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Crittografia

Francesca Benanti

Dipartimento di Matematica ed Informatica Università degli Studi di Palermo, Via Archirafi 34, 90123 Palermo

Tel.: 091-23891105

E-mail: [email protected] http://math.unipa.it/~fbenanti/

mailto:[email protected]

http://math.unipa.it/~fbenanti/

LABORATORIO DI CRITTOGRAFIA, PROGETTO LAUREE SCIENTIFICHE, LICEO REGINA MARGHERITA, a.a. 2017-2018

“Il desiderio di svelare segreti è profondamente radicato nella natura umana; la

promessa di partecipare a conoscenze negate ad altri eccita anche la mente meno

curiosa. Qualcuno ha la fortuna di trovare un lavoro che consiste nella soluzione di

misteri, ma la maggior parte di noi è spinta a soddisfare questo desiderio risolvendo

enigmi artificiali ideati per il nostro divertimento. I romanzi polizieschi o i cruciverba

sono rivolti alla maggioranza; la soluzione di codici segreti può essere l’occupazione di

pochi.”

John Chadwick

The Decipherment of Linear B

Introduzione


La Crittografia tratta delle "scritture nascoste", ovvero dei metodi per rendere un messaggio "offuscato" in modo da non essere comprensibile a persone non autorizzate a leggerlo. Un tale messaggio si chiama comunemente crittogramma.

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

La crittografia si occupa dei metodi e delle tecniche per rendere sicura la

trasmissione di un messaggio fra due soggetti lungo un canale di comunicazione

potenzialmente non sicuro.

E’ la scienza, ma anche l’arte, di nascondere non il messaggio ma il suo

significato.

Introduzione


Le origini

Per migliaia di anni re, regine e generali hanno avuto il bisogno di

comunicazioni efficienti per governare i loro paesi e comandare i loro eserciti. Nel contempo, essi compresero quali conseguenze avrebbe avuto la caduta dei loro messaggi in mano ostili: informazioni preziose sarebbero state a disposizione delle nazioni rivali e degli eserciti nemici. Fu il pericolo dell'intercettazione da parte degli avversari a promuovere lo sviluppo di codici, tecniche di alterazione del messaggio destinate a renderlo comprensibile solo alle persone autorizzate.

Il bisogno di segretezza ha indotto le nazioni a creare segreterie alle cifre e dipartimenti di crittografia. E’ stato loro compito garantire la sicurezza delle comunicazioni, escogitando e impiegando i migliori sistemi di scrittura segreta. Nello stesso tempo, i decrittatori hanno tentato di far breccia in quei sistemi e carpire i dati che custodivano. Crittografi e decrittatori sono cercatori di significati, alchimisti votati alla trasmutazione di astruse serie di segni in parole dotate di senso.

Introduzione


La lunga battaglia tra inventori e solutori di codici ha prodotto importanti progressi scientifici. Gli inventori hanno creato codici sempre più resistenti mentre i solutori, per farvi breccia, hanno escogitato metodi sempre più sofisticati. Nello sforzo di tutelare e, rispettivamente, violare la segretezza, gli opposti schieramenti hanno attinto a un’ampia gamma di scienze e specializzazioni, dalla matematica alla linguistica, dalla teoria dell’informazione alla fisica quantistica. A loro volta, inventori e solutori di codici hanno arricchito queste discipline, e il loro lavoro ha accelerato il progresso tecnologico, come è dimostrato nel caso dei calcolatori.

La storia dei codici è la storia dell’antichità, secolare battaglia tra inventori e solutori di scritture segrete; una corsa agli armamenti intellettuale il cui impatto sulle vicende umane è stato profondo.

Introduzione


Oggi

Questa disciplina, che fino a tempi relativamente recenti, riguardava principalmente

l'ambiente militare e commerciale, con le nuove forme di comunicazione ha incominciato a interessarsi di situazioni in cui facilmente tutti noi ci troviamo coinvolti.

1. telefono cellulare: le comunicazioni viaggiano, almeno in parte, via satellite, e di conseguenza possono essere intercettate facilmente;

2. pay TV: il segnale televisivo viene cifrato, e solo chi ha pagato il canone ha la possibilità di decodificare il segnale;

3. internet: i dati immessi in rete vanno protetti (numero di carta di credito, numero di conti bancari, ecc.), firma digitale e dell’autenticazione dei documenti.

Introduzione


Scritture Segrete

Lo scopo delle scritture segrete è di nascondere un messaggio; per

questo obbiettivo nella storia si sono succedute molte tecniche, che

ancora oggi continuano ad essere usate.

STEGANOGRAFIA

steganòV = coperto

Grafein = scrivere

coprire la scrittura

CRITTOGRAFIA

kriptòV = nascosto

Grafein = scrivere

nascondere la scrittura

Esempi di Steganografia

Erodoto narra (libro V delle Storie):

“Istieo voleva dare ad Aristagora l'ordine di ribellarsi,

non aveva alcun altro modo per annunziarglielo con

sicurezza, essendo le strade sorvegliate, fatta rasare la

testa al più fido degli schiavi, vi impresse dei segni, e

aspettò che ricrescessero i capelli. Non appena

ricrebbero, lo spedì a Mileto, non comandandogli

null'altro se non che, quando giungesse a Mileto,

dicesse ad Aristagora di fargli radere i capelli e di

guardare la sua testa: i segni impressi ordinavano,

come già prima ho detto, la rivolta.”




La scritta veniva applicata sul capo rasato di uno schiavo, quindi si attendeva che i capelli ricrescessero e si inviava il

messaggero. All’arrivo

presso il destinatario, questi rasava nuovamente lo schiavo e leggeva il messaggio.


Erodoto (libro VII delle Storie):

“Demarato per avvisare gli Spartani del prossimo

attacco del re persiano Serse alla Grecia prese una

tavoletta doppia, ne raschiò la cera e poi sul legno

della tavoletta scrisse il piano del re. Fatto ciò

versò di nuovo cera liquefatta sullo scritto, in

modo che, venendo portata vuota, la tavoletta non

procurasse nessun fastidio da parte dei custodi

delle strade”

(prima della battaglia di Salamina, 480 a.C.)




CINA:

il messaggio era scritto

su striscioline finissime di

seta, che poi venivano

ricoperte di cera (strato

protettivo) e fatte

ingerire a uno schiavo.

Arrivato a destinazione, il

messaggio veniva

espulso dallo schiavo,

scrostato e finalmente …

letto.



INCHIOSTRI SIMPATICI:

da Plinio il Vecchio (I dC) a Umberto Eco (Il Nome della Rosa), si narra di una

metodologia di scrittura

a base di limone o latice

di titimabo, che appaiono invisibili, ma ricompaiono una volta che il testo venga

esposto a una fonte di calore.



ITALIA:

nel XVI secolo un modo

interessante di recapitare

i messaggi era di scriverli

con aceto sul guscio di

un uovo sodo; il guscio,

poroso, permetteva

all’aceto di passare e,

una volta recapitato il

messaggio, era

sufficiente sgusciare

l’uovo per leggerlo!

Crittografia

La longevità della steganografia dimostra che essa garantisce una certa sicurezza, ma il suo punto debole è evidente: se il latore del messaggio è attentamente perquisito, è probabile che il messaggio sia scoperto.


Perciò in parallelo con lo sviluppo della steganografia si assistè all'evoluzione della crittografia. La crittografia non mira a nascondere il messaggio in sè, ma il suo significato. Per rendere incomprensibile un testo, lo si altera per mezzo di un procedimento concordato a suo tempo dal mittente e dal destinatario. Il vantaggio della crittografia è che, anche se il nemico intercetta il messaggio, esso risulta incomprensibile e quindi inutilizzabile.

Crittografia

Non tutte le società antiche svilupparono forme di crittografia. La Cina, per esempio, l'unica civiltà antica ad usare una scrittura ideografica, non ne ha mai viste. Le ragioni, a detta degli storici, sono legate alla natura prevalentemente orale delle comunicazioni.

In India, invece, forme di crittografia furono concretamente praticate. In diversi testi sacri sono presenti riferimenti a forme di scritture segrete. Nell'Artha-Sastra, un testo classico sugli affari di stato, si sottolinea l'importanza delle scritture segrete nei servizi di spionaggio. Esempi di scritture segrete sono presenti anche nel Latila-Vistara, un libro che esalta le virtù di Budda.


