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quinta-feira, 27 de janeiro de 2011

Criptoanálise; Descobrindo o código Secreto.





Após a invenção do telégrafo, era então possível as pessoas se comunicarem por todos os países de forma instantânea através do código Morse. Infelizmente, era possível também que qualquer pessoa com o equipamento apropriado fizesse um grampo uma linha e ouvisse as conversas. Além disso, a maioria das pessoas dependia de funcionários para codificar e decodificar as mensagens, o que tornava possível enviar textos simples clandestinamente. Mais uma vez, as cifras de tornaram importantes.

A Alemanha criou uma nova cifra com base na combinação do tabuleiro de damas de Polybius e palavras-chave. Era conhecida como a cifra ADFGX, porque essas eram as únicas letras usadas como cifra. Os alemães escolheram essas letras porque seus equivalentes no código Morse eram difíceis de confundir, reduzindo a chance de erros.

O primeiro passo era criar uma matriz que parecia com o tabuleiro de damas de Polybius:


A
D
F
G
X

A
A
B
C
D
E

D
F
G
H
I/J
K

F
L
M
N
O
P

G
Q
R
S
T
U

X
V
W
X
Y
Z


Os criptógrafos usariam pares de letras em cifras para representar letras de texto simples. A linha de letras torna-se a primeira cifra no par, e a coluna torna-se a segunda cifra. Neste exemplo, a letra cifrada "B" torna-se "AD", enquanto o "O" torna-se "FG". Nem todas as matrizes ADFGX tinham o alfabeto organizado em ordem alfabética.

Então, o criptógrafo cifraria sua mensagem. Vamos continuar com a frase "How Stuff Works (Como tudo funciona)". Usando este matriz, nós teríamos "DFFGXD GFGGGXDADA XDFGGDDXGF".

O próximo passo era determinar uma palavra-chave, a qual poderia ter qualquer comprimento porém não poderia ter letras repetidas. Para este exemplo, vamos usar a palavra ALEMÃO. O criptógrafo criaria uma grade com a palavra-chave soletrada no topo. O criptógrafo então escreveria a mensagem cifrada na grade, separando os pares em letras individuais e passando de uma linha para a outra.

D
E
U
T
S
C
H

D
F
F
G
X
D
G

F
G
G
G
X
D
A

D
A
X
D
F
G
G

D
D
X
G
F




Então, o criptógrafo reorganizaria a grade de forma que as letras da palavra-chave ficasse em ordem alfabética, alterando as colunas correspondentes as letras de forma apropriada:

C
D
E
H
S
T
U

D
D
F
G
X
G
F

D
F
G
A
X
G
G

G
D
A
G
F
D
X


D
D

F
G
X


Ele então escreveria a mensagem segundo cada coluna (não considerando as letras da palavra-chave no topo da linha). Essa mensagem ficaria assim: "DDG DFDD FGAD GAG XXFF GGDG FGXX". Fica claro o porquê desse código ser tão desafiador - os criptógrafos cifravam e transpunham cada caractere do texto simples. Para decifrar, você precisaria saber a palavra-chave (ALEMÃO), então você trabalharia a partir daí. Você começaria com uma grade com colunas organizadas alfabeticamente. Uma vez que você preencheu a grade, você poderia reorganizar as colunas de forma apropriada e usar sua matriz para decifrar a mensagem.

Contagem de palavras

Uma das maneiras para você poder adivinhar uma palavra-chave, em uma cifra ADFGX, é contando o número de palavras na mensagem cifrada. O número de palavras cifradas lhe dirá o tamanho da palavra-chave - cada palavra cifrada representa uma coluna de texto, e cada coluna corresponde a uma letra na palavra-chave. Em nosso exemplo, há seis letras na mensagem cifrada, o que quer dizer que há 6 colunas com uma palavra-chave de seis letras. Claro, ALEMÃO tem seis letras. Pelo fato das palavras cifradas e da mensagem original poderem ter contagens diferentes - seis letras cifradas versus três palavras de texto simples em nosso exemplo - decifrar a mensagem torna-se ainda mais desafiador.

