Breve storia della criptografia (sesta parte)

Quello che segue è un articolo, da me realizzato, pubblicato dalla EDIS - edizioni specializzate sulla loro rivista ESSECOME.

Breve storia della criptografia (sesta parte)

il 19° secolo

Nel 19° secolo furono fatti passi importanti nella criptografia.
L’impulso maggiore, a causa del disinteresse degli stati per l’argomento che aveva portato alla chiusura delle Camere Nere,si ebbe da parte di personaggi che operarono in maniera autonoma e le cui scoperte, spesso, finirono nel nulla.

Thomas Jefferson
Esemplare è il caso del dispositivo inventato da Thomas Jefferson, allora Segretario di Stato e futuro terzo Presidente degli Stati Uniti, che, in qualità di responsabile della politica estera americana, avvertì la necessità di avere metodi di comunicazione sicuri.
Mise, quindi, a punto un dispositivo assemblato unendo tra di loro, mediante un asse, 36 ruote numerate; ognuna delle quali ha segnato sulla periferia le 26 lettere dell’alfabeto trascritte in modo casuale e facendo attenzione che non vi siano due ruote con la stessa sequenza di lettere.
Il messaggio viene cifrato predisponendo le 36 ruote in un ordine prestabilito (questa è la chiave di cifratura), e quindi ruotandole in modo da formare, su di una riga, le prime 36 lettere del messaggio. Quindi si sceglie, a caso, una delle altre 25 righe che compaiono nel cilindro e si ottiene la prima parte del messaggio cifrato.
Si ripete l’operazione per le successive 36 lettere del messaggio in chiaro, e così via fino al termine.
Il destinatario del messaggio provvede ad assemblare il suo cilindro rispettando lo stesso ordine del mittente.
Quindi forma una riga contenente le prime 36 lettere cifrate ed esamina le altre righe fino a trovarne una che abbia un senso.
Questo è il messaggio in chiaro.
Come si vede si tratta di un metodo di sostituzione polialfabetico in cui le lettere nel singolo alfabeto (corrispondente ad ognuna delle ruote del cilindro) non sono in ordine.
Inoltre il numero dei modi in cui possono essere applicati gli alfabeti (modi diversi di assemblare il cilindro cambiando l’ordine delle ruote) è rappresentato dal numero 371 seguito da 39 zeri.
Stranamente Jefferson dopo aver messo a punto un simile gioiellino si fece convincere ad usare per la sua attività un sistema molto meno efficace, e la sua invenzione cadde nell’oblio per essere poi reinventata nel 1920.

i guardacoste Australiani Durante la 2° guerra mondiale, la praticità di utilizzo e la velocità di cifratura lo resero, infatti, il dispositivo ideale per quegli eroici guardacoste australiani che decisero di rimanere, in qualità di osservatori, dietro le linee nemiche durante la fulminea avanzata giapponese.

Kasiski Un altro appassionato della criptografia che lasciò un notevole contributo alla soluzione dei messaggi, fu Kasiski (1805-1881).
Ufficiale prussiano, indicò le regole generali per procedere alla criptoanalisi dei messaggi cifrati con l’ausilio di alfabeti multipli indicizzati da una chiave ripetitiva.

Kerckoffs Nello stesso periodo, in Francia, Kerckoffs (1835-1903) scriveva un trattato sulla criptografia militare in cui venivano enunciati i principi a cui doveva rispondere un metodo di cifratura per essere considerato valido.
In tale esposizione, per la prima volta, si asserisce che un sistema deve mantenere la sua impenetrabilità, anche se l’avversario conosce nei dettagli il modo in cui il sistema si applica, purché non sia a conoscenza della chiave usata.
Questo stesso principio, al giorno d’oggi, è alla base della valutazione di ogni metodo di cifratura che viene proposto.