Crittografia

Nel Kama-Sutra, invece, tra le 64 arti (yogas) che la donna deve conoscere e praticare c'è l'arte della scrittura segreta. La 44-esima e, in particolare, la 45-esima arte (mlecchita-vikalpa) trattano di regole di trasformazione delle parole basate essenzialmente sulla sostituzione di caratteri del messaggio originale.

Kamasutra Mallanga Vatsyayana Kamasutra, cap. III Delle arti e scienze da coltivare Ecco le arti da studiare assieme col Kamasutra: • Il canto, l'uso di strumenti musicali [. . . ] • Conoscenza di miniere e cave [. . . ] • L'arte di interpretare scritture cifrate e di scrivere parole in modi particolari [. . . ] • Giochi matematici


Crittografia

Anche nelle scritture cuneiforme sviluppate in Mesopotamia sono stati ritrovati esempi di crittografia. Sia presso gli Assiri che i Babilonesi, le due grosse civiltà sorte sulle sponde del Tigri, è stata rinvenuta l'usanza di sostituire le parti terminali delle parole con elementi corti e stereotipati detti colofoni. In Iraq, nel periodo finale delle scritture cuneiformi, è presente per la prima volta la sostituzione di nomi con numeri.


Steganografia e Crittografia

Anche se la steganografia e la crittografia sono discipline indipendenti, possono essere impiegate per alterare e occultare il medesimo testo, garantendo un livello di sicurezza molto più alto. Per esempio, il « microdot », cioè la riduzione di uno scritto alle dimensioni di un punto, è una forma di steganografia che ebbe largo impiego durante la seconda guerra mondiale. Tramite un procedimento fotografico, gli agenti tedeschi in America latina trasformavano una pagina scritta, precedentemente crittografata, in una macchia con un diametro inferiore al millimetro, che poteva essere nascosta nel puntino di una « i » in una comunicazione banale. Il primo microdot fu scoperto dall' FBI nel 1941 grazie a una soffiata.


Che cos’è la crittografia?

E’ la scienza che studia come rendere segreta e sicura la comunicazione tra due persone o entità nascondendo il significato del messaggio

Se Alice e Bob, vogliono scambiarsi un messaggio in maniera sicura, dovranno adottare un linguaggio o un codice noto soltanto a loro, in modo da renderlo incomprensibile ad Eva interessata a intercettare la loro comunicazione.

Bob Alice

Eva



PER TRASPOSIZIONE

anagramma

PER SOSTITUZIONE

algoritmo

Crittatura


Esempi di Crittatura per Trasposizione

CRITTATURA A INFERRIATA: si sceglie un numero di righe e si scrive il messaggio alternando una lettera per ogni riga. Per decifrare la frase, il destinatario deve conoscere il numero di righe scelto.

S C R I V E R E I N C O D I C E

S R V R I C D C C I E E N O I E

S R V R I C D C

C I E E N O I E


CRITTATURA PER SOSTITUZIONE

ALGORITMO

CIFRATURA CODICE Sostituzione a livello di lettere Sostituzione a livello di parole DECIFRARE DECODIFICARE


Esempi di Codici

Algoritmo di crittazione:

sostituire ogni lettera con quella X posti avanti.

Chiave: X=13

Messaggio in chiaro:

VENDERE TUTTI I FONDI OBBLIGAZIONARI.

Messaggio crittato :

IRAQRER GHGGV V SBAQV BOOYVTNMVBANEV.


Esempi di Cifratura

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M


RIASSUMENDO …

Il processo nel quale il messaggio originale detto M o testo in chiaro viene reso incomprensibile ad altri, va sotto il nome di

cifratura

Il processo inverso, che ritrasforma il messaggio C o testo cifrato è detto

decifratura


CRITTARE/DECRITTARE


CRITTARE/DECRITTARE

Per realizzare il processo di cifratura e/o decifratura si utilizza una funzione matematica, detta

algoritmo crittografico o cifrario.


CRITTARE/DECRITTARE

Gli algoritmi crittografici rappresentano soltanto le modalità “generiche” attraverso cui un messaggio M viene crittato in C.

La chiave è ciò che invece definisce le modalità “specifiche”. Mentre spesso l’algoritmo è pubblico (ovvero si conoscono le operazioni “generiche” che svolge per crittografare un’informazione) e analizzabile da tutti, la chiave è personale e deve rimanere segreta


CRITTARE/DECRITTARE

ALGORITMI SIMMETRICI

Gli algoritmi che utilizzano la stessa chiave per cifrare e decifrare il messaggio sono detti algoritmi simmetrici


CRITTARE/DECRITTARE

ALGORITMI ASIMMETRICI

Algoritmi che utilizzano chiavi diverse per la cifratura e la decifratura sono detti algoritmi asimmetrici


Legge di Kerckhoffs

La netta separazione concettuale di chiave e algoritmo è uno

dei saldi principi della crittografia, e fu formulata in modo

definitivo nel 1883 dal linguista olandese Auguste Kerckhoffs

von Nieuwenhof, nel trattato “La Cryptographie Militaire”:

<<Legge di Kerckhoffs: la sicurezza di un crittosistema non

deve dipendere dal tenere celato il critto-algoritmo. La

sicurezza dipenderà solo dal tener celata la chiave>>.


Sistemi Crittografici

Le più antiche notizie sicure sono probabilmente quelle sulla scitala lacedemonica , data da Plutarco come in uso dai tempi di Licurgo (IX sec a.C.) ma più sicuramente usata ai tempi di Lisandro (verso il 400 a.C.)

Consisteva in un bastone su cui si avvolgeva ad elica un nastro di cuoio; sul nastro si scriveva per colonne parallele all'asse del bastone, lettera per lettera, il testo segreto. Tolto il nastro dal bastone, il testo vi risultava trasposto in modo regolare ma sufficiente per evitare la comprensione senza un secondo bastone uguale al primo. Esempio di crittografia per trasposizione

Tra il 390 e il 360 a.C. venne compilato da Enea il tattico, generale della lega arcadica, il primo trattato di cifrari il cui XXI capitolo tratta appunto di messaggi segreti. In questo viene descritto un disco sulla zona esterna del quale erano contenuti 24 fori, ciascuno dei quali era contrassegnato da una lettera disposte in ordine alfabetico. Un filo, partendo da un foro centrale, si avvolgeva passando per i fori delle successive lettere del testo. Il destinatario del messaggio svolgeva il filo dal disco segnando le lettere da esso indicate. Il testo si doveva poi leggere a rovescio.



Disco di Enea il tattico

Fonti preziose di scritture segrete sono i testi sacri. Nel Vecchio Testamento gli storici hanno evidenziato tre tipi di trasformazione: l'Atbash, l'Albam e l'Atbah.

L'Atbash ebraico è una tecnica di trasformazione ad alfabeto capovolto: il primo carattere dell'alfabeto viene sostituito con l'ultimo, il secondo con il penultimo e così via. Infatti la prima lettera dell'alfabeto ebraico (Aleph) viene cifrata con l'ultima (Taw), la seconda (Beth) viene cifrata con la penultima (Shin); da queste quattro lettere è derivato il nome di Atbash (A con T, B con SH) per questo codice. L'Atbash viene utilizzato nel libro del profeta Geremia per cifrare il nome della città di Babilonia.



Il metodo ATBASH


Usando l'attuale alfabeto ordinario, l'Atbash può essere riassunto con la seguente tabella di cifratura:



Z Y X W V U T S R Q P O N M L K J I H G F E D C B A

Messaggio in chiaro: IL LIBRO DI GEREMIA. Messaggio crittato : ROORYILWRTVIVNRZ



L'Albam richiede che l'alfabeto venga diviso in due parti e che ogni lettera venga sostituita con la corrispondente dell'altra metà. Infine, l'Atbah richiede che la sostituzione soddisfi una relazione di tipo numerico. Le prime nove lettere dell'alfabeto vengono sostituite in modo tale che la somma della lettera da sostituire e della lettera sostituente risulti uguale a dieci. Quindi, per esempio, Aleph (prima lettera dell'alfabeto) viene sostituita con Teth (nona lettera dell'alfabeto). Per le restanti lettere dell'alfabeto deve valere una regola simile con somma pari a 28 in decimale (per esempio, la 13-esima lettera viene sostituita con la 15-esima, etc.).