Um dos primeiros dispositivos de cifra conhecido é Alberti Disc, inventado por Leon Battista Alberti, no século 15. O dispositivo consistia de dois discos, o interno que continha um alfabeto misturado e o externo um segundo alfabeto truncado e os números de um a quatro. O disco externo girava para combinar diferentes letras com o círculo interno, com letras que o criptógrafo usava como texto simples. As letras do disco externo então serviam como texto em cifra.

Pelo fato do alfabeto do disco interior ser embaralhado, o receptor precisaria de uma cópia idêntica do disco que o criptógrafo usou para decifrar a mensagem. Para que o sistema fosse mais seguro, o criptógrafo poderia alterar o alinhamento do disco no meio da mensagem, talvez depois de três ou quatro palavras. O criptógrafo e o receptor saberiam alterar as configurações do disco após um número prescrito de palavras, talvez a primeira configuração do disco para que o círculo interno "A" combinasse com o círculo externo "W" para as primeiras quatro palavras, então com "N" para as próximas quatro e assim por diante. Isto fez com que desvendar cifras fosse mais difícil.

Cardano Grilles e esteganografia

Uma maneira inteligente de esconder uma mensagem secreta é em visão plana. Uma maneira de se fazer isso é usar um Cardano Grille - um pedaço de papel ou cartolina com furos. Para cifrar uma mensagem, você coloca a grelha num pedaço de papel em branco e escreve sua mensagem pelos buracos da grelha. Você preenche o resto do papel com texto que não tem a ver com a mensagem. Quando seu receptor receber a mensagem, ele coloca uma grelha idêntica sobre ele e vê o texto secreto. Esta é uma forma de esteganografia, esconder uma mensagem com outra coisa.

No século 19, Thomas Jefferson propôs uma nova máquina de cifra. Era um cilindro de discos montados em um eixo. Na extremidade de cada disco estavam as letras do alfabeto, organizadas de forma randomizada. Um criptógrafo poderia alinhar os discos para soletrar uma mensagem curta no cilindro. Ele então olharia para a outra linha pelo cilindro, a qual pareceria ser bobagem, e enviaria ao receptor. O receptor usaria um cilindro idêntico para soletrar as séries de letras sem sentido, então verificaria o resto do cilindro, buscando por uma mensagem escrita em inglês. Em 1922, o Exército dos Estados Unidos adotou um dispositivo muito semelhante ao de Jefferson; outras áreas militares fizeram o mesmo.

Talvez o dispositivo de cifras mais famoso foi a Enigma alemã do início do século 20 A Enigma lembrava uma máquina de escrever, porém ao invés de letras-chave ela tinha uma série de luzes com uma letra cada. Pressionando uma chave fazia com que uma corrente elétrica executasse um sistema complexo de fios e marchas, resultando em uma letra cifrada iluminada. Por exemplo, você pode pressionar a chave para a letra "A" e ver o "T" acesso.

O que fez da máquina de enigma um dispositivo de cifra tão formidável é que uma vez que uma letra era pressionada, um rotor na máquina giraria, alterando os pontos de contato do eletrodo dentro da máquina. Isso significa que se você pressionasse a letra "A" pela segunda vez, uma letra diferente acenderia ao invés do "T". Cada vez que você digitava uma letra, o rotor girava e após um certo número de letras, um segundo rotor começaria a funcionar e então um terceiro. A máquina permitia ao operador alterar a maneira na qual as letras eram inseridas na máquina, para que quando você pressionasse uma letra, a máquina interpretasse como se você tivesse pressionado uma letra diferente.

Como um criptoanalista descobre um código tão diferente?

Enquanto há centenas de códigos diferentes e sistemas de cifra no mundo, há características e técnicas universais que os criptoanalistas usam. Paciência e perseverança são duas das qualidades mais importantes em um criptoanalista. Resolver uma cifra pode demorar bastante tempo, às vezes exigindo que você retrace seus caminhos e inicie novamente. Desistir é tentador quando você se depara com uma cifra particularmente desafiadora.

Uma outra habilidade importante é estar familiarizado com a linguagem na qual o texto simples foi escrito. Tentar resolver uma mensagem codificada escrita em uma linguagem com a qual você não está familiarizado é quase que impossível.

