2.400 anni di crittografia
Nel 400 a.C., per proteggere un messaggio militare gli Spartani utilizzavano un semplice bastone di legno. Oggi, per difendere una comunicazione digitale, entrano in gioco algoritmi matematici, chiavi crittografiche e, sulla frontiera della ricerca, persino le leggi della meccanica quantistica.
In circa 2.400 anni, gli strumenti sono cambiati radicalmente. Non è cambiata, però, la domanda alla base della crittografia: come trasmettere un’informazione facendo in modo che possa essere letta soltanto da chi è autorizzato?
È una storia che attraversa guerre, rivoluzioni tecnologiche e scoperte scientifiche. Una storia iniziata con una striscia di pergamena e arrivata oggi fino ai fotoni quantistici.
Dalla Scitala al cifrario di Cesare
Il viaggio comincia nell’antica Grecia con la Scitala spartana, il cui nome deriva dal greco skytálē, cioè “bastone”.
Il funzionamento era semplice ma ingegnoso. Gli Spartani avvolgevano una striscia di pergamena attorno a un cilindro di legno e scrivevano il messaggio lungo la superficie. Una volta srotolata, la pergamena mostrava soltanto una sequenza apparentemente casuale di lettere.
Per leggere il messaggio era necessario avvolgerla nuovamente attorno a un bastone dello stesso diametro. Solo così le lettere tornavano nella posizione corretta e il testo diventava comprensibile.
Era una forma primitiva di crittografia a trasposizione: le lettere non venivano cambiate, ma ne veniva modificata la disposizione.
Qualche secolo più tardi, nel I secolo a.C., arrivò il celebre cifrario di Cesare, attribuito a Giulio Cesare. In questo caso il principio era diverso: ogni lettera veniva sostituita con quella che si trovava tre posizioni più avanti nell’alfabeto.
Una tecnica elementare rispetto agli standard moderni, ma efficace in un’epoca in cui decifrare un messaggio richiedeva tempo e soprattutto non esistevano computer in grado di provare automaticamente migliaia di combinazioni.
La guerra accelera la corsa al codice
Per secoli la crittografia rimase legata soprattutto alla diplomazia, alla politica e alle comunicazioni militari. Il vero salto tecnologico arrivò però nel Novecento.
Nel 1918 fu brevettata la macchina Enigma, destinata a diventare uno dei simboli della crittografia del XX secolo. Il dispositivo utilizzava rotori e collegamenti elettrici per trasformare le lettere del messaggio in una sequenza apparentemente indecifrabile.
Durante la Seconda guerra mondiale, gli Alleati riuscirono a violare il sistema attraverso un enorme lavoro di matematica, analisi e automazione. A Bletchley Park, nel Regno Unito, matematici, linguisti e crittoanalisti lavorarono alla decifrazione dei messaggi tedeschi.
Tra loro c’era anche Alan Turing, il cui lavoro contribuì allo sviluppo delle tecniche e delle macchine utilizzate per attaccare i codici tedeschi.
La guerra dimostrò una cosa fondamentale: nella sfida tra chi protegge un’informazione e chi cerca di intercettarla, la tecnologia avrebbe avuto un ruolo sempre più importante.
Arrivano i computer
Con la diffusione dell’informatica, la crittografia cambia ancora natura.
Negli anni Settanta vengono sviluppati sistemi destinati a diventare fondamentali per la sicurezza digitale. Nel 1977 nasce RSA, uno dei primi sistemi di crittografia asimmetrica utilizzati su larga scala.
La novità è decisiva. La crittografia tradizionale utilizza generalmente una stessa chiave per cifrare e decifrare un messaggio. Con RSA entrano in gioco due chiavi: una pubblica, che può essere condivisa, e una privata, che deve invece rimanere segreta.
È il principio che rende possibile una parte importante delle comunicazioni sicure su Internet.
Nel 2001 viene adottato l’AES (Advanced Encryption Standard), oggi uno degli standard più importanti per la protezione dei dati digitali.
Negli stessi anni si afferma anche la crittografia a curve ellittiche (ECC). Il vantaggio è significativo: permette di ottenere livelli elevati di sicurezza utilizzando chiavi più corte rispetto ad altri sistemi. Una caratteristica preziosa soprattutto nei dispositivi con risorse limitate, come smartphone e sistemi embedded.
Dai bit ai fotoni
La corsa alla sicurezza non si ferma con la crittografia digitale.
La nuova frontiera è quella quantistica.
La crittografia quantistica sfrutta alcune proprietà della meccanica quantistica per proteggere la distribuzione delle chiavi crittografiche. In particolare, alcuni protocolli utilizzano fotoni come vettori dell’informazione.