Il cifrario di Cesare

Svetonio nella Vita dei dodici Cesari racconta che Giulio Cesare usava per le sue corrispondenze riservate un codice di sostituzione molto semplice, nel quale la lettera chiara veniva sostituita dalla lettera che la segue di tre posti nell'alfabeto.



Il cifrario di Cesare

Esempio: Messaggio in chiaro:

Auguri di buon compleanno


D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C

Messaggio crittato : DXJXULGLEXRQFRPSOHDQQR

E’ possibile generalizzare il sistema di Cesare usando uno spostamento di k posti, anzichè di 3. Ad esempio con k=7



Generalizzazione del cifrario di Cesare


H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G

Messaggio in chiaro:

Auguri di buon compleanno

Messaggio crittato : HBNBYPKPIBVUJVTWSLHUUV



ESERCIZI: Esercizio 1 Esercizio 2 Esercizio 3 Soluzioni: Esercizio1, Esercizio2, Esercizio3

cesare1.doc

cesare2.doc

cesare3.doc

Sol.cesare1.doc

Sol.cesare2.doc

Sol.cesare3.doc



Limiti del cifrario di Cesare:

Numero delle chiavi: 26

Se il messaggio è intercettato e si sospetta che l’algoritmo sia la cifratura di Cesare, la decrittazione può essere effettata controllando le possibili chiavi


Il crittosistema di Cesare o la sua generalizzazione è un cifrario in cui la stessa lettera è codificata sempre con la stessa lettera slittata di un certo posto.

Ad esempio la lettera ‘a’ è sempre codificata con la lettera ‘D’, la ‘b’ è codificata con ‘E’, ...


Caso Generale

Il caso più generale è quello in cui l’alfabeto cifrato è una permutazione

di quello in chiaro. L'alfabeto cifrante viene ottenuto scegliendo, meglio

se a caso, una fra le tante permutazioni dell'alfabeto chiaro:

si può ad esempio scegliere che alla 'A' del chiaro corrisponda la 'F' nel

cifrato, alla 'B' la 'Z', alla 'C' la 'K' e così via senza un ordine regolare.

In questo caso la chiave è l’alfabeto cifrato.


Esempio:


a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z

L P A I Q B C T R J X Z D S E G F H U O N V Y W K M

Testo Chiaro: Et tu brute?

Testo Cifrato: QO ON PHNOQ?


Esistono 26!=51090942171709440000 permutazioni possibili,

cioè circa 51 · 1018, ossia più di cinquanta miliardi di miliardi.

Una ricerca esaustiva per trovare la permutazione giusta è

praticamente impossibile


Vantaggi:

Svantaggi:

La memorizzazione dell’alfabeto cifrante può indurre il mittente

o il destinatario a conservare l’alfabeto cifrante in forma scritta

con il rischio che cada in mani ostili e ogni segretezza sia perduta


Supponiamo, per esempio, di voler impiegare il nome JULIUS CAESAR come frase chiave. In

primo luogo, si dovranno eliminare sia gli spazi sia le lettere ripetute; la sequenza così ottenuta,

JULISCAER, sarà l’inizio dell’alfabeto cifrante , mentre le lettere che non fanno parte della

sequenza verranno aggiunte in ordine alfabetico partendo dall’ultima lettera della parola

chiave.

LABORATORIO DI CRITTOGRAFIA, PROGETTO LAUREE SCIENTIFICHELICEO REGINA MARGHERITA, a.a. 2017-2018

Parola chiave


J U L I S C A E R T V W X Y Z B D F G H M N O P Q T

Testo Chiaro:

Testo Cifrato:

Domani attaccheremo

IZXJYR JHHJLLESFSXZ


Memorizzare una parola chiave è molto più facile che memorizzare una sequenza priva di senso;

Esempio: scegliere come chiave «Cifra Gennaio», cambiare ogni mese la chiave – da «Cifra Gennaio» a «Cifra Febbraio» e da questa a «Cifra Marzo», ecc.,- . Questo sistema di generazione di chiavi può essere organizzato in modo che l’errore dell’emittente e del ricevente sia improbabile ed il suo aggiornamento molto semplice.

Il numero di alfabeti cifranti generati da una parola o frase chiave è inferiore al numero di alfabeti cifranti generati per riorganizzazione generale, ma è pur sempre immenso.


Vantaggi:

LABORATORIO DI CRITTOGRAFIA, PROGETTO LAUREE SCIENTIFICHE,



Il cifrario di Polibio

Lo storico greco Polibio (~200-118 a.C.), nelle

sue Storie (Libro X) attribuisce ai suoi

contemporanei Cleoxeno e Democleito

l’introduzione di un sistema di

telecomunicazione basato su un interessante

metodo di cifratura.

L'idea è quella di cifrare una lettera con una

coppia di numeri compresi tra 1 e 5, in base

ad una scacchiera 5x5.


La traduzione nell’attuale alfabeto si

ottiene "fondendo" k e q, due lettere

rare ma non foneticamente differenti

(nella lingua inglese), nella stessa

casella.

@ 1 2 3 4 5

1 A B C D E

2 F G H I J

3 KQ L M N O

4 P R S T U

5 V W X Y Z

Il cifrario di Polibio (Uno dei primi algoritmi di sostituzione chiamato così in onore dello storico greco Polibio (203-120 a.c.), che ci lasciò in eredità la documentazione relativa allo stesso. )


Ogni lettera può venire quindi

rappresentata da due numeri, guardando

la riga e la colonna in cui la lettera si

trova.

Per esempio, a=11 e r=42.

https://it.wikipedia.org/wiki/Polibio


Quindi la frase:

“ Attenzione agli scogli “

dopo la cifratura risulterà:

1144441534552435341511223224431335223224

| | | | | | | | | |

A t t e n z i o n e …………………………………




1 2 3 4 5

1 A B Γ Δ Ε

2 Z H Θ I K

3 Λ M N Ξ O

4 Π Ρ Σ T Υ

5 Φ Χ Ψ Ω

La scacchiera di Polibio non nacque come sistema crittografico bensì come sistema per comunicare a distanza: era in pratica una sorta di antico telegrafo. Polibio descrive infatti nelle Storie il suo come un metodo per inviare messaggi mediante l'uso di torce. Un uomo si poneva dietro ad un riparo con 5 torce alla sua destra e 5 torce alla sua sinistra: la comunicazione avveniva mediante il sollevamento di un determinato numero di torce per lato. Il numero era dato proprio dalle coordinate (il numero di riga e quello di colonna) delle lettere del messaggio all'interno della seguente scacchiera (basata sull‘ alfabeto greco):

Per inviare ad esempio la parola CRETESI, che in greco è KΡHTEΣ (cretès), si formeranno le lettere in questo modo: K: 2 torce a sinistra, 5 torce a destra Ρ: 4 torce a sinistra, 2 torce a destra H: 2 torce a sinistra, 2 torce a destra T: 4 torce a sinistra, 4 torce a destra E: 1 torcia a sinistra, 5 torce a destra Σ: 4 torce a sinistra, 3 torce a destra

https://it.wikipedia.org/wiki/Scacchiera_di_Polibio





https://it.wikipedia.org/wiki/Telegrafo

https://it.wikipedia.org/wiki/Lingua_greca_antica


La scacchiera di Polibio ha alcune importanti caratteristiche

riduzione nel numero di caratteri utilizzati

conversione in numeri

riduzione di un simbolo in due parti che sono utilizzabili separatamente

La sua importanza nella storia della crittografia sta nell'essere alla base di altri

codici di cifratura come il Playfair Cipher o il cifrario campale germanico usato

nella prima guerra mondiale.


http://www.crittologia.eu/critto/playfair.phtml




http://www.crittologia.eu/critto/campale.htm







La cifratura pigpen (recinto per maiali) era usata dai massoni del Settecento per

proteggere i loro archivi.