l'avvento della radio L’avvento, alla fine del 19° secolo, dell’epoca della radio, impresse una decisa svolta ai metodi di comunicazione militari.
Per la prima volta era possibile mantenere un contatto immediato con le truppe in campo, senza avere la necessità di inviare messaggeri o di stendere i fili telegrafici o telefonici.
L’importanza della cosa, per fini bellici, risultò subito evidente, ma pose immediatamente problemi di sicurezza nelle comunicazioni che, essendo inviate via etere, potevano ovviamente essere ascoltate dal nemico.
Si ha quindi un risorgere delle esigenze di criptografia.

la criptografia nelle trincee La novità è data dal fatto che alla necessità di sicurezza si aggiunge, ed è la prima volta, la necessità di portare tale metodo nelle trincee.
Ecco quindi che, in prima linea, vengono praticamente abbandonati i codici, troppo macchinosi da utilizzare e troppo facilmente catturabili durante la battaglia, a favore di metodi di cifratura di facile utilizzo.
Da parte delle due principali nazioni antagoniste del tempo, Francia e Germania, emergono inoltre due differenti approcci culturali al problema delle comunicazioni segrete.

la Francia I francesi, in modo molto pragmatico, istituiscono due gruppi di lavoro, quello dei criptografi, a cui è demandato lo studio di nuovi sistemi di cifratura, e quello dei criptoanalisti.
Questi ultimi, oltre ad occuparsi della decifrazione dei messaggi degli avversari, sottopongono anche a verifica i metodi messi a punto dai propri colleghi, fornendo suggerimenti di inestimabile valore.

la Germania Da parte dei tedeschi, invece prevale l’approccio teorico; un sistema di cifratura viene analizzato sulla carta, e se giudicato soddisfacente viene posto in opera, senza un test sul campo.
La fallacità di tale approccio risultò completa durante le due guerre mondiali in cui i messaggi tedeschi venivano letti con regolarità da parte sia dei francesi che degli inglesi.
Nel loro lavoro i francesi e gli inglesi vennero anche aiutati molto dalla teutonica abitudine all’ordine, per cui molti messaggi avevano lo stesso contenuto standard (p.e. “Notte calma; niente da segnalare”), una forma stereotipata, delle frasi tipo ricorrenti.
Nelle due guerre mondiali, l’attività di intelligence, alla cui formazione i criptoanalisti contribuirono moltissimo, si rivelò di importanza fondamentale, al punto che non è esagerato dire che influenzò in maniera decisiva l’andamento dei due conflitti.

la Prima Guerra Mondiale Durante la Prima Guerra Mondiale, le tendenze isolazioniste dell’America l’avevano lasciata fuori dal conflitto in corso.
Nei primi 3 anni di guerra le cose erano andate bene per i tedeschi, che alla fine del 1916 si trovarono nella necessità di aumentare la pressione sull’Inghilterra per vincere la guerra.
In particolare decisero di interrompere il flusso di viveri e materie prime che l’America seguitava ad inviare via mare.
Ciò comportava un maggior uso dei sommergibili, ed, inevitabilmente, l’affondamento di navi americane.

il Telegramma di Zimmermann Il ministro degli esteri Tedesco Zimmermann congegnò quindi un piano per cercare di mantenere gli americani neutrali, o, in alternativa per tenerli impegnati su di un altro fronte.
Scrisse quindi un telegramma, cifrato, al suo ambasciatore in Messico, affidandogli il compito di stringere un’alleanza con tale paese.
La Germania offriva al Messico riconoscimenti finanziari, il ritorno sotto la sua sovranità dei territori del Nuovo Messico, dell’Arizona e del Texas, e prospettava la possibilità che anche il Giappone si sarebbe schierato contro l’America.
Il telegramma fu inviato il 16 gennaio 1917 all’ambasciatore Tedesco in America che lo ritrasmise al suo collega in Messico.
Gli inglesi intercettarono ambedue i messaggi (Berlino -> Washington e Washington -> Città del Messico), codificati con metodi differenti, ed iniziarono il lavoro di decodifica.
Nel giro di due settimane il telegramma era completamente decifrato.
All’uso diplomatico di tale informazione, si opponeva la necessità di non rivelare ai tedeschi, che il loro codice era stato compromesso.
Per alcune settimane, gli inglesi aspettarono che la situazione evolvesse a loro favore autonomamente, ma infine, il 22 febbraio 1917, mostrarono il telegramma agli americani.
Un mese e mezzo dopo gli americani entrarono in guerra contro i tedeschi apportando un contributo decisivo alle sorti degli Alleati.