Falantes do código Navajo

Durante a Segunda Guerra Mundial, os Estados Unidos empregaram índios navajos para codificar mensagens. Os navajos usaram um sistema de código com base em suas línguas traduzidas para o inglês. Eles atribuíram termos como "avião" a palavras código como "Da-he-tih-hi", que significa "beija-flor". Para cifrar palavras que não tinham uma palavra código correspondente, era usado um alfabeto codificado. Este alfabeto codificado usado em traduções de palavras em inglês para representar palavras; por exemplo, a palavra em navajo "wol-la-chee" significava "ant", então "wol-la-chee" poderia significar a letra "a". Algumas palavras eram representadas por múltiplas palavras de Navajo. A língua de Navajo era tão estranha para os japoneses que eles nunca desvendaram quaisquer códigos.

Uma boa familiaridade com a língua inclui uma compreensão da redundância da língua.

Redundância significa que toda língua contém mais caracteres ou palavras do que é normalmente necessário para transferir informações. As regras da língua inglesa criam redundância - por exemplo, nenhuma palavra em inglês começará com as letras "ng." O inglês também conta com um pequeno número de palavras. Palavras como "the", "of", "and", "to", "a", "in", "that","it", "is", e "I" contam mais do que um quarto do texto de uma mensagem média escrita em inglês [fonte: Kahn].

Saber as qualidades redundantes de uma língua facilita a tarefa do criptoanalista. Não importa o quanto difícil a cifra é, ela segue algumas regras da língua para que o receptor entenda a mensagem. Os criptoanalistas buscam padrões nas cifras para achar palavras comuns e combinações de letras.

Uma técnica básica para os criptoanalistas é a análise freqüente. Toda língua usa certas letras com mais freqüência do que outras. Em inglês, a letra "e" é a letra mais comum. Contando os caracteres em um texto, um criptoanalista pode ver rapidamente que tipo de cifra ele tem. Se a distribuição da freqüência da cifra é semelhante a distribuição da freqüência normal do alfabeto, o criptoanalista pode concluir que está lidando com uma cifra monoalfabética.

Truques do negócio

Os criptógrafos usam muitos métodos para confundir os criptoanalistas. Acrofonia é um método que codifica uma letra usando uma palavra que começa com o som da letra. "Bat" pode significar "b", enquanto "cunning" pode significar "k". Um polifone é um símbolo que representa mais do que uma letra de texto simples - um "%" pode representar ambos um "r" e um "j" por exemplo, enquanto a substituição homofônica usa cifras diferentes para representar a mesma letra do texto simples - "%" e "&" poderia representar a letra "c". Alguns criptógrafos até jogam símbolos nulos que não significam nada.

As cifras mais complicadas requerem uma combinação de experiência, tentativa e chutes no escuro ocasionais. As cifras mais difíceis são curtas, em blocos contínuos de caracteres. Se a mensagem do criptógrafo inclui quebras de palavras, espaço em cada uma delas, é muito mais fácil de decifrar. O criptoanalista busca por grupos de cifras repetidas, analisa onde esses grupos de letras se encaixam no contexto de palavras e tenta adivinhar o que essas palavras podem significar. Se o criptoanalista tem uma idéia sobre o conteúdo da mensagem, ele pode procurar por certas palavras. Um criptoanalista que intercepta uma mensagem de um capitão da Marinha pode procurar por termos que se referem aos padrões de tempo ou condições do mar. Se ele adivinha que "hyuwna" significa "stormy (tempestuoso)", pode ser que ele consiga decifrar o resto.

Muitas cifras polialfabéticas contam com palavras-chave que tornam a mensagem vulnerável. Se o criptoanalista adivinha corretamente a palavra-chave, ele pode rapidamente decifrar a mensagem toda. É importante que os criptógrafos alterem as palavras chave com freqüência e usem palavras chave não comuns e que não fazem sentido. Lembrar uma palavra-chave que não faz sentido pode ser desafiador, e se você fizer o seu sistema de cifra tão difícil que seu receptor não pode decifrar a mensagem rapidamente, seu sistema de comunicação poderá falhar.

Os criptoanalistas tiram proveito de qualquer oportunidade de resolver uma cifra. Se o criptógrafo usou um dispositivo de cifra, um criptoanalista experiente tentará arrumar o mesmo dispositivo ou fazer um com base em suas teorias da metodologia do criptógrafo. Durante a Segunda Guerra Mundial, os criptógrafos poloneses obtiveram uma máquina Enigma e estavam perto de descobrir o sistema de cifra da Alemanha quando se tornou perigoso demais para continuar. Os poloneses trocaram suas informações e tecnologia com os aliados, que criaram sua própria máquina Enigma e decifraram muitas mensagens codificadas alemãs.