La cifratura pigpen

Per crittare una lettera, si trova la sua posizione in una delle quattro grate, poi si

fa lo schizzo della porzione di grata necessaria a rappresentare la lettera.

a b c

d e f

g h i

j . k. .l

m. n. .o

p. q. .r

s

t u

v

w.

x. .y

.z

LABORATORIO DI CRITTOGRAFIA, PROGETTO LAUREE SCIENTIFICHE,

a

b

z .

ciao diventa




ESERCIZI: Esercizio 1 Esercizio 2 Esercizio 3 Soluzioni: Esercizio1, Esercizio2, Esercizio3


Polibio1.doc

polibio2.doc

parolachiave.doc

sol_polibio1.doc

Sol_Polibio 2.doc

Sol.parolachiave.doc

Cifrari monoalfabetici

I cifrari monoalfabetici sono cifrari di sostituzione: del

testo chiaro si sostituisce ogni carattere con un altro carattere (o

numero o simbolo) secondo una tabella prestabilita, ottenendo

il testo cifrato.

Tutti i cifrari a sostituzione considerati fino ad ora (Cesare,

Polibio, Pigpen, ecc…) sono di tipo monoalfabetico.


Crittoanalisi

Semplicità ed affidabilità sono i pregi grazie ai quali la cifratura per sostituzione

dominò la crittografia per tutto il primo millennio della nostra era.

Agli arabi va attribuita l’invenzione della crittoanalisi, la scienza

dell’interpretazione di un messaggio di cui si ignora la chiave. Furono i

crittoanalisti arabi a trovare il punto debole della sostituzione monoalfabetica,

un sistema che da secoli resisteva ad ogni assalto.

Il cifrario di Cesare, come la maggior parte dei cifrari monoalfabetici,

può essere facilmente violato utilizzando tecniche statistiche

(crittoanalisi statistica).

Si analizzano le frequenze relative dei caratteri nel testo cifrato e le si

confrontano con quelle di una lingua conosciuta, ad esempio l'italiano.


Crittoanalisi

Non si sa chi per primo abbia capito che la diversa

frequenza delle lettere permetteva di decifrare un

crittogramma; di certo, la più antica descrizione

del procedimento si deve allo studioso arabo del

IX secolo Abu Yusuf ibn Ishaq al-Kindi. La sua

più lunga monografia, ritrovata solo nel 1987, si

intitola Sulla decifrazione dei messaggi crittati.


Giovanni Soro (Venezia, ... – 1544) è stato

indicato come il primo crittoanalista di rilievo i

Europa. Il suo lavoro è tra i più antichi nella

crittoanalisi che siano stati conservati. A partire

dal 1506 ricoprì, per primo, la carica

di Segretario alle Cifre a Venezia

https://it.wikipedia.org/wiki/Venezia

https://it.wikipedia.org/wiki/1544

https://it.wikipedia.org/wiki/Crittoanalisi

Crittoanalisi


Crittoanalisi

GND ASBLLNIOE PCBCSBVBU BTNTB OBSLESZLE LSN AZMDZ B SN PCBCSZBS. DB IZDDNQGNPZIB GELLN, AZGZLE ZD SBHHEGLE UZ IB’BSQA, PZ BDVE, FBHZE ZD PQEDE UBTBGLZ B DQZ N UZPPN: “MSBG SN, ONS IZDDN N QGB GELLN TZ CE GBSSBLE DN ABTEDN UNZ LNIOZ OBPPBLZ N DN DNMMNGUN UNMDZ BGLZHCZ SN. OEPPE NPPNSN HEPZ BSUZLB UB HCZNUNSN QGABTESN B TEPLSB IBNPLB?”

Z SBHHEGLZ UNDDN IZDDN N QGB GELLN, NOZDEME


Crittoanalisi di un testo cifrato

Lett. Occ. %

A 6 2

B 38 12,6

C 7 2,3

D 22 7,3

E 24 8

F 1 0,3

G 16 5,3

H 8 2,6

I 8 2,6

L 22 7,3

Crittoanalisi


Frequenze Lett. Occ. %

M 6 2

N 40 13,3

O 7 2,3

P 16 5,3

Q 7 2,3

R 0 0

S 22 7,3

T 7 2,3

U 11 3,6

V 2 0,6

Z 31 10,6

Crittoanalisi

1° IPOTESI cerchiamo le lettere con la frequenza maggiore e sostituiamole:

N = e, B = a, Z = i, E = o

_________________________________________

GeD ASaLLeIOo PCaCSaVaU aTeTa OaSLoSiLo LSe AiMDi a Se PCaCSiaS. Da IiDDeQGePiIa GoLLe, AiGiLo iD SaHHoGLo Ui Ia’aSQA, Pi aDVo, FaHio iD PQoDo UaTaGLi a DQi e UiPPe: “MSaG Se, OeS IiDDe e QGa GoLLe Ti Co GaSSaLo De AaToDe Uei LeIOi OaPPaLi e De DeMMeGUe UeMDi aGLiHCi Se. OoPPo ePPeSe HoPi aSUiLa Ua HCieUeSe QGAaToSe a ToPLSa IaePLa?”

i SaHHoGLi UeDDe IiDDe e QGa GoLLe, eOiDoMo


Crittoanalisi

2° IPOTESI cerchiamo le lettere con la frequenza minore:

La V è la più rara (ci sarebbe la F ma è solo una).

Può essere o uguale a Q o a Z.

Se fosse V = q, sappiamo che la q è sempre seguita dalla u, scegliamo una

stringa: BDVE, la u ha frequenza del 3%, mentre la E dell’8 %, quindi sarà

V = Z.

Si ottiene


Crittoanalisi

GeD ASaLLeIOo PCaCSazaU aTeTa OaSLoSiLo LSe AiMDi a Se PCaCSiaS. Da IiDDeQGePiIa GoLLe, AiGiLo iD SaHHoGLo Ui Ia’aSQA, Pi aDzo, FaHio iD PQoDo UaTaGLi a DQi e UiPPe: “MSaG Se, OeS IiDDe e QGa GoLLe Ti Co GaSSaLo De AaToDe Uei LeIOi OaPPaLi e De DeMMeGUe UeMDi aGLiHCi Se. OoPPo ePPeSe HoPi aSUiLa Ua HCieUeSe QGAaToSe a ToPLSa IaePLa?”

i SaHHoGLi UeDDe IiDDe e QGa GoLLe, eOiDoMo


Crittoanalisi

3° Ipotesi concentriamoci su aDzo:

potrebbe essere alzo, quindi ipotizziamo D = l.

Ora guardiamo le stringhe di due e di tre lettere:

Se, Da, iD, Pi, De, GeD, LSe, QGa, Uei.

Da GeD e QGa si può ipotizzare: G = n e Q = u,

ipotesi anche compatibile con le frequenze.

Si ottiene


Crittoanalisi

nel ASaLLeIOo PCaCSazaU aTeTa OaSLoSiLo LSe AiMli a

Se PCaCSiaS. la IilleunePiIa noLLe, AiniLo il SaHHonLo Ui

Ia’aSuA, Pi alzo, FaHio il Puolo UaTanLi a lui e UiPPe:

“MSan Se, OeS Iille e una noLLe Ti Co naSSaLo le AaTole

Uei LeIOi OaPPaLi e le leMMenUe UeMli anLiHCi Se.

OoPPo ePPeSe HoPi aSUiLa Ua HCieUeSe unAaToSe a

ToPLSa IaePLa?”

i SaHHonLi Uelle Iille e una noLLe, eOiloMo


Crittoanalisi

4° ipotesi

“noLLe” potrebbe essere “notte”, ipotizziamo

L = t,

“Puolo” potrebbe essere “suolo”, ipotizziamo

P = s.

le frequenze sono compatibili e ci sono doppie. Si ottiene


Crittoanalisi

nel ASatteIOo sCaCSazaU aTeTa OaStoSito tSe AiMli a Se

sCaCSiaS. la IilleunesiIa notte, Ainito il SaHHonto Ui

Ia’aSuA, si alzo, FaHio il suolo UaTanti a lui e Uisse:

“MSan Se, OeS Iille e una notte Ti Co naSSato le AaTole

Uei teIOi Oassati e le leMMenUe UeMli antiHCi Se. Oosso

esseSe Hosi aSUita Ua HCieUeSe unAaToSe a TostSa

Iaesta?”

i SaHHonti Uelle Iille e una notte, eOiloMo


Crittoanalisi

5° ipotesi “Ille”, potrebbe essere “mille”, e quindi I = m.

“SaHHonto” potrebbe essere “racconto”, cioè S = r e H = c.