la Seconda Guerra Mondiale Nella Seconda Guerra Mondiale, non vi fu un singolo momento così decisivo come il telegramma di Zimmermann, ma durante tutta la guerra sia gli inglesi che gli americani riuscirono a decifrare con regolarità i messaggi, rispettivamente, dei tedeschi e dei giapponesi.
Nel conflitto si assistette per la prima volta all’uso intensivo di macchine criptografiche elettriche.

l'Enigma I tedeschi usarono l’Enigma, che con modifiche ed evoluzioni, rimase in uso durante tutta la guerra.
Teoricamente, il suo uso doveva garantire la completa indecifrabilità dei loro messaggi, ma gli inglesi, con l’aiuto iniziale dei loro colleghi polacchi, misero in piedi una formidabile organizzazione di molte centinaia di persone, che fu in grado di decifrare la maggior parte dei messaggi che venivano intercettati.
L’Enigma esternamente si presenta con una tastiera, un pannello di collegamento, tre rotori e 26 lampadine.
Pigiando una lettera della tastiera si accende una delle 26 lampadine.
La lettera corrispondente è la controparte cifrata (o decifrata se si sta immettendo il testo cifrato) del tasto pigiato.
Il meccanismo che effettua la cifratura è posto all’interno della macchina ed è composto da due ruote fisse tra le quali vengono inserite tre rotori.
La ruota fissa di destra ha 26 contatti sul lato sinistro ed è connessa alla tastiera tramite il pannello di collegamento.
La ruota fissa di sinistra, ha anch’essa 26 contatti collegati tra loro a due a due, ed è detta ruota di riflessione.
I tre rotori intermedi hanno 26 contatti, su ognuno dei due lati.
Ogni contatto sul lato destro è collegato ad uno dei contatti sul lato sinistro, ma il collegamento è effettuato in modo casuale.
La corrente che entra dalla ruota fissa di destra, attraversa quindi i tre rotori saltando da un collegamento all’altro, giunge alla ruota di riflessione e torna indietro seguendo un altro percorso.
All’uscita della ruota fissa di destra ritorna al pannello di collegamento e da qui raggiunge una lampadina indicando così la lettera risultante.
Ogni volta che viene pigiato un tasto il rotore di destra avanza di una posizione; ogni 26 scatti anche il rotore di centro avanza di una posizione; ed analogamente, ogni 26 scatti del rotore di centro, il rotore di sinistra avanza di una posizione.
I collegamenti interni ai rotori ed il pannello di collegamento esterno non fanno altro che definire un alfabeto che ad ogni lettera cambia.
Esaminiamo ora il pannello di collegamento.
È costituito da 26 connettori, uno per ogni lettera.
Se un connettore è vuoto allora non vi è alcuna sostituzione; mentre se è inserito un cavallotto, allora la lettera viene sostituita con quella posta all’altro capo del collegamento.

Considerando che i tre rotori impiegati nell’Enigma venivano scelti da un gruppo di 5 dando luogo a 60 possibili combinazioni; che ogni rotore poteva avere 26 possibili posizioni iniziali per un totale di 17.576 configurazioni possibili; che utilizzando, come era usuale, 10 cavallotti, si avevano oltre 150 mila miliardi di possibili configurazioni del pannello di collegamento; si ha che il numero di possibili chiavi del sistema è di 159 miliardi di miliardi.
Nonostante questa formidabile barriera teorica, che diede ai tedeschi la falsa convinzione dell’inattaccabilità dell’Enigma, gli inglesi riuscirono a decifrare così tanti messaggi da trarne un vantaggio decisivo durante l’andamento del conflitto.

