La criptoanàlisi és el conjunt de tècniques utilitzades per a desxifrar codis encriptats sense conèixer el sistema emprat per a la codificació. Habitualment, implica buscar la clau secreta utilitzada. El terme criptoanàlisi també s'utilitza de manera general per referir-se a qualsevol intent de trencar la seguretat d'altres tipus d'algorismes i protocols criptogràfics. En canvi, el terme no inclou els atacs que no es basin en els punts febles de la criptografia utilitzada en la codificació, com per exemple: els atacs que es basin en el suborn, la coacció física, la tortura o el robatori -avui dia més efectius que la criptoanàlisi tradicional-. Criptoanàlisi (del grec kryptós, "amagat" i analýein, "deslligar") és l'estudi dels mètodes per obtenir el sentit d'una informació xifrada, sense accés a la informació secreta requerida per obtenir aquest sentit normalment. Típicament, això es tradueix en aconseguir la clau secreta. En el llenguatge no tècnic, es coneix aquesta pràctica com trencar o forçar el codi, encara que aquesta expressió té un significat específic dins l'argot tècnic. Criptoanàlisi també fa referència a qualsevol intent d'esquivar la seguretat d'altres tipus d'algorismes i protocols criptogràfics en general, i no només el xifrat. No obstant això, la criptoanàlisi sol excloure els atacs que no tinguin com a objectiu primari els punts febles de la criptografia utilitzada, per exemple, atacs a la seguretat que es basin en el suborn, la coerció física, el robatori, el keylogging i altres, encara que aquests tipus d'atacs són un risc creixent per a la seguretat informàtica i s'estan fent gradualment més efectius que la criptoanàlisi tradicional.
Tot i que l'objectiu ha estat sempre el mateix, els mètodes i tècniques de la criptoanàlisi han canviat de manera dràstica al llarg de la història de la criptografia, adaptant-se a la creixent complexitat de la criptografia, passant del llapis i el paper del passat als ordinadors d'avui, passant per màquines com l'Enigma de la Segona Guerra Mundial. Els resultats obtinguts amb la criptoanàlisi també han canviat al llarg del temps, ara ja no és possible tenir un èxit total en trencar una codificació i hi ha una classificació jeràrquica del que constitueix un atac. A mitjans de la dècada del 1970 es va introduir un nou tipus de criptografia: la criptografia asimètrica basada en una clau pública. Els mètodes que permeten trencar aquest tipus de criptosistema són radicalment diferents als anteriors i impliquen la resolució de problemes matemàtics complexos com la factorització de nombres sencers.
Tot i que l'objectiu ha estat sempre el mateix, els mètodes i tècniques de la criptoanàlisi han canviat dràsticament a través de la història de la criptografia, adaptant-se a una creixent complexitat criptogràfica, que abasta des dels mètodes de llapis i paper del passat, passant per màquines com Enigma-utilitzada pels nazis durant la Segona Guerra Mundial -, fins a arribar als sistemes basats en computadores del present.
Els resultats de la criptoanàlisi han canviat també: ja no és possible tenir un èxit il limitat al trencar un codi, i hi ha una classificació jeràrquica del que constitueix un atac a la pràctica. A mitjans dels anys 70 es va inventar una nova classe de criptografia: la criptografia asimètrica. Els mètodes utilitzats per trencar aquests sistemes són en general radicalment diferents dels anteriors, i usualment impliquen resoldre un problema acuradament construït en el domini de la matemàtica pura. L'exemple més conegut és la factorització d'enters.
Història de la criptoanàlisi La criptoanàlisi ha evolucionat conjuntament amb la criptografia, i la competició entre tots dos pot rastrejar-se al llarg de tota la història de la criptografia. Les claus noves es dissenyaven per a reemplaçar els esquemes ja trencats i noves tècniques de criptoanàlisi es desenvolupaven per obrir les claus millorades. A la pràctica, es considera a totes dues com les dues cares de la mateixa moneda: per crear un sistema criptogràfic segur, cal tenir en compte els descobriments de la criptoanàlisi. De fet, avui en dia, se sol convidar a la comunitat científica que tracti de trencar les noves claus criptogràfiques, abans de considerar que un sistema és prou segur per al seu ús.