___________________________________________

nel ArattemOo sCaCrazaU aTeTa Oartorito tre AiMli a re sCaCriar. la milleunesima notte, Ainito il racconto Ui ma’aruA, si alzo, Facio il suolo UaTanti a lui e Uisse: “Mran re, Oer mille e una notte Ti Co narrato le AaTole Uei temOi Oassati e le leMMenUe UeMli anticCi re. Oosso essere cosi arUita Ua cCieUere unAaTore a Tostra maesta?”

i racconti Uelle mille e una notte, eOiloMo


Crittoanalisi

6° ipotesi “ArattemOo” potrebbe essere “frattempo”, e A = f, O = p.

“Ui”, “Uei”, suggeriscono U = d

___________________________________________

nel frattempo sCaCrazad aTeTa partorito tre fiMli a re sCaCriar. la milleunesima notte, finito il racconto di ma’aruf, si alzo, Facio il suolo daTanti a lui e disse: “Mran re, per mille e una notte Ti Co narrato le faTole dei tempi passati e le leMMende deMli anticCi re. posso essere cosi ardita da cCiedere unfaTore a Tostra maesta?”

i racconti delle mille e una notte, epiloMo


Crittoanalisi

7° ipotesi

“anticCi” e “cCiedere” suggeriscono C = h.

“aTeTa” e “daTanti” suggeriscono T = v

__________________________________________

nel frattempo shahrazad aveva partorito tre fiMli a re shahriar. la milleunesima notte, finito il racconto di ma’aruf, si alzo, Facio il suolo davanti a lui e disse: “Mran re, per mille e una notte vi ho narrato le favole dei tempi passati e le leMMende deMli antichi re. posso essere cosi ardita da chiedere unfavore a vostra maesta?”

i racconti delle mille e una notte, epiloMo


Crittoanalisi

8° ipotesi “fiMli” sarà “figli” e “Mran” sarà “Gran” e quindi M = g.

“Facio” sarà “Baciò”, e quindi F = B

nel frattempo shahrazad aveva partorito tre figli a re shahriar. la milleunesima notte, finito il racconto di ma’aruf, si alzo, bacio il suolo davanti a lui e disse: “gran re, per mille e una notte vi ho narrato le favole dei tempi passati e le leggende degli antichi re. posso essere cosi ardita da chiedere un favore a vostra maesta?”

i racconti delle mille e una notte, epilogo


Crittoanalisi

Alfabeto


Chiaro a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z

cifrato B ? ? U N A M C Z D I G E O ? S P L ? T V

L’alfabeto cifrante deriva dalla frase chiave: UNAMCZDIGEORSP ottenuta

eliminando spazi e ripetizioni da UNA MANCANZA DI GEORGES PEREC; la

frase è stata inserita in corrispondenza della quarta lettera dell’alfabeto chiaro, e le

lettere non comprese in essa sono state aggiunte da sinistra a destra in ordine

alfabetico, saltando la parte occupata dalla frase chiave.

Crittoanalisi

ESERCIZI:

Esercizio 1

Esercizio 2


Soluzione: Esercizio1

testo_a.doc

testo_a.doc

CryptoDelph.pdf

Sol_testoa.doc

Crittoanalisi

Edgar Allan Poe, “Lo scarabeo d'oro” (1843)

Il racconto “Lo scarabeo d’oro” narra l’immaginaria avventura di William Legrande che s’imbatte in uno strano coleottero, uno scarabeo d’orato, e lo raccoglie con un foglio di carta trovato nei pressi. La sera usa il foglio per tracciare uno schizzo dell’insetto. Quando lo avvicina al focolare , il calore fa comparire il disegno di un capretto e una serie di segni tracciati con l’inchiostro simpatico. Legrande si trova di fronte a un crittogramma che custodisce l’ubicazione del tesoro del capitano Kidd.


Nel 1843 Poe scrisse un racconto sui codici segreti che è la miglior opera letteraria sull’argomento.

Crittoanalisi

53++!305))6*;4826)4+.)4+);806*;48!8`60))85;]8*:+*8!83(88)5*!;46(;88*96*?;8)*+(;485);5*!2:*+(;4956*2(5*4)8`8*;4069285);)6!8)4++;1(+9;48081;8:8+1;48!85;4)485!528806*81(+9;48;88;4(+?34;48)4+;161;:188;+?;



Crittoanalisi

53++!305))6*;4826)4+.)4+);806*;48!8`60))85;]8*:+*8!83(88)5*!;46(;88*96*?;8)*+(;485);5*!2:*+(;4956*2(5*4)8`8*;4069285);)6!8)4++;1(+9;48081;8:8+1;48!85;4)485!528806*81(+9;48;88;4(+?34;48)4+;161;:188;+?;



La prima cosa da fare e’ un’ipotesi sulla lingua del testo del crittogramma. L’Autore spiega che il manoscritto e’ stato rinvenuto in una zona un tempo infestata da pirati, e che uno dei piu’ famosi pirata si chiamava Kidd: poiche’ in inglese “kid” vuol dire capretto, in mancanza di altre informazioni la prima ipotesi sulla lingua del crittogramma e’ che questa sia l’inglese.

Crittoanalisi

53‡!305))6*;4826)4+.)4+);806*;48!8`60))85;]8*:+*8!83(88)5*!;46(;88*96*?;8)*+(;485);5*!2:*+(;4956*2(5*4)8`8*;4069285);)6!8)4‡;1(+9;48081;8:8+1;48!85;4)485!528806*81(+9;48;88;4(+?34;48)4+;161;:188;+?;



Il secondo passo da fare è l’analisi di frequenza:

Simboli Occorrenze 8 33 ; 26 4 19 ‡ 16 ) 16 * 13 5 12 6 11 ( 10 ! 8 1 8 0 6 2 5 9 5 : 4 3 4 ? 3 . 1 – 1

Crittoanalisi

(Vedi per dettaglio crittoanalisi CryptoDelph.pdf)



Alla fine….

A good glass in the bishop’s hostel in the devil’s seat—forty-one degrees and thirteen minutes — northeast and by north — main branch seventh limb east side — shoot from the left eye of the death’s-head— a bee-line from the tree through the shot fifty feet out.

La sua traduzione in italiano è la seguente:

Un buon vetro nell’ostello del vescovo sulla sedia del diavolo—quarantun gradi e tredici minuti—nord-nordest—tronco principale settimo ramo lato est — cala dall’occhio sinistro del teschio — una linea retta dall’albero passando per il punto toccato lontano cinquanta piedi.

CryptoDelph.pdf

CryptoDelph.pdf

CryptoDelph.pdf

CryptoDelph.pdf


Alla fine di questo esempio di crittoanalisi, il concetto da sottolineare è che:

Ogni lettera ha una sua identità, che consiste sia nella frequenza media, sia nella tendenza a evitare o prediligere la vicinanza di altre lettere.

La debolezza della sostituzione monoalfabetica è che cambia l’abito della lettera ma non la sua identità, un po’ come un uomo che adottasse un travestimento continuando a fare la stessa vita e a frequentare le stesse persone.



Il cifrario di L.B. Alberti


Leon Battista Alberti (Genova, 18 febbraio 1404 – Roma, 20 aprile 1472) è stato un architetto,

scrittore, matematico e umanista italiano; fu inoltre crittografo, linguista, filosofo, musicista e

archeologo: una delle figure artistiche più poliedriche del Rinascimento.

Per secoli, la semplice cifratura per sostituzione

monoalfabetica aveva garantito la segretezza; ma lo sviluppo

dell’analisi delle frequenze, prima in Arabia poi in Europa

con il rinascimento, cancellò quella garanzia.

L’onere di escogitare una cifratura nuova e più resistente

cadde sui crittografi. Anche se essa non prese forma prima

della fine del XVI secolo, le sue origini si possono far

risalire all’ingegno multiforme di Leon Battista Alberti

https://it.wikipedia.org/wiki/Leon_Battista_Alberti







Alberti propose di usare due o più alfabeti cifranti e di sostituirli durante la cifratura


Il cifrario di L.B. Alberti

Esempio


E U F A V 0 D N P J K H S G T M I L B R Z C X W Y Q

C M U N B I P L O K J V A T G S D R H Q F Z W Y X E

Testo Chiaro:

Testo Cifrato:

Leone

HBTTV


Alberti creò una «macchina cifrante» composta da due ruote concentriche: Due dischi di rame di differenti diametri in modo che uno possa circondare l’altro; ambedue sono infilati in un perno in modo che siano liberi di ruotare indipendentemente. Sulla circonferenza dei dischi sono tracciati gli alfabeti così che ruotando un disco rispetto ad un altro di possono far corrispondere lettere diverse.