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Ultimo aggiornamento effettuato il 08 - Jan - 1998

il 19° secolo	Nel 19° secolo furono fatti passi importanti nella criptografia. L’impulso maggiore, a causa del disinteresse degli stati per l’argomento che aveva portato alla chiusura delle Camere Nere,si ebbe da parte di personaggi che operarono in maniera autonoma e le cui scoperte, spesso, finirono nel nulla.
Thomas Jefferson	Esemplare è il caso del dispositivo inventato da Thomas Jefferson, allora Segretario di Stato e futuro terzo Presidente degli Stati Uniti, che, in qualità di responsabile della politica estera americana, avvertì la necessità di avere metodi di comunicazione sicuri. Mise, quindi, a punto un dispositivo assemblato unendo tra di loro, mediante un asse, 36 ruote numerate; ognuna delle quali ha segnato sulla periferia le 26 lettere dell’alfabeto trascritte in modo casuale e facendo attenzione che non vi siano due ruote con la stessa sequenza di lettere. Il messaggio viene cifrato predisponendo le 36 ruote in un ordine prestabilito (questa è la chiave di cifratura), e quindi ruotandole in modo da formare, su di una riga, le prime 36 lettere del messaggio. Quindi si sceglie, a caso, una delle altre 25 righe che compaiono nel cilindro e si ottiene la prima parte del messaggio cifrato. Si ripete l’operazione per le successive 36 lettere del messaggio in chiaro, e così via fino al termine. Il destinatario del messaggio provvede ad assemblare il suo cilindro rispettando lo stesso ordine del mittente. Quindi forma una riga contenente le prime 36 lettere cifrate ed esamina le altre righe fino a trovarne una che abbia un senso. Questo è il messaggio in chiaro. Come si vede si tratta di un metodo di sostituzione polialfabetico in cui le lettere nel singolo alfabeto (corrispondente ad ognuna delle ruote del cilindro) non sono in ordine. Inoltre il numero dei modi in cui possono essere applicati gli alfabeti (modi diversi di assemblare il cilindro cambiando l’ordine delle ruote) è rappresentato dal numero 371 seguito da 39 zeri. Stranamente Jefferson dopo aver messo a punto un simile gioiellino si fece convincere ad usare per la sua attività un sistema molto meno efficace, e la sua invenzione cadde nell’oblio per essere poi reinventata nel 1920.
i guardacoste Australiani	Durante la 2° guerra mondiale, la praticità di utilizzo e la velocità di cifratura lo resero, infatti, il dispositivo ideale per quegli eroici guardacoste australiani che decisero di rimanere, in qualità di osservatori, dietro le linee nemiche durante la fulminea avanzata giapponese.
Kasiski	Un altro appassionato della criptografia che lasciò un notevole contributo alla soluzione dei messaggi, fu Kasiski (1805-1881). Ufficiale prussiano, indicò le regole generali per procedere alla criptoanalisi dei messaggi cifrati con l’ausilio di alfabeti multipli indicizzati da una chiave ripetitiva.
Kerckoffs	Nello stesso periodo, in Francia, Kerckoffs (1835-1903) scriveva un trattato sulla criptografia militare in cui venivano enunciati i principi a cui doveva rispondere un metodo di cifratura per essere considerato valido. In tale esposizione, per la prima volta, si asserisce che un sistema deve mantenere la sua impenetrabilità, anche se l’avversario conosce nei dettagli il modo in cui il sistema si applica, purché non sia a conoscenza della chiave usata. Questo stesso principio, al giorno d’oggi, è alla base della valutazione di ogni metodo di cifratura che viene proposto.
