Zoo de cifrados: criptografía clásica

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Secundaria 17 Salas Criptografía

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.

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Sala 2 · El disco de César — El disco giratorio y el histograma de frecuencias hacen visible en tiempo real por qué el análisis estadístico rompe este cifrado; ideal para abrir el debate sobre "¿qué hace seguro a un cifrado?".
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Sala 12 · Vigenère: ajusta las 6 ruedas — Las 6 ruedas girando en paralelo con sus histogramas es el momento más visual del lab: muestra de forma tangible cómo el criptoanálisis de Kasiski convierte un cifrado "indescifrable" en 6 Césares independientes.
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Sala 14 · Romper la sustitución por frecuencias — El juego de emparejar letras naranja y verde y ver cómo el texto "emerge" palabra a palabra engancha mucho en clase y abre una discusión sobre límites del análisis de frecuencias.
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Sala 7 · Bacon: el mensaje invisible — La idea de ocultar que existe un mensaje (esteganografía) sorprende siempre; proyectar el texto portador y revelar la palabra escondida genera una reacción inmediata en el aula.