Il disco esterno rappresenta le lettere in chiaro; quello interno la lettera in cifra. Si deve semplicemente definire la posizione iniziale o chiave da modificare durante la cifratura.


Disco Cifrante di L.B.Alberti

Links: https://it.wikipedia.org/wiki/Disco_cifrante

http://www.crittologia.eu/critto/alberti.phtml https://archeocomputing.wordpress.com/2014/01/31/il-disco-di-leon-battista-alberti/

discocifrante.pdf

discocifrante.pdf

discocifrante.pdf

https://it.wikipedia.org/wiki/Disco_cifrante

http://www.crittologia.eu/critto/alberti.phtml

http://www.crittologia.eu/critto/alberti.phtml

https://archeocomputing.wordpress.com/2014/01/31/il-disco-di-leon-battista-alberti/












Alberti non riuscì a trasformare la sua idea appena abbozzata in una tecnica

ben definita. Dopo Alberti molti furono i letterati che cercarono di

continuare la sua opera, dall’abate tedesco Johannes Trithemius allo

scienziato italiano Giambattista Della Porta, ma si arrivò ad una

conclusione definitiva solo con il diplomatico francese Blaise de Vigenère.


Il cifrario di Vigenère

Vigenère prese confidenza con gli scritti di Alberti, Trithemius, e

Della Porta a 26 anni quando fu inviato a Roma per due anni in

missione diplomatica. All’inizio il suo interesse per la crittografia

fu esclusivamente pratico e legato alla attività diplomatica.




Ma a 39 anni egli giudicò di aver messo da parte

abbastanza denaro per abbandonare l’attività

diplomatica e dedicarsi esclusivamente agli studi.

Così riuscì ad ottenere una tecnica crittografica

nuova, coerente e di grande efficacia. Il suo sistema

inventato nel 1562, si meritò l’appellativo di

“indecifrabile”, data la sua complessità. La forza

della cifratura di Vigenere sta nell’utilizzare non

uno ma 26 alfabeti cifranti per criptare un solo

messaggio.


Il primo passo consiste, infatti, nella stesura della tavola di Vigenère.

Si tratta di un normale alfabeto chiaro di 26 lettere seguito da 26

alfabeti cifrati ognuno spostato a sinistra di una lettera rispetto al

precedente.



Perciò, la riga numero 1 rappresenta un alfabeto cifrante con uno

spostamento di Cesare pari a 1. In modo analogo, la riga 2

rappresenta un alfabeto cifrante con uno spostamento di Cesare pari a

2, e così via.

A B C D E F G H I L M N O P Q R S T U V Z

B C D E F G H I L M N O P Q R S T U V Z A

C D E F G H I L M N O P Q R S T U V Z A B

D E F G H I L M N O P Q R S T U V Z A B C

E F G H I L M N O P Q R S T U V Z A B C D

F G H I L M N O P Q R S T U V Z A B C D E

G H I L M N O P Q R S T U V Z A B C D E F

H I L M N O P Q R S T U V Z A B C D E F G

I L M N O P Q R S T U V Z A B C D E F G H

L M N O P Q R S T U V Z A B C D E F G H I

M N O P Q R S T U V Z A B C D E F G H I L

N O P Q R S T U V Z A B C D E F G H I L M

O P Q R S T U V Z A B C D E F G H I L M N

P Q R S T U V Z A B C D E F G H I L M N O

Q R S T U V Z A B C D E F G H I L M N O P

R S T U V Z A B C D E F G H I L M N O P Q

S T U V Z A B C D E F G H I L M N O P Q R

T U V Z A B C D E F G H I L M N O P Q R S

U V Z A B C D E F G H I L M N O P Q R S T

V Z A B C D E F G H I L M N O P Q R S T U

Z A B C D E F G H I L M N O P Q R S T U V


LABORATORIO DI CRITTOGRAFIA, PROGETTO LAUREE SCIENTIFICHE LICEO REGINA MARGHERITA, a.a. 2017-2018

La cifratura si effettuerà come in una partita a “battaglia

navale”, ovvero basterà cercare, per ogni lettera del chiaro

la corrispondete cifrata nell’incrocio fra la colonna

individuata dalla lettera in chiaro e la riga della lettera

chiave cioè del verme.


Il metodo si può considerare una generalizzazione del codice

di Cesare; invece di spostare sempre dello stesso numero di

posti la lettera da cifrare, questa viene spostata di un numero

di posti variabile, determinato in base ad una parola chiave, da

concordarsi tra mittente e destinatario, e da scriversi sotto il

messaggio, carattere per carattere; la parola è detta verme, per

il motivo che, essendo in genere molto più corta del

messaggio, deve essere ripetuta molte volte sotto questo.


LABORATORIO DI CRITTOGRAFIA, PROGETTO LAUREE SCIENTIFICHE LICEO REGINA MARGHERITA, a.a. 2017-2018

Testo chiaro ARRIVANOIRINFORZI Verme VERMEVERMEVERMEVE




Esempio

Testo cifrato VVLUCVRGUVGRZBVUO



ESERCIZI:

Esercizio 1

VIGENERE1.doc

VIGENERE1.doc

Osservazione: 1. le prime due lettere del testo cifrato sono due “V” anche se

corrispondono ad una “A” e una “R”,

2. la seconda e la terza lettera del testo in chiaro sono due “R” ma vengono tradotte prima con la “V” e poi con la “L”,

3. Una parola chiave più lunga potrebbe coinvolgere un numero maggiore di righe aumentando la complessità della cifratura,

4. Oltre a resistere all’analisi delle frequenze ammette un numero enorme di chiavi.



Questa come si può notare è la forza del sistema di Vigenère che si basa sulla cifratura poli-alfabetica.

Cifrari polialfabetici


I cifrari polialfabetici si differenziano dai monoalfabetici in quanto un dato carattere del testo chiaro (p.es. la A) non viene cifrato sempre con lo stesso carattere, ma con caratteri diversi in base ad una qualche regola, in genere legata ad una parola segreta da concordare. In questo modo la sicurezza del codice dovrebbe aumentare in modo significativo; non è infatti più così semplice individuare le lettere del messaggio in base alla loro frequenza caratteristica in ogni lingua.

http://critto.liceofoscarini.it/critto/monoalf0.htm

http://critto.liceofoscarini.it/lingue/index.htm











La cifratura di Vigenère non suscitò alcun entusiasmo, e pur priva di punti deboli, fu pressoché ignorata per ben due secoli. La natura polialfabetica è la causa della sua resistenza ma anche della sua scarsa facilità d’uso. Nel XVIII secolo, vista la professionalità raggiunta dai loro avversari, i crittografi furono infine costretti ad adottare la cifratura di Vigenère. Oltre all’efficacia della crittoanalisi un altro evento spinse all’adozione di Vigenère: l’invenzione del telegrafo e la conseguente necessità di proteggere i telegrammi dalle intercettazioni.


La cifratura di Vigenere è potenzialmente indecifrabile: la sua forza risiede nel

decidere una chiave lunga e casuale; tuttavia, per agevolare le operazioni di

criptazione, generalmente si tendeva a utilizzare chiavi non più lunghe di venti

lettere e questo creava dei presupposti per la sua decifrazione


Uno dei personaggi più interessanti della crittoanalisi del

XIX secolo è Charles Babbage, l'eccentrico e geniale

gentleman noto per aver progettato il precursore degli

elaboratori elettronici. Babbage, nel 1854, riuscì a creare

un metodo per decifrare la “chiffre indéchiffrable” di

Vigenère, basandosi sul fatto che una chiave non molto

lunga crea una struttura ciclica all'interno del

crittogramma, la quale può essere decifrata tramite

l'analisi delle frequenze.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Charles_Babbage_-_1860.jpg

Babbage non fu l'unico ad arrivare a questa metodologia, in

modo indipendente circa dieci anni dopo Friedrich Wilhelm

Kasiski (un ufficiale in pensione dell'esercito prussiano)

pubblicò “Die Geheimschriften und die Dechiffrir-kunst” (Le

scritture segrete e l'arte della decifrazione). Per diversi motivi

Babbage non divulgò il suo metodo, e così il sistema di

decodifica della cifratura di Vigenère prese il nome di “test di

Kasiski” e il contributo di Babbage fu totalmente negletto.