Il principio è radicalmente diverso rispetto ai sistemi del passato. In determinate condizioni, un tentativo di intercettazione modifica lo stato quantistico del sistema e può quindi lasciare una traccia rilevabile dal destinatario.
È una prospettiva che porta la sicurezza delle comunicazioni fuori dal tradizionale mondo degli algoritmi e dentro quello della fisica fondamentale.
Dalla pergamena degli Spartani ai fotoni, il percorso è lungo circa 2.400 anni. Ma l’obiettivo resta sorprendentemente simile: accorgersi se qualcuno sta cercando di leggere ciò che dovrebbe rimanere segreto.
Quando il codice è una lingua
La storia della crittografia dimostra anche che non sempre la soluzione più efficace nasce da una macchina.
Durante la Seconda guerra mondiale, gli Stati Uniti utilizzarono i cosiddetti Navajo Code Talkers, militari nativi americani incaricati di trasmettere comunicazioni attraverso la lingua Navajo.
Il sistema sfruttava la difficoltà per gli avversari di comprendere quella lingua e prevedeva anche termini convenzionali per indicare mezzi e situazioni militari. Alcuni termini facevano riferimento ad animali o fenomeni naturali: un carro armato, per esempio, poteva essere associato alla “tartaruga”, mentre un aereo veniva indicato attraverso l’immagine dell’“uccello di ferro”.
In questo caso non era un algoritmo a proteggere il messaggio, ma una combinazione di lingua, memoria, rapidità e conoscenza umana.
È un esempio significativo di come la sicurezza delle informazioni possa dipendere anche dal fattore umano.
Il codice segreto di Beatrix Potter
Un altro caso, molto diverso, arriva dalla letteratura.
Beatrix Potter, l’autrice britannica diventata celebre per Peter Coniglio, tenne per anni dei diari personali scritti utilizzando un particolare sistema di simboli e sostituzioni.
Le sue annotazioni rimasero illeggibili per decenni. Nel 1958, Leslie Linder riuscì a decifrare il sistema utilizzato dalla scrittrice, rendendo finalmente accessibili quelle pagine private.
Il caso Potter ricorda che la crittografia non appartiene soltanto agli eserciti, ai governi o ai laboratori scientifici. Ogni volta che qualcuno cerca di rendere un’informazione comprensibile soltanto a una persona autorizzata, sta affrontando, in qualche forma, lo stesso problema.
Come spiegare la crittografia a scuola
Ma come si possono raccontare concetti così complessi alle nuove generazioni?
Una delle metodologie utilizzate nella didattica è quella delle Semantic Waves, le “Onde semantiche”, sviluppate da Karl Maton nell’ambito della Legitimation Code Theory.
L’idea è trasformare un concetto astratto in qualcosa di concreto, per poi tornare progressivamente alla teoria.
Si parte, per esempio, da un’espressione come “crittografia asimmetrica”, apparentemente distante dall’esperienza quotidiana di uno studente.
Poi si scende verso un esempio concreto: una chiave, un lucchetto, una scatola che può essere chiusa da una persona ma aperta soltanto da chi possiede la chiave corretta.
Infine si torna al concetto teorico, collegando l’esempio al funzionamento reale della crittografia.
Il percorso può essere rappresentato come un’onda:
– Dall’astratto al concreto: il concetto tecnico viene trasformato in un esempio comprensibile.
– Dal concreto all’astratto: l’esempio viene utilizzato per comprendere nuovamente la teoria.
– La conoscenza si consolida: lo studente non memorizza soltanto una definizione, ma comprende il principio che la sostiene.
Una storia che non è ancora finita
Nel 400 a.C. serviva un bastone per proteggere un messaggio. Oggi servono algoritmi, computer e sistemi matematici estremamente sofisticati. Domani potrebbero essere i fenomeni quantistici a determinare il futuro delle comunicazioni sicure.
La tecnologia cambia, ma la sfida rimane la stessa.
Ogni volta che nasce un nuovo sistema per proteggere le informazioni, nasce anche qualcuno che prova a violarlo. È una corsa senza un traguardo definitivo, iniziata oltre duemila anni fa e destinata a proseguire finché continueremo ad avere qualcosa da proteggere.
Dalla Scitala spartana ai fotoni quantistici, la storia della crittografia è, in fondo, la storia di una stessa idea che continua a reinventarsi: un messaggio ha valore anche perché non tutti possono leggerlo.
Prof.ssa Italia Martusciello
Vicepresidente nazionale EIP Italia