Métodos de codificação de alto nível contam com processos que são relativamente simples de criar, porém extremamente difíceis de decifrar. Codificação de chave pública é um bom exemplo. Ela usa duas chaves - uma para codificar uma mensagem e outra para decodificar. A chave de codificar é a chave pública, disponível para quem quiser se comunicar com a pessoa que mantém uma chave secreta. A chave secreta decodifica mensagens codificadas pela chave pública e vice-versa. Para mais informações sobre codificação de chave pública, veja Como funciona a codificação.

Os criptógrafos de algoritmos complexos tem seu segredo seguro por enquanto. Isso irá alterar se a computação quantum tornar-se uma realidade. Computadores quantum poderiam descobrir os fatores de um grande número mais fácil do que um computador clássico. Se os engenheiros construírem um computador quantum confiável, praticamente toda mensagem codificada na internet ficará vulnerável. Para saber mais sobre o plano de criptógrafos para lidar com o problema, leia Como funcionarão os computadores quânticos.

Enquanto a maioria dos criptoanalistas dirão que, teoricamente, códigos que não podem ser interceptados não existem, poucos criptógrafos criaram códigos e cifras que ninguém conseguiu desvendar. Na maioria dos casos, não há texto suficiente na mensagem para os criptoanalistas analisarem. Às vezes, o sistema do criptógrafo é tão complexo, ou pode não conter mensagem nenhuma - que os códigos e cifras poderiam ser falsos.

Em 1800, um panfleto com três mensagem codificadas começaram a aparecer em uma pequena comunidade em Virgínia. O panfleto descrevia as aventuras de um homem chamado Beale que fez sua riqueza garimpando ouro. De acordo com relatos, Beale escondeu a maioria de sua riqueza em um lugar secreto e deixou uma mensagem codificada que levaria ao local do tesouro com um vigilante. Vinte anos se passaram com nenhuma notícia de Beale, e o vigilante buscou ajuda para resolver as mensagens codificadas. Finalmente, alguém determinou que uma das mensagens usava a Proclamação da Independência como um livro código, porém a mensagem decifrada somente deu idéias vagas do local do tesouro e alegou que outras mensagens levariam diretamente a ele. Ninguém resolveu as outras mensagens, e muitos acreditaram que tudo era falso.

O assassino do zodíaco enviou mensagens cifradas como esta para os jornais de São Francisco nos anos 60

Na metade dos anos 60, os moradores de São Francisco e de cidades vizinhas ficaram aterrorizados com um assassino cruel que provocou a polícia com mensagens codificadas. O assassino era chamado de Zodíaco e enviou a maioria das cartas para os jornais de São Francisco, finalmente dividindo uma mensagem longa e cifrada entre três jornais. Criptoanalistas amadores desvendaram a maioria delas. Há algumas mensagens que nunca foram descobertas, algumas, supostamente, tinham dicas para a identidade do assassino.

Richard Feynman, físico e pioneiro na área de nanotecnologia, recebeu três mensagens codificadas de um cientista de Los Alamos e as compartilhava com seus alunos quando não podia desvendá-las sozinho. Atualmente, elas estão publicadas em um site de quebra-cabeças. Os criptoanalistas só conseguiram decifrar a primeira mensagem, que acabaram sendo as primeiras linhas de Chaucer's "Canterbury Tales" escrito em inglês medieval (do século 12 ao 15).

Em 1990, Jim Sanborn criou uma escultura chamada Kryptos para a sede da CIA em Langley, Estado Americano da Virgínia. Kryptos contém quatro mensagens cifradas, porém os criptoanalistas só descobriram três delas. A mensagem final tem poucos caracteres (97 ou 98, dependendo se um caractere realmente pertence a quarta mensagem), tornando-a muito difícil de analisar. Diversas pessoas e organizações tentaram resolver as outras três mensagens, incluindo a CIA e a NSA.