l'avvento della radio	L’avvento, alla fine del 19° secolo, dell’epoca della radio, impresse una decisa svolta ai metodi di comunicazione militari. Per la prima volta era possibile mantenere un contatto immediato con le truppe in campo, senza avere la necessità di inviare messaggeri o di stendere i fili telegrafici o telefonici. L’importanza della cosa, per fini bellici, risultò subito evidente, ma pose immediatamente problemi di sicurezza nelle comunicazioni che, essendo inviate via etere, potevano ovviamente essere ascoltate dal nemico. Si ha quindi un risorgere delle esigenze di criptografia.
la criptografia nelle trincee	La novità è data dal fatto che alla necessità di sicurezza si aggiunge, ed è la prima volta, la necessità di portare tale metodo nelle trincee. Ecco quindi che, in prima linea, vengono praticamente abbandonati i codici, troppo macchinosi da utilizzare e troppo facilmente catturabili durante la battaglia, a favore di metodi di cifratura di facile utilizzo. Da parte delle due principali nazioni antagoniste del tempo, Francia e Germania, emergono inoltre due differenti approcci culturali al problema delle comunicazioni segrete.
la Francia	I francesi, in modo molto pragmatico, istituiscono due gruppi di lavoro, quello dei criptografi, a cui è demandato lo studio di nuovi sistemi di cifratura, e quello dei criptoanalisti. Questi ultimi, oltre ad occuparsi della decifrazione dei messaggi degli avversari, sottopongono anche a verifica i metodi messi a punto dai propri colleghi, fornendo suggerimenti di inestimabile valore.
la Germania	Da parte dei tedeschi, invece prevale l’approccio teorico; un sistema di cifratura viene analizzato sulla carta, e se giudicato soddisfacente viene posto in opera, senza un test sul campo. La fallacità di tale approccio risultò completa durante le due guerre mondiali in cui i messaggi tedeschi venivano letti con regolarità da parte sia dei francesi che degli inglesi. Nel loro lavoro i francesi e gli inglesi vennero anche aiutati molto dalla teutonica abitudine all’ordine, per cui molti messaggi avevano lo stesso contenuto standard (p.e. “Notte calma; niente da segnalare”), una forma stereotipata, delle frasi tipo ricorrenti. Nelle due guerre mondiali, l’attività di intelligence, alla cui formazione i criptoanalisti contribuirono moltissimo, si rivelò di importanza fondamentale, al punto che non è esagerato dire che influenzò in maniera decisiva l’andamento dei due conflitti.
la Prima Guerra Mondiale	Durante la Prima Guerra Mondiale, le tendenze isolazioniste dell’America l’avevano lasciata fuori dal conflitto in corso. Nei primi 3 anni di guerra le cose erano andate bene per i tedeschi, che alla fine del 1916 si trovarono nella necessità di aumentare la pressione sull’Inghilterra per vincere la guerra. In particolare decisero di interrompere il flusso di viveri e materie prime che l’America seguitava ad inviare via mare. Ciò comportava un maggior uso dei sommergibili, ed, inevitabilmente, l’affondamento di navi americane.
il Telegramma di Zimmermann	Il ministro degli esteri Tedesco Zimmermann congegnò quindi un piano per cercare di mantenere gli americani neutrali, o, in alternativa per tenerli impegnati su di un altro fronte. Scrisse quindi un telegramma, cifrato, al suo ambasciatore in Messico, affidandogli il compito di stringere un’alleanza con tale paese. La Germania offriva al Messico riconoscimenti finanziari, il ritorno sotto la sua sovranità dei territori del Nuovo Messico, dell’Arizona e del Texas, e prospettava la possibilità che anche il Giappone si sarebbe schierato contro l’America. Il telegramma fu inviato il 16 gennaio 1917 all’ambasciatore Tedesco in America che lo ritrasmise al suo collega in Messico. Gli inglesi intercettarono ambedue i messaggi (Berlino -> Washington e Washington -> Città del Messico), codificati con metodi differenti, ed iniziarono il lavoro di decodifica. Nel giro di due settimane il telegramma era completamente decifrato. All’uso diplomatico di tale informazione, si opponeva la necessità di non rivelare ai tedeschi, che il loro codice era stato compromesso. Per alcune settimane, gli inglesi aspettarono che la situazione evolvesse a loro favore autonomamente, ma infine, il 22 febbraio 1917, mostrarono il telegramma agli americani. Un mese e mezzo dopo gli americani entrarono in guerra contro i tedeschi apportando un contributo decisivo alle sorti degli Alleati.
