Crittografia dei dati, tesina

Istituto tecnico industriale statale Cristoforo Marzoli

Informatica e telecomunicazioni

Via Levadello, 25036 Palazzolo s/o (Bs) Tel. 030-7400391

“La crittografia dei dati”

Tesina di Maturità 2015-2016

Luca Capelli – Alessandro Costa

5^C Informatica e Telecomunicazioni

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Introduzione

Il tema trattato dal nostro percorso multidisciplinare è la crittografia dei dati, vale a dire le origini e lo sviluppo fino al giorno d’oggi delle tecniche di crittografia utilizzate nel corso della storia.

Lo spunto per avviare ed approfondire la riflessione in merito ci è stata fornita, oltre ad un interessamento personale all’argomento, The Imitation Game, dalla visione del film con protagonista Benedict Cumberbatch nei panni del matematico e crittoanalista Alan Turing, considerato uno dei padri dell’informatica e uno dei più grandi matematici del XX secolo.

Nel film, l’obiettivo del protagonista, ovvero Turing, è far terminare il conflitto quanto prima collaborando alla segretissima operazione di decriptazione dei codici segreti nazisti, codificati con la macchina denominata Enigma, che andremo ad approfondire all’interno della tesina.

Inizieremo la tesina spiegando in cosa consiste la crittografia, i vari metodi di cifratura (moderni e non) e l’utilizzo ai giorni nostri per poi tuffarci nel passato per vedere come era utilizzata alle origini, dagli antichi Romani fino ad arrivare alla Seconda Guerra Mondiale, in cui la crittografia giocò un ruolo fondamentale per la liberazione Europea dal regime Nazista e a quello Fascista.

Approfondiremo la vita e le imprese, come accennato prima, di Alan Turing, uno dei grandi matematici dell’epoca, uno dei più brillanti crittoanalisti che operavano in Inghilterra, durante la seconda guerra mondiale, per decifrare i messaggi scambiati da diplomatici e militari delle Potenze dell’Asse. Turing lavorò infatti a Bletchley Park, il principale centro di crittoanalisi del Regno Unito, dove ideò una serie di tecniche per violare i cifrari tedeschi, incluso il metodo della Bomba, una macchina elettromeccanica in grado di decodificare codici creati mediante la macchina Enigma.

Rimanendo in tema guerra abbiamo incluso anche uno dei poeti legati alla guerra, Eugenio Montale, uno che in effetti la guerra la fece: nel 1917 fu chiamato alle armi, combatté in Vallarsa (Trento) con il 158° fanteria e vedremo che la guerra, come ad altri poeti di quest’epoca, cambierà la vita ma anche il modo di scrivere del poeta.

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Indice

Sistemi e reti................................................................................................................ 4

Tecniche classiche di cifratura simmetrica......................................................8

Tecniche moderne di cifratura simmetrica: DES & 3DES............................................12

Tecniche moderne di cifratura asimmetrica: AES & RSA.................................15

Crittografia ibrida............................................................................................... 20

Informatica................................................................................................................ 22

La funzione MD5..................................................................................................... 22

Storia.......................................................................................................................... 24

La seconda guerra mondiale..............................................................................25

Inglese........................................................................................................................ 30

Alan Turing & The Turing Machine............................................................................. 30

Italiano....................................................................................................................... 34

Poeta correlato alla guerra - Eugenio Montale...........................................34

Bibliografia............................................................................................................... 39

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Sistemi e reti

Una comunicazione tra due o più utenti deve rispettare cinque precisi requisiti:

• Autenticazione: chi spedisce e chi riceve il messaggio deve essere sicuro dell’identità del proprio corrispondente.
• Confidenzialità: le informazioni scambiate tra un mittente e uno o più destinatari devono essere protette nel confronto di terze parti.
• Integrità dei dati: i dati ricevuti sono uguali a quelli inviati dall’entità, senza che siano stati modificati.
• Non ripudiabilità: protegge dall’eventualità che una delle entità coinvolte nella conversazione neghi di averci partecipato.
• Disponibilità: la proprietà di un sistema ad essere disponibile quando richiesto da un qualsiasi utente.

Se un sistema di comunicazione non rispetta questi requisiti, si potrebbero verificare attacchi da parte di utenti esterni.

Ci sono due tipi di attacchi che possono essere sferrati ad una comunicazione:

• Attivi: tenta di alterare le risorse del sistema o di alterarne il loro funzionamento (es. modifica di messaggi).
• Passivi: tenta di rilevare o usare informazioni dal sistema senza alterare le risorse (es. lettura non autorizzata dei messaggi e file oppure l’analisi del traffico).