Criptoanàlisi clàssica miniatura|Primera pàgina de Un manuscrit per al desxifrat de missatges criptogràfics , d'Al-Kindi Tot i que l'expressió criptoanàlisi és relativament recent (va ser encunyada per William F. Friedman a 1920), els mètodes per trencar codis i xifrats són molt més antics. La primera explicació coneguda de la criptoanàlisi es deu al savi àrab del , Yusuf Yaqub ibn Ishaq al-Sabbah Al-Kindi, en el seu Manuscrit per Desxifrar Missatges criptogràfics. Aquest tractat inclou una descripció del mètode d'anàlisi de freqüències (Ibraham, 1992).
L'anàlisi de freqüències és l'eina bàsica per trencar els xifrats clàssics. En totes les llengües conegudes, certes lletres de l'alfabet apareixen més sovint que altres, per exemple, en espanyol, les vocals són molt freqüents, ocupant al voltant del 45% del text, sent la E i l'A les que apareixen en més ocasions, mentre que la freqüència sumada de F, Z, J, X, W i K no arriba al 2%. Igualment, es poden reunir estadístiques d'aparició de parells o trios de lletres. L'anàlisi de freqüències revelarà el contingut original si el xifrat utilitzat no és capaç d'amagar aquestes estadístiques. Per exemple, en un xifrat de substitució simple (en el qual cada lletra és simplement substituïda per una altra), la lletra més freqüent en el text xifrat seria un candidat probable per representar la lletra "E".
L'anàlisi de freqüències es basa tant en el coneixement lingüístic com en les estadístiques, però en tornar-se cada vegada més complicats els xifrats, les matemàtiques es van convertir gradualment en l'enfocament predominant en la criptoanàlisi. Aquest canvi va ser particularment evident durant la Segona Guerra Mundial, quan els esforços per trencar els codis de l'Eix van requerir nous nivells de sofisticació matemàtica. Més encara, l'automatització va ser aplicada per primera vegada en la Història a la criptoanàlisi, sota la forma dels dispositius Bomba i Colossus, una de les primeres computadores.
Criptoanàlisi moderna miniatura|Rèplica d'un dispositiu Bombe Tot i que la computació va ser utilitzada amb gran èxit durant la Segona Guerra Mundial, també va fer possible nous mètodes criptogràfics que eren ordres de magnitud més complexos que les emprades fins a la data. Presa com un tot, la criptografia moderna s'ha tornat molt més impenetrable per als criptoanalistes que els mètodes de ploma i paper del passat, i sembla que en l'actualitat porten avantatge sobre els mètodes de la pura criptoanàlisi. L'historiador David Kahn va escriure: "Són molts els criptosistemes de venda avui per part de centenars de companyies comercials que no poden ser trencats per cap mètode conegut de criptoanàlisi. De fet, en certs sistemes fins i tot un atac de text pla escollit, en què un fragment de text pla seleccionat és comparat amb la seva versió xifrada, no permet conèixer el codi per trencar altres missatges. D'alguna manera, llavors, la criptoanàlisi és morta. Però aquest no és el final de la història. La criptoanàlisi pot estar morta, però, barrejant les meves metàfores, hi ha més d'una manera d'escorxar un gat." -Observacions sobre el 50 Aniversari de l'Agència de Seguretat Nacional, novembre 1 del 2002-. Kahn esmenta a continuació les majors possibilitats per la intercepció, la col·locació de dispositius gravadors ("bugging"), els atacs de canal lateral i la criptogtafia quàntica com a substituts dels mètodes tradicionals de la criptoanàlisi.