la Seconda Guerra Mondiale	Nella Seconda Guerra Mondiale, non vi fu un singolo momento così decisivo come il telegramma di Zimmermann, ma durante tutta la guerra sia gli inglesi che gli americani riuscirono a decifrare con regolarità i messaggi, rispettivamente, dei tedeschi e dei giapponesi. Nel conflitto si assistette per la prima volta all’uso intensivo di macchine criptografiche elettriche.
l'Enigma	I tedeschi usarono l’Enigma, che con modifiche ed evoluzioni, rimase in uso durante tutta la guerra. Teoricamente, il suo uso doveva garantire la completa indecifrabilità dei loro messaggi, ma gli inglesi, con l’aiuto iniziale dei loro colleghi polacchi, misero in piedi una formidabile organizzazione di molte centinaia di persone, che fu in grado di decifrare la maggior parte dei messaggi che venivano intercettati. L’Enigma esternamente si presenta con una tastiera, un pannello di collegamento, tre rotori e 26 lampadine. Pigiando una lettera della tastiera si accende una delle 26 lampadine. La lettera corrispondente è la controparte cifrata (o decifrata se si sta immettendo il testo cifrato) del tasto pigiato. Il meccanismo che effettua la cifratura è posto all’interno della macchina ed è composto da due ruote fisse tra le quali vengono inserite tre rotori. La ruota fissa di destra ha 26 contatti sul lato sinistro ed è connessa alla tastiera tramite il pannello di collegamento. La ruota fissa di sinistra, ha anch’essa 26 contatti collegati tra loro a due a due, ed è detta ruota di riflessione. I tre rotori intermedi hanno 26 contatti, su ognuno dei due lati. Ogni contatto sul lato destro è collegato ad uno dei contatti sul lato sinistro, ma il collegamento è effettuato in modo casuale. La corrente che entra dalla ruota fissa di destra, attraversa quindi i tre rotori saltando da un collegamento all’altro, giunge alla ruota di riflessione e torna indietro seguendo un altro percorso. All’uscita della ruota fissa di destra ritorna al pannello di collegamento e da qui raggiunge una lampadina indicando così la lettera risultante. Ogni volta che viene pigiato un tasto il rotore di destra avanza di una posizione; ogni 26 scatti anche il rotore di centro avanza di una posizione; ed analogamente, ogni 26 scatti del rotore di centro, il rotore di sinistra avanza di una posizione. I collegamenti interni ai rotori ed il pannello di collegamento esterno non fanno altro che definire un alfabeto che ad ogni lettera cambia. Esaminiamo ora il pannello di collegamento. È costituito da 26 connettori, uno per ogni lettera. Se un connettore è vuoto allora non vi è alcuna sostituzione; mentre se è inserito un cavallotto, allora la lettera viene sostituita con quella posta all’altro capo del collegamento. Considerando che i tre rotori impiegati nell’Enigma venivano scelti da un gruppo di 5 dando luogo a 60 possibili combinazioni; che ogni rotore poteva avere 26 possibili posizioni iniziali per un totale di 17.576 configurazioni possibili; che utilizzando, come era usuale, 10 cavallotti, si avevano oltre 150 mila miliardi di possibili configurazioni del pannello di collegamento; si ha che il numero di possibili chiavi del sistema è di 159 miliardi di miliardi. Nonostante questa formidabile barriera teorica, che diede ai tedeschi la falsa convinzione dell’inattaccabilità dell’Enigma, gli inglesi riuscirono a decifrare così tanti messaggi da trarne un vantaggio decisivo durante l’andamento del conflitto.