La crittografia si occupa 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 e i metodi usati sono detti tecniche di cifratura.

Con cifratura intendiamo il processo mediante il quale un messaggio viene trasformato mediante un insieme di regole di codifica (algoritmi di cifratura) in formato tale da essere incomprensibile ad occhi indiscreti, per rendere così la comunicazione sicura. 4

L’algoritmo di cifratura deve essere noto sia al mittente che al destinatario del messaggio, in modo che all’arrivo del messaggio il destinatario possa decriptare il cipher text (messaggio criptato) ed ottenere il plain text message, ovvero il messaggio in chiaro.

Esempio comunicazione

Supponiamo che un utente A voglia inviare a un utente B un messaggio di aiuto, quindi plain text = ”AIUTO”.

Utilizzando un algoritmo di cifratura, in questo caso sostituendo a ciascuna lettera quella che la segue nell’alfabeto, otteniamo il cipher text = ”BLVUP”.

Viene spedito il messaggio, il destinatario lo riceve e identifica l’algoritmo usato dal mittente per cifrare il messaggio; lo decripta con una chiave crittografica (segreta) e ottiene così il messaggio in chiaro.

La chiave in questo caso è la posizione del carattere.

L’algoritmo quindi è noto a tutti e la sicurezza della comunicazione dipende dalla chiave crittografica, elemento fondamentale per la sicurezza.

Una persona non autorizzata non deve essere in grado di scoprire la chiave. 5

In caso un utente esterno voglia individuare la chiave utilizzata, si sta allora effettuando una operazione di crittoanalisi.

La crittoanalisi è difatti lo studio dei metodi per individuare la chiave e decriptare un messaggio da parte di un intruso. Mira a violare la sicurezza di un sistema.

Tipi di cifratura

• Crittografia simmetrica (chiave privata): per la crittografia e decrittografia uso la stessa chiave (chiave comune).

Mittente e Destinatario devono concordare e scambiarsi la chiave segreta 6

• Crittografia asimmetrica (chiave pubblica): per la crittografia e decrittografia uso chiavi differenti, ogni utente difatti ha una coppia di chiavi, una pubblica (nota a tutti) e una privata (nota solo all’utente).

Mittente e Destinatario non devono collaborare per scambiarsi la chiave segreta

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Tecniche classiche di cifratura simmetrica

Ci sono due tipi di cifratura:

• Sostituzione: ciascun elemento del testo in chiaro viene mappato su un altro elemento, ovvero consiste nel sostituire ad esempio lettere del testo in chiaro con altre lettere, numeri o simboli;
• Trasposizione: gli elementi del testo in chiaro vengono cambiati di posizione;

La tecnica di trasposizione è una tecnica che esegue una permutazione delle lettere del testo in chiaro, ovvero gli elementi del plain text vengono cambiati di posizione.

In breve:

Supponiamo di inviare un messaggio contenente “meet me after the toga party”. Con la trasposizione otterremmo:

Il risultato sarà: 8

MEMATRHTGPRYETEFETEOAAT, incomprensibile a occhi indiscreti.

La tecnica di sostituzione a sua volta è divisa in monoalfabetica o polialfabetica:

• Nella monoalfabetica viene usato un unico alfabeto di cifratura per un testo in chiaro;
• Nella polialfabetica vengono utilizzate sostituzioni monoalfabetiche differenti per un singolo testo in chiaro;

Un esempio di cifratura monoalfabetica è il Cifrario di Cesare:

Consiste nel sostituire una lettera con un’altra lettera che si trova a X posizioni da essa nell’alfabeto. Per far sì che questo accada bisogna scegliere sull’alfabeto il carattere che corrisponde alla posizione K, che è la chiave segreta. Il testo in chiaro si ottiene spostando di K posizioni le lettere del testo cifrato. L’alfabeto, di 26 lettere, è ciclico, quindi dopo la lettera Z la prima lettera è la A.

Questo algoritmo ha però un problema, con un attacco a forza bruta si può recuperare la chiave. L’attacco a forza bruta prevede di provare con tutte le chiavi possibili, da K=1 a K=25, a decifrare il messaggio. Si cerca con tutte le chiavi possibili di recuperare un messaggio di senso compiuto.

Lo spazio delle chiavi è ridotto. 9

Un esempio di cifratura polialfabetica è il Cifrario di Vigenère:

È l’evoluzione del cifrario di Cesare.