Kahn podria haver-se precipitat massa en declarar a la criptoanàlisi morta; encara no s'han extingit els xifrats febles. En mitjans acadèmics, es presenten regularment nous dissenys, i també són trencats freqüentment: el xifrat per blocs Madryga, de 1984, va demostrar ser vulnerable a un atac amb només text xifrat disponible el 1998; FEAL-4, proposat com a substitut per l'algorisme estàndard de xifrat de dades DES va ser enderrocat per una allau d'atacs de la comunitat acadèmica, molts dels quals no eren del tot realitzables en condicions pràctiques. En la indústria, igualment, els xifrats no estan exempts d'errors, per exemple: els algorismes AS/1, AS/2 i CMEA, usats a la indústria de telèfons mòbils, poden ser trencats en hores, minuts, o fins i tot, en temps real per equip informàtic àmpliament disponible. El 2001, es va demostrar que l'algorisme WEP, utilitzat per protegir xarxes WiFi, és susceptible de ser atacat mitjançant un atac de clau relacionada.
Resultats de la criptoanàlisi miniatura|El Telegrama de Zimmerman, desxifrat Els èxits en la criptoanàlisi han influït sens dubte a la Història. La capacitat de llegir els pensaments, suposadament secrets, o els plans d'altres pot ser un avantatge decisiu, i mai amb més raó que en temps de guerra. Per exemple: durant la Primera Guerra Mundial, el desxiframent del Telegrama de Zimmerman va ser capital per a l'entrada dels Estats Units a la guerra. A la Segona Guerra Mundial, la criptoanàlisi dels codis alemanys, incloent-hi la màquina Enigma i el codi Lorenz, ha estat considerada des d'un factor que amb prou feines va escurçar la guerra a alguns mesos a Europa, fins a un element crucial que va determinar el resultat final. Els Estats Units també es van beneficiar de la criptoanàlisi del codi japonès PURPLE durant la contesa.
Tots els governs han estat conscients des d'antic dels potencials beneficis de la criptoanàlisi per a la intel·ligència militar, tant pel que purament bèl·lic com en el diplomàtic, i han establert amb freqüència organitzacions dedicades en exclusiva al desxifrat de codis d'altres nacions, per exemple GCHQ i NSA, organitzacions americanes encara molt actives avui dia. El 2004, va sorgir la notícia que els Estats Units havien trencat els codis utilitzats per l'Iran. http://news.bbc.co.uk/1/hi/technology/3804895.stm
Caracterització dels atacs Els atacs criptoanalítics varien en potència i en la seva capacitat d'amenaça per als sistemes criptogràfics utilitzats al món real. Una "debilitat certificacional" és un atac teòric que resulta improbable d'aplicar a cap situació realista, la majoria dels resultats demostrats en la investigació criptoanalítica moderna són d'aquest tipus. Essencialment, la importància pràctica de l'atac depèn de les respostes donades a les següents preguntes: Quins coneixements i capacitats són necessaris com a requisit? Quanta informació addicional secreta es dedueix de l'atac? Quant esforç cal? (és a dir, quin és el grau de complexitat computacional?)
Coneixement previ: escenaris per la criptoanàlisi La criptoanàlisi pot realitzar sota una sèrie de supòsits sobre el que pot observar-se o descobrir-se sobre el sistema en qüestió abans de realitzar l'atac. Com un punt d'inici bàsic se suposa que, per als propòsits de l'anàlisi, l'algorisme general és conegut; aquesta és la Màxima de Shannon, "l'enemic coneix el sistema". Aquest és un supòsit raonable en la pràctica - al llarg de la Història, hi ha incomptables exemples d'algorismes secrets que van ser coneguts mitjançant l'espionatge, la traïció i l'enginyeria inversa. De vegades, alguns codis han estat reconstruïts mitjançant la pura deducció, per exemple, el codi Lorenz i el codi PURPLE, així com una certa quantitat de codis clàssics.
Altres supòsits es poden categoritzar de la manera següent: "Atac amb només text xifrat disponible": el criptoanalista només té accés a una col·lecció de textos xifrats o codificats. "Atac amb text pla conegut": l'atacant té un conjunt de textos xifrats dels que coneix el corresponent text pla o desxifrat.