se les llama generadores de claves ("Key-Generator", KG en la jerga militar de EE.UU.). La idea básica es que Solitario genera una ristra de números, llamada "keystream" (ristra o secuencia de clave), entre 1 y 26. Para cifrar, se genera una ristra de longitud igual al texto original. Seguidamente se suman, módulo 26, letra a letra al texto original, para crear el texto cifrado. Para descifrar, se genera la misma ristra y se resta, módulo 26, del texto cifrado. No te preocupes, explicaré qué es "módulo" en un minuto.

Por ejemplo, para cifrar el primer mensaje mencionado en la novela de Stephenson, "DO NOT USE PC":

Si eres realmente bueno, puedes aprender a sumar letras en tu cabeza, y simplemente sumar las letras del paso (1) y (2). Sólo hace falta un poco de práctica. Es fácil recordar que A+A=B; recordar que T+Q=K es más difícil.

La idea básica consiste en generar la misma ristra, y restarla del texto cifrado.

Como puedes ver, descifrar es igual que cifrar, salvo que al mensaje cifrado se le resta la ristra obtenida con Solitario.

Esto es el corazón de Solitario. Las descripciones del cifrado y descifrado dadas más arriba funcionan para cualquier cifrado tipo "ristra" (stream) en modo "output-feedback". Es la manera en que funciona RC4. También es la manera en que funciona DES en modo OFB. Esta sección es específica a Solitario, y explica cómo Solitario genera la ristra.

Solitario genera la ristra utilizando una baraja de cartas. Puedes pensar en una baraja de 54 cartas (no olvides los dos comodines) como una permutación de 54 elementos [El texto original en inglés se refiere, evidentemente, a una baraja de póker. N. del T.]. Hay 54!, sobre 2.31*10^71 posibles ordenamientos de la baraja. Mejor aún, hay 52 cartas en una baraja (sin los comodines), y 26 letras en el alfabeto. Este tipo de coincidencia es demasiado buena para dejarla pasar.

Para utilizar Solitario, se necesita una baraja con las 52 cartas y los dos comodines. Los comodines deben ser diferentes. (Esto es habitual. La baraja que estoy usando mientras escribo tiene estrellas en sus comodines: uno tiene una estrella pequeña, y el otro tiene una estrella grande). Llámalo a uno comodín A y al otro comodín B. Generalmente hay algún elemento gráfico en los comodines que es igual, pero de diferente tamaño. Llama "B" al comodín que lo tiene más "grande". Es más fácil si puedes escribir una gran "A" y una gran "B" en los comodines, pero recuerda que tendrás que explicárselo a la policía secreta si alguna vez te cogen.

Para inicializar la baraja, cógela con la mano, cara arriba. Luego ponlas en su configuración inicial, que será su clave (hablaré de la clave más tarde, porque es un tema diferente a generar la ristra en sí). Ahora estás preparado para producir una ristra.

He aquí cómo generar un carácter. Esto es Solitario:

Así es como Solitario cifra un carácter. Se usan estos pasos para generar una ristra tan larga como sea necesario; simplemente se repiten los pasos tantas veces como sea preciso, sin barajar el mazo. Y, recuerda, necesitarás una ristra tan larga como el mensaje original.

Sé que cada país tiene barajas diferentes. En general, no importa cómo se ordenen las cartas o cómo se conviertan las cartas a números. Lo que importa es que el remitente y el receptor se pongan de acuerdo en las reglas. Si no eres consistente, no te podrás comunicar.

Antes de empezar a generar la ristra, es necesario "introducir" una clave en la baraja. Ésta es, probablemente, la parte más importante de toda la operación, y en la que se basa toda la seguridad del sistema. Solitario es sólo tan seguro como lo sea su clave. Es decir, la forma más fácil de romper Solitario es imaginarse qué clave se está utilizando. Si no tienes una buena clave, el resto no importa. He aquí algunas sugerencias para realizar el intercambio de claves:

1. Utiliza dos mazos barajados de la misma manera. Las claves aleatorias son las mejores. Uno de los comunicantes puede barajar un mazo de forma aleatoria, y luego copiar la distribución de las cartas en el otro mazo (para así obtener dos mazos iguales). Uno de los mazos es empleado por el emisor, y el otro por el receptor. La mayoría de la gente no son buenos barajando, así que baraja el mazo al menos seis veces. Ambas partes deben tener otra baraja adicional ordenada de la misma forma, porque si se comete algún error nunca se podrá descifrar el mensaje. Recuerda también que la clave corre peligro mientras exista; la policía secreta podría encontrar la baraja y simplemente copiar su orden.
2. Usa un orden de Bridge. La descripción de una mano de bridge en un periódico o en un libro de bridge constituye una clave de aproximadamente 95 bits. Ponte de acuerdo con el otro comunicante en la forma de convertir el diagrama en un orden concreto para tu baraja. Luego ponte de acuerdo sobre la forma de meter los dos comodines en el mazo. Una posibilidad obvia es poner el comodín A tras la primera carta que se mencione en el texto, y el comodín B tras la segunda carta mencionada en el texto.

Sé prevenido, no obstante; la policía secreta puede encontrar tu columna de bridge y copiarla. Puedes intentar acordar alguna convención sobre qué columna de bridge utilizar; por ejemplo "usar la columna en el periódico local de tu ciudad natal correspondiente al día que se cifre el mensaje", o algo por el estilo. O una una lista de palabras clave en el web del New York Times, y usar la columna de bridge del día del artículo que aparezca cuando buscas esas palabras clave. Si se encuentran las palabras clave, o son interceptadas, parecerán una "frase de paso". Y elige tus propias convenciones a la hora de convertir las columnas de bridge en un ordenamiento para la baraja. Recuerda que la policía secreta también lee los libros de Neal Stephenson.

3. Usa una "frase de paso" para ordenar la baraja. Este método utiliza el algoritmo Solitario para crear un ordenamiento inicial del mazo. Ambos, el emisor y el receptor, comparten una frase de paso (por ejemplo, "CLAVE SECRETA"). Empezar con el mazo en un orden fijo; de la carta más baja a la más alta, con los palos en el orden visto previamente, y con los dos comodines al final, primero el A y luego el B. Ahora utilizamos Solitario, tal cual, pero al llegar al paso 5 contamos según el número que corresponda a la primera letra de la frase de paso. En otras palabras, volvemos a realizar el paso 4, pero usando el número que corresponda a la primera letra de la palabra de paso, en vez de usar el número correspondiente a la última carta de la baraja. Recuerda poner las cartas de arriba justo debajo de la última carta de la baraja, como antes.

Ejemplos

He aquí algunos ejemplos para practicar tus habilidades con Solitario:

• Ejemplo 1: Empieza con un mazo ordenado: de As de tréboles a Rey de tréboles, y luego diamantes, corazones y picas. Finalmente el comodín A y luego el comodín B. Puedes ver esta baraja como 1 .. 52, A, B.

Solitario está diseñado para ser seguro incluso si el enemigo sabe cómo funciona el algoritmo. He supuesto que "Criptonomicón" será un best-seller, y que habrá copias del libro en todas partes. He supuesto también que la NSA y el resto del mundo estudiarán el algoritmo. Asumo que el único secreto es la clave.

Por eso mantener la clave en secreto es tan importante. Si tienes un mazo de cartas en lugar seguro, deberías asumir, al menos, que el enemigo sabe que estás usando Solitario. Si tienes una columna de bidge en tu caja fuerte, deberías esperar que se alzasen algunas cejas. Si se sabe que algún grupo está empleando el algoritmo, cuenta con que la policía secreta mantenga una base de datos de columnas de bridge para ser utilizadas como ataque. Solitario es seguro aunque tu enemigo sepa que lo estás utilizando, y un simple mazo de cartas es mucho menos incriminatorio que un programa de cifrado en tu portátil.