Un elemento fondamentale per la

decifrazione di un codice cifrato con il

metodo di Vigenere è trovare pezzi di

stringhe uguali, trovati questi si calcola la

distanza fra essi che può essere differente

per ogni stringa, ed effettuando il MCD si

ottiene, se siamo stati fortunati, la

lunghezza della chiave.


MCD=5.

Per esempio se la

lunghezza della chiave è

di “5” lettere il

procedimento da

svolgere è il seguente:

I. Denominare la chiave con L1 L2 L3 L4 L5.

II. Dividere il testo ogni 5 lettere

III. Raggruppare tutte le prime lettere, tutte le seconde lettere, le terze, le quarte e infine

le quinte.

IV. Effettuare per ogni raggruppamento l’analisi statistica

V. Confrontare il grafico della frequenza della lingua italiana con quello ottenuto per ogni

singola lettera.


Alla fine del XIX secolo, la crittografia era in grave difficoltà: dato che con le

innovazioni di Babbage e Kasiski anche la cifratura di Vigenère poteva essere forzata, ci

si chiedeva se esistesse davvero un sistema crittografico perfetto e immune da ogni

tentativo di crittoanalisi: la risposta arrivò da Vernam nel 1917.

Egli riuscì a dimostrare matematicamente che un sistema crittografico è perfetto (cioè

non decifrabile tramite tecniche di analisi delle frequenze) se basato su un cifrario di

Vigenère con una chiave casuale lunga quanto il messaggio, a patto che durante la

comunicazione le chiavi siano utilizzate una sola volta per ogni messaggio. Questo

sistema, chiamato Cifrario di Vernam, molto bello nella teoria, è praticamente

inutilizzabile nella pratica, in quanto si pongono diversi problemi di non facile

soluzione:

– creazione di una chiave casuale;

– distribuzione sicura delle chiavi di ogni messaggio.


MACCHINE CIFRANTI

ENIGMA


Enigma


Nel 1918 l'inventore tedesco Arthur Scherbius, che aveva studiato ingegneria elettrica ad Hannover e Monaco, mette a punto un dispositivo crittografico che in sostanza era una versione elettromeccanica del disco cifrante di Alberti. La sua invenzione è chiamata Enigma.

La versione semplificata del congegno di Scherbius consiste in 3 componenti collegati da fili elettrici: una tastiera per immettere le lettere del testo in chiaro; un'unità scambiatrice che cifra la lettera trasformandola nel corrispondente elemento del crittogramma (testo cifrato); un visore con varie lampadine, che accendendosi indicano la lettera da inserire nel testo cifrato.

Enigma


Il passo successivo consiste nel far ruotare automaticamente il disco

scambiatore di un 1/26 di giro dopo la cifratura di ogni lettera. In altre parole, la corrispondenza tra lettere in chiaro e cifrate cambia dopo la cifratura di ogni lettera cosicché la cifratura di una stessa lettera muta continuamente. Con questa disposizione rotante, lo scambiatore definisce 26 diverse corrispondenze tra lettere in chiaro e cifrate, ed Enigma può essere usata per effettuare una cifratura polialfabetica. Tuttavia, il congegno ha un punto debole evidente: dopo 26 pressioni continue dello stesso tasto, il disco torna alla posizione iniziale, e se si continuasse a premere lo stesso tasto, lo schema di cifratura si ripeterebbe tale e quale. Per ridurre il numero di ripetizioni può essere introdotto un altro scambiatore. In questo modo, ogni volta che una lettera è cifrata, il primo disco ruota di un carattere, mentre il secondo disco invece resta immobile fin quando il primo scambiatore ha completato un giro, solo a questo punto il secondo scambiatore avanza di una posizione.

Enigma


L'aggiunta del secondo scambiatore comporta il vantaggio che lo schema della cifratura non si ripete finché il secondo scambiatore non è tornato al punto di partenza, il che richiede 26 giri completi del primo scambiatore, ovvero la cifratura di 26x26=676 lettere. Per una sicurezza ancora maggiore viene aggiunto un terzo rotore, per cui il numero di sostituzioni diverse è 26x25x26=16.900 (il secondo rotore effettua una rotazione in meno rispetto agli altri due, poiché dopo aver effettuato un giro completo rimane fermo una volta per far ruotare il terzo rotore). Inoltre viene aggiunto un riflessore molto simile allo scambiatore che consiste in un disco di gomma con circuiti interni che non ruotano e i fili entrano ed escono dallo stesso lato. Col riflessore installato quando si digita una lettera il segnale elettrico attraversa i 3 rotori, raggiunge il riflessore ed è mandato indietro. Quindi il segnale elettrico passa di nuovo nei rotori ma lungo un percorso diverso.

Enigma



Enigma

Dato che il numero di chiavi è alto ma non abbastanza per scoraggiare un crittoanalista che può disporre di più macchine e più aiutanti, per accrescere l'affidabilità si dovrebbe aumentare il numero di assetti cioè il numero di chiavi. Invece di aggiungere un altro rotore e aumentare di 26 volte le chiavi sono state introdotte due nuove caratteristiche. Innanzitutto si possono utilizzare rotori removibili e sostituibili, ad esempio il primo e il terzo rotore si possono scambiare di posto. Quindi dati tre elementi intercambiabili essi possono essere permutati in sei modi differenti; con questo accorgimento il numero di chiavi aumenta di un fattore pari a sei. La seconda caratteristica è l'inserimento di un pannello a prese multiple tra la tastiera e il primo rotore. Il pannello permette al mittente di inserire alcuni cavi muniti di spinotti, in questo modo si ha l'effetto di scambiare due lettere prima della loro immissione nel rotore. L'operatore di Enigma dispone di sei cavi che gli danno la possibilità di scambiare sei coppie di lettere simultaneamente.

Enigma


Enigma


Alan Mathison Turing

Londra, 23 giugno 1912 – Manchester, 7 giugno 1954


Alan Mathison Turing

turingRM.ppt

turingRM.ppt

turingRM.ppt

turingRM.ppt

Enigma

Durante la II° guerra mondiale i solutori di codici britannici

prevalsero sugli inventori di codici tedeschi

BOMBE DI TURING ENIGMA


Links

COLOSSUS CIFRATURA DI LORENZ

linkenigma.docx

Enigma

Films:

ENIGMA

THE IMITATION GAMES


COLOSSUS è stato progettato all'inizio del 1943 dal matematico Max Newman e dall'ingegnere Tommy Flowers per la decrittazione della macchina Lorenz usata dagli alti comandi tedeschi.

E’ un calcolatore elettronico con circuiti elettronici a valvole.

E’ il capostipide dei moderni elaboratori.

Per molti anni l'americano ENIAC, costruito nel 1945, è stato considerato il primo computer della storia; oggi questo primato è stato riattribuito a merito all’inglese Colossus.


Dopo aver contribuito alla nascita del computer, la crittoanalisi continuò nel dopoguerra a impiegare e migliorare la tecnologia informatica per la decodifica di qualsiasi scrittura segreta.

I crittografi sfruttarono a loro volta le risorse dei calcolatori per generare cifrature di enorme complessità (DES).

Dopo il 1945 l’informatica fu la protagonista della battaglia tra inventori e solutori di codici.


Crittografia Moderna

Per quanto forte possa essere in teoria una cifratura, in pratica permane un problema capace di minarne le fondamenta

Anche se i calcolatori hanno profondamente influenzato la codifica dei messaggi, la vera rivoluzione crittografica del xx secolo è consistita nella comparsa di tecniche capaci di superare il problema della distribuzione delle chiavi.

DISTRIBUZIONE DELLE CHIAVI



Diversi matematici di diverse epoche si sono cimentati sul versante della crittoanalisi, è famoso il caso della violazione della cifratura Enigma, il sistema crittografico usato dall’esercito nazista durante la II guerra mondiale, dovuta, in una prima fase, al matematico polacco Marian Rejewski e completata poi da un gruppo di scienziati inglesi, tra i quali ruolo prominente ebbe il celeberrimo logico Alan Turing.