Enquanto essas mensagens e muitas outras continuam não resolvidas, não há motivo para acreditar que elas nunca serão resolvidas. Por mais de 100 anos, uma mensagem cifrada escrita por Edgar Allen Poe ficou não resolvida, confundindo criptoanalistas profissionais e amadores. Porém em 2000, um homem chamado Gil Broza descobriu. Ele observou que a cifra usava diversas substituições homofônicas - Poe usou 14 cifras para representar a letra "e" - bem como diversos outros erros. O trabalho de Broza provou que só porque um código não foi resolvido não significa que não seja possível de ser resolvido.
Você é o criptoanalista

A seguinte mensagem é um texto cifrado usando um método semelhante ao discutido neste artigo. Há dicas no artigo que podem ajudar você a resolver a cifra. Pode demorar um pouco para você descobrir um método que funcione, porém com um pouco de paciência você descobrirá. Boa sorte!

KWKWKKRWRKKKKKWRSRWWO
SWWSWORSSRWOROSROKSKWK
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RWRWSWROSKKWRWKKSWKSS
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Informação é um bem importante. Nações, empresas e pessoas protegem suas informações com codificação, usando uma variedade de métodos que variam de substituir uma letra por outra a um algoritmo complexo para codificar uma mensagem. Do outro lado da equação da informação estão as pessoas que usam uma combinação de lógica e intuição para descobrir informações secretas. Estas pessoas são criptoanalistas, de algo conhecido como criptoanálise.

Uma pessoa que se comunica através de uma escrita secreta é chamada de criptógrafo. Os criptógrafos podem usar códigos, cifras ou uma combinação dos dois para manter mensagens seguras e impedir o acesso por outras pessoas. O que os criptógrafos criam, os criptoanalistas tentam descobrir.

Ao longo da história da criptografia, as pessoas que criaram códigos ou cifras estavam normalmente convencidas de que seus sistemas não podiam ser interceptados. Os criptoanalistas provaram que estas pessoas estavam erradas ao confiar em tudo que vinha do método científico para uma adivinhação sortuda. Hoje, ainda que os esquemas de codificação surpreendentemente complexos comuns em transações na internet possam ter uma vida útil limitada - a computação quantum pode tornar fácil as equações difíceis de serem resolvidas.

Você diz criptologia, eu digo criptografia

Em inglês, as palavras criptologia e criptografia são normalmente possíveis de serem trocadas - ambas referem-se a ciência da escrita secreta. Algumas pessoas preferem diferenciar as palavras, usando criptologia para se referir a ciência e a criptografia para se referir a prática da escrita secreta.

N­este artigo, veremos alguns dos códigos mais populares e sistemas de codificação usados ao longo da história. Vamos aprender sobre as técnicas que os criptoanalistas usam para interceptar códigos e cifras, e quais passos os criptógrafos podem tomar para fazer com que suas mensagens sejam mais difíceis de serem descobertas. Ao final, você terá a chance de descobrir uma mensagem codificada.

­Para aprender como a criptoanálise decifra mensagens secretas, você precisa saber como as pessoas criam códigos.
Após a queda do Império Romano, o mundo ocidental entrou no que hoje chamamos de "Idade das Trevas". Durante este período, houve um declínio na educação e não foi diferente com a criptografia. Isso até o Renascimento, quando a criptografia começou a se tornar popular. O Renascimento não foi apenas um período de intensa criatividade e aprendizado, mas também de intrigas, políticas, guerra e decepção.

Os criptógrafos começaram a buscar novas formas de codificar mensagens. A troca de César era fácil demais para ser descoberta - com tempo e paciência suficientes, quase toda pessoa poderia descobrir o texto simples por trás do texto cifrado. Reis e padres contratavam estudiosos para chegar a novas maneiras de enviar mensagens secretas.

Até que um estudioso chamado Johannes Trimethius, propôs disponibilizar o alfabeto em uma matriz, ou quadro. A matriz tinha 26 linhas e 26 colunas. A primeira linha continha o alfabeto como é normalmente escrito. A próxima linha usava uma troca de César para mover o alfabeto sobre um espaço. Cada linha alterava o alfabeto em um outro ponto para que a linha final iniciasse com "Z" e terminasse em "Y". Você poderia ler o alfabeto normalmente olhando pela primeira linha ou pela primeira coluna. É assim que se parece:
Como você pode ver, cada linha é uma troca de César. Para codificar uma letra, o criptógrafo escolhe uma linha e usa a linha de cima como guia de texto simples. Um criptógrafo usando a 10ª linha, por exemplo, codificaria a letra de texto simples "A" como "J".