1. La primera regla de cualquier sistema de cifrado en modo "output-feedback" es que NUNCA debes emplear la misma clave para cifrar dos mensajes diferentes. Repite: NUNCA UTILICES LA MISMA CLAVE PARA CIFRAR DOS MENSAJES DIFERENTES. El hacerlo rompe irremediablemente la seguridad del sistema. La razón es simple: Si tienes dos textos cifrados, Ak y B+k, y estas uno del otro, obtienes (A+K)-(B+K)=A-B. Es decir, la resta de dos textos sin cifrar, sin ninguna clave, y eso es muy fácil de romper. Confía en mí en ese aspecto: tú puedes no saber recuperar los mensajes A y B a partir de A-B, pero un criptoanalista profesional sí puede. Esto tiene una importancia vital: nunca utilices la misma clave para cifrar dos mensajes diferentes.
2. Usa mensajes cortos. Este algoritmo está diseñado para ser empleado con mensajes muy cortos: un par de miles de caracteres como mucho. Usa abreviaturas, jerga, etc. Si tienes que cifrar una novela de 100.000 palabras, utiliza un ordenador.
3. Como todos los cifrados "output-feedback", este sistema tiene la desagradable característica de que nunca se recupera de un error. Si estás cifrando un mensaje y cometes un error en una de las operaciones, todas las letras siguientes serán también erróneas. No podrás descifrar el mensaje, aunque tengas la clave correcta. Y nunca lo sabrás. Así que si estás cifrando un mensaje, revisa todos los pasos del cifrado dos veces para estar seguro de que no cometes un error. Si estás descifrando un mensaje, asegúrate de que éste tiene sentido a medida que lo vas abriendo. Si estás empleado como clave una baraja ordenada de forma aleatoria, haz una copia de ella, por la misma razón.
4. Solitario es reversible. Es decir, que si dejas el mazo por ahí cuando has cifrado un mensaje, la policía secreta puede encontrarlo y rehacer el algoritmo hacia atrás, usando la baraja. Este proceso puede recuperar toda la ristra y descifrar un mensaje. Es importante que barajes el mazo completamente, seis veces, cuando termines de cifrar un mensaje.
5. Para mayor seguridad, intenta hacer todos los pasos a mano y dentro de tu cabeza. Si la policía secreta irrumpe en tu habitación, simplemente baraja el mazo. No lo tires al aire; te sorprendería saber hasta qué punto las cartas mantienen su orden. Recuerda barajar la copia del mazo, si tienes una.
6. Sé cuidadoso con las notas que tomas, si tienes que escribir algo. Contienen información sensible.

Quemar las notas es, probablemente, la forma más segura de deshacerse de ellas. Pero piensa en el tipo de papel. El papel sin cola, el papel de arroz utilizado en los cigarrillos, parece ideal. Un colega hizo algunas pruebas con papel "Club Cabaret Width", y ardían completamente.

No es tan difícil escribir sobre papel de fumar como podría pensarse. Usar un lápiz del número 2 con una punta fina pero roma funciona bien. El lápiz número 3 es aún mejor, pero es algo un poco raro para llevarlo por ahí. Los bolígrafos tienen varios problemas. Su punta dura puede dejar marcas en la superficie bajo el papel. Además, la tinta puede filtrarse y manchar la superficie inferior.

El papel de fumar está fabricado para quemarse completamente de forma limpia. El papel "Club" arde mejor cuando se quema al aire libre. Es decir, se enciende y se deja caer desde la altura del pecho. Este tipo de papel tiene la ventaja adicional de que ocupan muy poco volumen y se puede comer fácilmente si es preciso.

También son extremadamente finos. Esos papeles, cuadrados de unas tres pulgadas [7,5 cm - N. del T.], pueden doblarse seis veces en un cuadrado de un centímetro de lado y de un milímetro de grosor. Una de esas hojas acomoda fácilmente 80 caracteres en 8 filas de bloques de 5 letras cada uno. Para alguien cuidadoso parece bastante factible el escribir hasta 120 caracteres.

7. Solitario puede implementarse en un ordenador. A menudo sólo uno de los extremos de la comunicación emplea una baraja; el otro extremo es lo bastante seguro como para emplear un ordenador. Usa el ordenador cuando puedas: es más rápido, y un ordenador no comete errores.
8. La mayoría de los juegos de cartas no incluyen comodines, así que llevar encima una baraja con comodines puede resultar sospechoso. Prepárate alguna historia.
9. La seguridad de Solitario no depende del secretismo alrededor del algoritmo. Asumo que la policía secreta sabe que lo estás empleando.

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