È però a partire dagli anni ’70 del novecento che l’utilizzo sistematico di

idee matematiche, spesso nate in ambiti del tutto indipendenti, ha rivoluzionato teoria e tecnica della crittografia, con l’introduzione della crittografia a chiave pubblica e di altri simili protocolli.




La crittografia moderna nasce nel

1975 quando Diffie, Hellman e

Merkle hanno dimostrato, in

astratto, che è possibile per due

persone comunicare in modo sicuro

senza aver preventivamente

concordato una chiave.

Il protocollo del

“doppio lucchetto”



Il protocollo del “doppio lucchetto”

A mette il suo messaggio per B in una scatola, che chiude con un lucchetto e invia a B.

B mette il suo lucchetto alla scatola e la rispedisce ad A.

A toglie il suo lucchetto e rispedisce la scatola a B.

B toglie il suo lucchetto e legge il messaggio.



Il problema della distribuzione delle chiavi sembra risolto.

Tuttavia, la realizzazione pratica di un sistema in cui Alice

critta, Bob ricritta, Alice decritta e Bob decritta urta contro un

grave ostacolo: l’ordine delle cifrature.

Nel 1976

Metodo Diffie-Hellman-Merkle

Scambio delle Chiavi

Anche se sul piano teorico lo scambio di chiavi, che utilizza

l’aritmetica modulare, era un enorme passo avanti, non era

perfetto e sul piano pratico poteva dar adito a qualche difficoltà . LABORATORIO DI CRITTOGRAFIA, PROGETTO LAUREE SCIENTIFICHE, LICEO REGINA MARGHERITA, a.a. 2017-2018


Crittografia a chiave asimmetrica

Nel 1976 Diffie, Hellman e Merkle introdussero il

concetto di cifratura asimmetrica:

Nella crittografia a chiave asimmetrica ogni utente ha un paio di chiavi di cui una deve essere divulgata, la chiave pubblica, mentre l'altra deve essere custodita segretamente, la chiave privata.

Chiave Pubblica = funzione unidirezionale,per crittare

Chiave Privata = rende bidirezionale, per decrittare



In questo sistema ogni utente tiene segreta la chiave privata e

divulga la sua chiave pubblica; un eventuale interlocutore

prenderà la chiave pubblica e tramite questa cripterà il

messaggio. Una volta criptato il messaggio questo potrà essere

decifrato solo dal destinatario tramite la chiave privata (neanche

chi ha codificato il messaggio può più decodificarlo).



Per la realizzazione pratica di questi sistemi si ricorre a metodi

matematici basati su funzioni dette a senso unico cioè

facilmente calcolabili in un senso ma difficilmente invertibili, e

che generalmente si basano sul problema di fattorizzare numeri

grandi, oppure sul problema di determinare il logaritmo

discreto nelle forme modulari o nelle curve ellittiche.

Il punto di forza di questo sistema e che gli utenti non devono

piu scambiarsi le chiavi simmetriche per comunicare, ma

semplicemente cercare la chiave pubblica dell'utente con cui si

vuole avere una comunicazione riservata.



L'algoritmo RSA

Il più conosciuto e utilizzato algoritmo a chiavi asimmetriche è stato proposto da Ron Rivest, Adi Shamir e Leonard Adleman nel 1977 e porta un nome desunto dalle iniziali dei cognomi dei suoi inventori, RSA. L’algoritmo sfrutta l’approccio di Diffie-Hellman-Merkle e si basa sulla fattorizzazione di numeri interi grandi.

N = p x q p,q numeri primi



M. Gardner nel 1977 rese nota al pubblico il protocollo RSA e sfidava i lettori con un testo criptato e la chiave:

N = 114.381.625.757.888.867.669.235.779.976.146.612.010.218.296.721.242.362.562.561.842.935.706.935.245.733.897.830.597.123.563.958.705.058.989.075.147.599.290.026.879. 543.541.

Il 26 Aprile 1994 una squadra di 600 volontari annunciarono che i fattori di N sono:

p = 3.490.529.510.847.650.949.147.849.619.903.898.133.417.

764.638.493.387.843.990.820.577.

q = 32.769.132.993.266.709.549.961.988.190.834.461.413.177.

642.967. 992.942.539.798.288.533

L'algoritmo RSA



Preliminari:

La Funzione di Eulero

Algoritmo Euclideo

Congruenze

L'algoritmo RSA


matematicacannizzaro/mcd.ppt

matematicacannizzaro/mcd.ppt


La Funzione di Eulero

Dato un numero N, si chiama funzione di Eulero di N, e si

indica con φ(N), il numero di interi positivi< N e coprimi con

N,

φ(8) = 4, φ(6) = 2, φ(9) = 6

Se N = p primo, allora φ(N) = p – 1

Se N = pq, p e q primi, φ(N) = (p – 1)(q - 1)

L'algoritmo RSA



L'algoritmo RSA

•Alice sceglie due numeri primi p e q;

•Calcola N = pq e φ(N) = (p - 1)(q - 1);

•Sceglie intero E < φ(N) e M.C.D.(E, φ(N)) = 1;

•Calcola d (chiave privata) tale che

d x E ≡ 1mod(φ(N));

•Rende pubblica la chiave (E, N);

Cifratura e Decifratura Per inviare m, si invia C ≡ m^E mod(N);

Per decifrare C : m ≡ C^d mod(N)



Esempio

Fissiamo due primi: p = 5 e q = 11

Calcoliamo: N =pxq= 55 e φ(N) = 40

Prendiamo: E<N e MCD(E, φ(N) )=1, E=7

Calcoliamo: d tale che d x 7 ≡ 1 (mod 40), d=23

Chiave pubblica (N, E)=(7, 55)

Chiave privata d = 23

Per spedire m, si spedisce c ≡ m^7 (mod 55)

Per decifrare c, m ≡ c^23 (mod 55)

L'algoritmo RSA


Calcoliamoci il M.C.D.(40, 7) facendo uso dell’algoritmo Euclideo delle divisioni successive:

40 = 7 x 5 + 5

7 = 5 x 1 + 2

5 = 2 x 2 + 1

2 = 2 x 1

Scriviamo 1 come combinazione di 7 e 40:

5 = 40 – 7 x 5

2 = 7 – 5 = 7 – (40 – 7 x 5) = 6 x 7 – 1 x 40

1 = 5 – 2 x 2 = 40 – 7 x 5 – 2 x (6 x 7 – 1 x 40) = 3 x 40 – 17 x 7.

Da cui -17 ≡ 1 (mod 40). Quindi d = - 17 ≡23 (mod 40) .



Alice Bob

Chiave pubblica: (7, 55)

Chiave privata: 23

Vuole spedire ad Alice il

Messaggio M = 50

Spedisce:

C=M^7 mod55 =

50^7mod55 = 30

Decodifica C = 30

M=30^23 mod55 = 50.


50^7 (mod55) = (50^2)^3 (mod55) x 50 (mod55) = (25)^3 (mod55) x 50

(mod55) =

________________________________________________________

50^2 (mod55) = 2500 (mod55) = 25

2500 = 55 x 45 + 25

________________________________________________________

= 5 x 50 (mod55) = 250 (mod55) = 30

________________________________________________________

25^3 (mod55) = 15625 = 284 x 55 + 5

250 = 4 x 55 + 30


30^23 mod55 = (30^4)^5mod55 x 30^3 mod55 =

_______________________________________________

30^3 mod55 = 27.000 mod55 = 50

27.000 = 490 x 55 + 50

_______________________________________________

= (30^4)^5mod55 x 50 mod55 =

_______________________________________________

30^4 mod55 = (30^3 mod55) (30 mod55) =

= 50x30mod55 = 1500 mod55 = 15

1500 = 27 x 55 + 15

_______________________________________________

= 15^5 mod55 x 50 mod55 = 45 x 50 mod55

= 2250 mod55 = 50

__________________________________________________

15^5 mod55 = 759375 mod55 = 45

759375 = 13806 x 55 + 45

2250 = 40 x 55 +50



ESEMPIO

ESERCIZIO

Soluzione Esercizio

L'algoritmo RSA


RSA.doc

RSA codifica e decodifica.doc

SolCodDec.doc

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