Objetivos didácticos
Todos tenemos secretos y queremos protegerlos. ¿Cómo? Cifrando los mensajes.
Este lab lleva a los alumnos de Secundaria por seis cifrados históricos —desde los hebreos hasta los telegrafistas americanos— y termina con tres misiones reales de criptógrafo que requerirán algo más de tiempo y esfuerzo porque habrá que romper el código usando frecuencias relativas de las letras.
Qué se aprende
El alumno comprende que cifrar es siempre una operación matemática reversible, y que la seguridad de un código depende de cuántas claves posibles existen y de si las frecuencias de las letras lo traicionan.
- Cifrados de sustitución monoalfabética: César (desplazamiento fijo, disco giratorio + histograma de frecuencias), Atbash (A↔Z, operar y descifrar son la misma operación), Pigpen masónico (cada letra es la forma de su casilla en 4 parrillas).
- Cifrados de transposición: escítala espartana (slider de columnas que redistribuye letras) y valla de raíles (zigzag sobre N raíles, lectura por filas).
- Esteganografía: cifrado de Bacon (1605) con código binario de 5 bits ocultado en dos fuentes tipográficas.
- Vigenère (s. XVI): clave que cambia en cada posición, operación a mano con disco de César, y ruptura sistemática con el test de Kasiski (buscar la longitud L de la clave) y 6 ruedas de histograma para ajustar cada letra de la clave.
- Análisis combinatorio: contar claves posibles en César, Vigenère y sustitución arbitraria, y ver por qué más claves no basta sin ocultar las frecuencias.
- Ruptura por frecuencias: emparejar letras frecuentes del cifrado con E, A, O del castellano hasta leer el texto.
- Tres misiones finales (César, Pigpen, Bacon) consolidan todas las técnicas.
Ideas matemáticas clave
- Un cifrado de sustitución monoalfabética es una biyección del alfabeto en sí mismo; aplicarla dos veces devuelve el original (involución en Atbash).
- El desplazamiento de César es aritmética modular: cifrar = sumar mod 26, descifrar = restar mod 26.
- La transposición reordena las letras sin cambiarlas; la clave es la forma geométrica del arreglo (columnas o raíles en zigzag).
- El código de Bacon asigna a cada letra un número de 5 bits (A=00000 … Z=11001): es una codificación binaria de longitud fija.
- Vigenère = suma de dos alfabetos posición a posición (mod 26); rompe el análisis de frecuencias porque cada letra del texto plano puede cifrarse de 26 formas distintas.
- Test de Kasiski: repeticiones en el cifrado aparecen separadas por múltiplos de L (longitud de la clave), lo que permite estimar L y reducir Vigenère a L cifrados César independientes.
- El número de claves crece de 26 (César) a 26^L (Vigenère de longitud L) a 26! ≈ 4 × 10^26 (sustitución arbitraria); aun así, 26! claves no protegen si el idioma deja huella en las frecuencias.
Contenidos por salas
Sala 1 · Bienvenido al zoo
Pantalla de presentación que anuncia los 6 exhibits del zoo (cifrados históricos) y las 3 misiones finales. El alumno lee el mapa del recorrido y se orienta antes de comenzar.
Tareas para el alumno
- Leer la descripción del recorrido y avanzar al primer exhibit.
Sala 2 · El disco de César
Disco giratorio interactivo que aplica el cifrado César (desplazamiento fijo del alfabeto). Se acompaña de un histograma de frecuencias del castellano para empezar a intuir el análisis estadístico.
Tareas para el alumno
- Mover el anillo del disco para probar distintos desplazamientos.
- Escribir un texto y observar cómo se cifra/descifra.
- Usar la frecuencia de letras del castellano para descifrar el mensaje de la sala.
Sala 3 · Atbash: el alfabeto al revés
Cifrado hebreo bíblico (700 aC) donde A↔Z, B↔Y, C↔X… La sala destaca la propiedad singular: cifrar y descifrar son exactamente la misma operación.
Tareas para el alumno
- Aplicar Atbash a un texto de ejemplo y comprobar que el doble cifrado recupera el original.
- Responder a la pregunta sobre la simetría del cifrado.
Sala 4 · La escítala espartana
Transposición por cilindro usada en Esparta (450 aC): una tira de cuero enrollada en un bastón. Un slider permite cambiar el número de columnas y observar cómo las letras se redistribuyen.
Tareas para el alumno
- Mover el slider de columnas para ver cómo el texto se ordena o desordena.
- Encontrar el número de columnas que reconstruye el mensaje original.
Sala 5 · La valla de raíles
Cifrado de transposición en zigzag (telégrafos americanos, s. XIX): el mensaje se escribe en N raíles y se lee fila por fila, con cada raíl en un color distinto.
Tareas para el alumno
- Cifrar un texto corto eligiendo el número de raíles.
- Descifrar un texto cifrado identificando el patrón zigzag.
Sala 6 · Pigpen (corral de cerdos)
Cifrado masónico del s. XVIII: cada letra se representa con la forma de la celda de una de las cuatro parrillas (dos cuadrículas 3×3 y dos cruces, con y sin punto). El alumno aprende a leer y escribir en el alfabeto de símbolos.