Trimethius não parou por aí - ele sugeriu que os criptógrafos codificassem mensagens usando a primeira linha para a primeira letra, a segunda linha para a segunda letra e assim por diante até o final do quadro. Após 26 letras consecutivas, o criptógrafo iniciaria novamente a primeira linha e trabalharia novamente até ter codificado a mensagem toda. Utilizando esse método, ele poderia codificar a frase "How Stuff Works (Como tudo funciona)" como "HPY VXZLM EXBVE."

O quadro de Trimethius é um bom exemplo de uma cifra polialfabética. A maioria das cifras antigas eram monoalfabéticas, o que significa que um alfabeto em cifra substitui um alfabeto de texto simples. Uma cifra polialfabética usa múltiplos alfabetos para substituir o texto simples. Apesar das mesmas palavras serem usadas em cada linha, as letras dessa linha tem um significado diferente. Um criptógrafo codifica um texto simples "A" na linha três como um "C," porém um "A" na linha 23 é um "W". O sistema de Trimethius, no entanto, usa 26 alfabetos - um para cada letra no alfabeto normal.

No final do ano de 1500, Blaise de Vigenere propôs um sistema polialfabético que é particularmente difícil de decifrar. Seu método usou uma combinação do quadro de Trimethius e uma chave. A chave determinou quais alfabetos na tabela o decifrador de códigos deveria usar, porém não era necessariamente parte da mensagem. Vamos rever o quadro de Trimethius.

Vamos supor que você está codificando uma mensagem usando a palavra-chave "CIFRA." Você codificaria a primeira letra usando a linha "C" como guia, usando a letra encontrada na interseção da linha "C" e a coluna da letra do texto simples correspondente. Para a segunda letra, você usaria a linha "I", e assim por diante. Uma vez que você usa a linha "R" para codificar uma letra, você reiniciaria "C". Usando esta palavra-chave e este método, você poderia codificar a frase "How Stuff Works (Como tudo funciona)" da seguinte forma:
Chave
C
I
P
H
E
R
C
I
P
H
E
R
C

Simples
H
O
W
S
T
U
F
F
W
O
R
K
S

Cifra
J
W
L
Z
X
L
H
N
L
V
V
B
U



A mensagem que você codificou ficaria assim, "JWL ZXLHN LVVBU". Se você quisesse ler uma mensagem mais longa, você continuaria repetindo a chave para codificar seu texto simples. O receptor de sua mensagem precisaria saber a chave antes para poder decifrar o texto.
Vigenere sugeriu um esquema ainda mais complexo que usava uma letra primária seguida da própria mensagem como chave. A letra primária designava a linha que o criptógrafo usava primeiro para começar a mensagem. Tanto o criptógrafo como o receptor sabiam antecipadamente qual era a letra primária. Este método fez com que o descobrir das cifras fosse extremamente difícil, porém exigia tempo, e um erro na mensagem poderia alterar todo o resto. Enquanto o sistema era seguro, a maioria das pessoas o achou complexo demais para usar com eficiência. Eis um exemplo do sistema de Vigenere - neste caso a letra primária é "D":
Chave
D
H
O
W
S
T
U
F
F
W
O
R
K

Simples
H
O
W
S
T
U
F
F
W
O
R
K
S

Cifra
K
V
K
O
L
N
Z
K
B
K
F
B
C

Para decifrar, o receptor primeiro olharia a primeira letra da mensagem codificada, um "K" nesse caso, e usaria a tabela de Trimethius para descobrir onde o "K" ficou na linha "D" - lembre-se de que tanto o criptógrafo como o receptor sabiam antes que a primeira letra da chave será sempre o "D", independente do que o restante da mensagem dizia. A letra no topo da coluna é "H". O "H" torna-se a próxima letra na chave da cifra, então o receptor olharia na próxima linha "H" e encontraria a próxima letra na cifra - um "V" nesse caso. Isso daria ao receptor um "O". Seguindo este método, o receptor poderia decifrar a mensagem toda, ainda que demorasse um pouco.
O sistema mais complexo de Vigenere não foi popular até o ano de 1800, porém ainda é usado em máquinas de codificação modernas.

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