Che cos'è il cifrario di Cesare? Un esempio semplice e perché non è sicuro

Il cifrario di Cesare è un cifrario a sostituzione. Sostituisce ogni lettera con un'altra che si trova un numero fisso di posizioni più in là nell'alfabeto. Fai avanzare ogni lettera di tre posizioni e HELLO diventa KHOOR. Il nome viene da Giulio Cesare che, secondo la tradizione, usava uno scorrimento di questo tipo nei suoi messaggi. È abbastanza semplice da poterlo applicare a mano, e proprio per questa semplicità non dà quasi nessuna sicurezza.

#Cifrare a mano

Scrivi l'alfabeto su una riga. Su una seconda riga scrivi lo stesso alfabeto spostato di tre, ricominciando dall'inizio dopo la Z:

Plain:  ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Shift:  DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC

Per cifrare, trova ogni lettera del testo in chiaro nella riga in alto e copia la lettera subito sotto. H diventa K, E diventa H, L diventa O e O diventa R. Così HELLO diventa KHOOR. La chiave è la quantità di scorrimento, qui 3.

Spazi, cifre e punteggiatura non fanno parte dell'alfabeto dalla A alla Z. Una versione didattica può lasciarli invariati, e il codice Python qui sotto fa così.

#Decifrare

La decifratura è la stessa tabella letta al contrario. Fai arretrare ogni lettera di tre posizioni, che equivale a farla avanzare di 23:

KHOOR  →  HELLO

Per una data chiave, ogni lettera del testo in chiaro corrisponde a una sola lettera del testo cifrato, e la corrispondenza inversa è altrettanto univoca. Per questo il cifrario si può invertire quando conosci la chiave.

#Scorrimenti negativi e grandi

L'alfabeto inglese ha 26 lettere, quindi gli scorrimenti si ripetono ogni 26 posizioni. Uno scorrimento di 29 fa la stessa cosa di uno di 3:

29 mod 26 = 3

Uno scorrimento di −3 fa la stessa cosa di uno di 23. Quando scrivi il codice, prendi lo scorrimento modulo 26 così funziona con qualsiasi intero.

#Una breve versione in Python

Questa funzione fa scorrere solo le lettere dalla A alla Z e dalla a alla z, lascia invariato tutto il resto e ricomincia dall'inizio con il modulo 26. Usa ord e chr per convertire tra lettere e numeri:

def caesar(text, shift):
    out = []
    for ch in text:
        if ch.isascii() and ch.isalpha():
            base = ord('A') if ch.isupper() else ord('a')
            out.append(chr((ord(ch) - base + shift) % 26 + base))
        else:
            out.append(ch)
    return ''.join(out)

print(caesar("HELLO", 3))
print(caesar("KHOOR", -3))
print(caesar("KHOOR", 23))
print(caesar("HELLO", 29))
print(caesar("ATTACK AT DAWN", 3))
print(caesar(caesar("Hello, World!", 13), 13))
print(caesar("Hello, World!", 13))
print(caesar("hello, world", 3))
print(caesar("KHOOR", 26 - 3) == caesar("KHOOR", -3))
print(sum(1 for s in range(1, 26) if caesar("KHOOR", s) == "HELLO"))
print(caesar("HELLO", 3) == caesar("HELLO", 29))

L'output dello script:

KHOOR
HELLO
HELLO
KHOOR
DWWDFN DW GDZQ
Hello, World!
Uryyb, Jbeyq!
khoor, zruog
True
1
True

L'output conferma le sezioni precedenti. Gli scorrimenti −3 e 23 coincidono, e così pure 3 e 29. Tra gli scorrimenti da 1 a 25, solo uno riporta KHOOR a HELLO. Applicare due volte lo scorrimento 13 restituisce il testo originale, che è il caso di ROT13 descritto più avanti.

#Perché il cifrario di Cesare non è sicuro

Con un alfabeto di 26 lettere, solo 25 scorrimenti cambiano il testo. Un attaccante può provarli tutti e controllare quale risultato è leggibile. Con un testo inglese il risultato leggibile salta all'occhio, quindi l'attacco non costa quasi nulla.

Anche le frequenze delle lettere sopravvivono allo scorrimento. In inglese la E è comune e la Z è rara, quindi un testo cifrato in cui una lettera compare molto più spesso delle altre è un indizio forte. Anche senza provare ogni scorrimento, il conteggio delle lettere indica la chiave.

Il cifrario serve a imparare il vocabolario della crittografia: testo in chiaro, testo cifrato, chiave, sostituzione e brute force. Non deve proteggere password, dati dei clienti, chiavi API o file privati. La cifratura vera usa algoritmi standardizzati, chiavi generate correttamente e una gestione attenta delle chiavi. La voce del glossario NIST sulla crittografia dà le definizioni formali del campo.

#Cifrario di Cesare e ROT13

ROT13 è un cifrario di Cesare con scorrimento 13. È l'inverso di se stesso: applicarlo due volte restituisce il testo originale, perché 13 + 13 = 26 e un giro completo dell'alfabeto non cambia nulla. L'output di ROT13 su Hello, World! è Uryyb, Jbeyq!, come mostrato sopra.

ROT13 si usa per nascondere spoiler o battute a un'occhiata distratta. Non dà nessuna vera protezione, perché chi conosce il metodo lo legge in pochi secondi.

#Provaci tu

Cifra ATTACK AT DAWN a mano con uno scorrimento di 3, conservando gli spazi. Confronta la tua risposta con questa:

DWWDFN DW GDZQ

Poi cambia lo scorrimento nella funzione Python ed eseguila sullo stesso testo. Prova lo scorrimento 0, lo scorrimento 26 e lo scorrimento 13, e prevedi ogni risultato prima di eseguire. Usa un testo di prova sintetico o tuo, e tieni l'esercizio sulla tua macchina.

Quando sei pronto, il prossimo articolo, Cifrario di Cesare in Python, parte da questa funzione e aggiunge la gestione dell'input e i test.

Per saperne di più: la voce del glossario NIST sulla crittografia e la documentazione Python per ord e chr.