Tareas para el alumno
- Identificar las cuatro parrillas y sus letras.
- Descifrar un mensaje escrito en símbolos Pigpen.
Sala 7 · Bacon: el mensaje invisible
Francis Bacon (1605) codifica cada letra como un código binario de 5 bits (A=00000, Z=11001) y lo esconde en un texto portador usando dos tipografías (normal y negrita). La esteganografía: ocultar que existe un mensaje.
Tareas para el alumno
- Leer un texto con dos fuentes y extraer los bits A/B para decodificar la palabra oculta.
- Comprender la diferencia entre criptografía y esteganografía.
Sala 8 · Vigenère: clave que cambia
Introducción al cifrado Vigenère (s. XVI): la suma de desplazamiento no es fija sino que sigue una clave que se repite. El alumno cifra y descifra con la herramienta interactiva y entiende por qué rompe el análisis de frecuencias.
Tareas para el alumno
- Introducir un texto y una clave corta; observar el cifrado resultante.
- Descifrar un mensaje conociendo la clave.
Sala 9 · Vigenère a mano
El alumno debe hacer la operación Vigenère manualmente: 6 letras de texto y una clave de 3, con un disco de César que indica la suma (cifrado) y la resta (descifrado) para cada desplazamiento.
Tareas para el alumno
- Usar el disco de César para cifrar cada letra sumando la letra correspondiente de la clave.
- Descifrar el texto restando la clave letra a letra.
Sala 10 · Vigenère sin clave
Escenario de criptoanálisis: se ha interceptado un mensaje Vigenère pero se desconoce la clave. Con una pista parcial, el alumno prueba claves candidatas hasta que el descifrado produce texto legible.
Tareas para el alumno
- Probar claves candidatas en la herramienta y evaluar si el resultado tiene sentido.
- Encontrar la clave correcta que descifra el mensaje.
Sala 11 · Romper Vigenère: ¿cuántas ruedas?
Prueba del test de Kasiski-Babbage: si la clave tiene longitud L, las posiciones a distancia L comparten el mismo César. El alumno divide el cifrado en grupos y compara histogramas para hallar la longitud L que hace cada grupo parecido al castellano.
Tareas para el alumno
- Variar la longitud L y observar cómo cambian los histogramas de cada grupo.
- Identificar el valor de L en que los histogramas se ajustan al castellano.
Sala 12 · Vigenère: ajusta las 6 ruedas
Conocida ya la longitud de clave (6), el alumno gira cada una de las 6 ruedas independientemente: al girar, el histograma del grupo correspondiente se desplaza y el descifrado parcial se actualiza en tiempo real.
Tareas para el alumno
- Girar cada rueda hasta que su histograma coincida con el del español.
- Leer el mensaje completamente descifrado cuando las 6 ruedas estén en su posición correcta.
Sala 13 · ¿Cuántos códigos distintos?
Razonamiento combinatorio sobre el espacio de claves: César (25), Vigenère de 3 letras (26³), sustitución arbitraria letra-a-letra (26!). La sala muestra por qué el tamaño del espacio de claves no garantiza seguridad por sí solo.
Tareas para el alumno
- Calcular o estimar el número de cifrados posibles para cada tipo.
- Reflexionar sobre por qué 26! claves no impide el criptoanálisis por frecuencias.
Sala 14 · Romper la sustitución por frecuencias
Un texto largo cifrado por sustitución arbitraria. Las letras más frecuentes del cifrado aparecen en naranja y las del castellano (E, A, O) en verde. El alumno las empareja clicando hasta que el texto se vuelve legible.
Tareas para el alumno
- Emparejar letras cifradas frecuentes con letras del castellano más probables.
- Ajustar los pares hasta que el texto descifrado sea legible.
Sala 15 · Misión 1: descifrar un César
Primera misión final: un mensaje César sencillo que el alumno debe descifrar moviendo el deslizador hasta que el texto tenga sentido. Sirve de "calentamiento" tras el bloque Vigenère.
Tareas para el alumno
- Mover el slider de desplazamiento hasta obtener texto legible.
- Confirmar el descifrado para pasar a la siguiente misión.
Sala 16 · Misión 2: el espía masónico
Segunda misión: una nota interceptada con 7 símbolos Pigpen. El alumno usa las 4 parrillas como llave para descifrar el mensaje del espía.
Tareas para el alumno
- Consultar las cuatro parrillas Pigpen.
- Traducir cada símbolo a su letra y escribir la palabra descifrada.
Sala 17 · Misión 3: la tinta invisible
Tercera misión: un texto inocente esconde una palabra en código Bacon usando dos tipografías. El alumno extrae la secuencia de bits y la convierte en letras para revelar el mensaje oculto.
Tareas para el alumno
- Identificar las letras en tipografía normal (A) y negrita (B) del texto portador.
- Agrupar los bits en grupos de 5 y convertirlos a letras según la tabla Bacon.
- Escribir la palabra oculta para completar el lab.
Salas para proyectar
Las más vistosas para mostrar y discutir en clase.