Una guida completa alla crittografia a chiave privata

La crittografia a chiave privata, nota anche come crittografia simmetrica o codifica a chiave privata, è un metodo di crittografia che utilizza un'unica chiave per crittografare e decrittografare i dati. La chiave crittografica deve essere tenuta segreta e condivisa solo tra le parti coinvolte nella comunicazione per garantirne la riservatezza, motivo per cui viene anche chiamata "chiave segreta".

Questo è l'opposto della crittografia a chiave pubblica, che utilizza una chiave diversa per la crittografia e la decrittografia.

Che cos'è la crittografia?

Secondo il National Institute of Standards and Technology (NIST), la crittografia è la trasformazione crittografica del testo in chiaro in testo cifrato mediante un algoritmo. In parole povere, è un processo che offusca il significato originale dei dati per impedirne la conoscenza o l’utilizzo. Il processo inverso è chiamato decrittografia e trasforma nuovamente i dati crittografati (o il messaggio crittografato) in testo normale leggibile. 

Sebbene spesso usati in modo intercambiabile, cifratura e crittografia sono termini simili ma diversi. Il NIST definisce quest'ultima come la scienza dell'occultamento e della verifica delle informazioni. È una disciplina che incarna i principi, i mezzi e i metodi per rendere incomprensibili le informazioni sensibili e ripristinare i dati crittografati in una forma intelligibile.

In breve, la crittografia è uno di questi metodi. La differenza essenziale che lo contraddistingue è che utilizza algoritmi per nascondere matematicamente i dati sensibili.

Perché la crittografia è importante?

In generale, la crittografia è fondamentale per alcuni motivi importanti:

• Riservatezza: I metodi di crittografia a chiave pubblica e privata proteggono le informazioni sensibili dall'accesso non autorizzato. Senza la chiave privata corrispondente, un messaggio criptato risulta illeggibile a chiunque ne entri in possesso. Anche se un hacker intercetta o ruba i dati, questi potrebbero non servirgli a nulla se non riesce a decifrare la crittografia.
• Integrità: La crittografia garantisce inoltre che i dati non vengano alterati durante la trasmissione o l'archiviazione. I meccanismi di crittografia spesso includono hash crittografici, che generano un'impronta digitale univoca per i dati. Qualsiasi modifica ai dati crittografati originali, indipendentemente dalla loro entità, darà luogo a un hash non corrispondente durante la verifica, avvisando gli utenti di una potenziale manomissione.
• Autenticazione: La crittografia stabilisce una comunicazione sicura verificando l'identità del mittente o del destinatario attraverso meccanismi come firme digitali e chiavi crittografiche. Ad esempio, nella comunicazione via e-mail, la crittografia può autenticare il mittente, garantendo che il messaggio provenga effettivamente dalla persona o dall'organizzazione indicata.
• Conformità: Può anche aiutare le organizzazioni a soddisfare i requisiti normativi in materia di sicurezza dei dati, soprattutto in settori come la finanza, l'assistenza sanitaria e la pubblica amministrazione. Negli Stati Uniti, ad esempio, l'Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) richiede alle organizzazioni di crittografare i dati a riposo per proteggere le informazioni sanitarie sensibili. Le violazioni possono comportare sanzioni pecuniarie, azioni legali e danni alla reputazione.

Esistono numerose potenziali applicazioni in cui la crittografia a chiave privata può rivelarsi preziosa. Alcuni fra i più comuni includono:

Crittografia dei file o dei dati

La crittografia a chiave privata è essenziale per proteggere i file sensibili archiviati su dispositivi o server, garantendo che solo le persone autorizzate possano accedere ai loro contenuti. Crittografando i file con una chiave simmetrica, le aziende possono proteggere informazioni riservate, come registri finanziari, contratti o proprietà intellettuale, da accessi non autorizzati, anche se un dispositivo o un server vengono compromessi. Inoltre, la crittografia a chiave privata consente la condivisione sicura dei file all'interno delle organizzazioni, consentendo ai dipendenti di collaborare in modo sicuro e riducendo al minimo il rischio di violazioni dei dati.

Sicurezza del database

I database spesso archiviano grandi quantità di dati sensibili dei clienti, come dati personali, informazioni di pagamento e cronologie delle transazioni, il che li rende obiettivi privilegiati per gli attacchi informatici. La crittografia a chiave privata garantisce la protezione dei dati anche in caso di violazione.

Crittografando i dati a riposo, le organizzazioni possono rendere le informazioni illeggibili agli utenti non autorizzati, preservandone la riservatezza e l'integrità. Inoltre, la crittografia a chiave privata è fondamentale per proteggere i database di backup, assicurando che le copie archiviate rimangano protette da un uso improprio. Per i settori che fanno affidamento sulla fiducia, come l'e-commerce e il settore bancario, la crittografia dei database crea fiducia proteggendo le informazioni dei clienti da accessi non autorizzati.

Comunicazioni sicure (SC)

La crittografia a chiave privata è fondamentale per proteggere i siti Web e consentire comunicazioni online sicure, principalmente tramite l'uso di certificati Transport Layer Security (TLS).

Quando un utente visita un sito web protetto con il protocollo HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure), si verifica un processo chiamato handshake TLS. In questo modo viene stabilita una connessione sicura negoziando i parametri di crittografia tra il browser dell'utente e il server web. Inizialmente, la crittografia asimmetrica viene utilizzata per scambiare una chiave di sessione simmetrica.

Una volta creata in modo sicuro questa chiave crittografica, la crittografia simmetrica prende il sopravvento per tutta la durata della sessione, crittografando i dati scambiati tra il client e il server. In questo modo si garantisce che le informazioni sensibili, come credenziali di accesso, dettagli di pagamento e dati personali, siano protette da intercettazioni o manomissioni da parte di soggetti non autorizzati.

Inoltre, autentica l'identità del sito web, aiutando gli utenti a confermare che stanno interagendo con un sito legittimo e non con una pagina di phishing o una versione falsificata. Ciò è particolarmente importante per le piattaforme di e-commerce, l'online banking e qualsiasi sito che gestisca interazioni sensibili con i clienti, poiché crea fiducia e protegge gli utenti dalle frodi.

Crittografia del disco

Le organizzazioni utilizzano la crittografia a chiave privata per proteggere interi dispositivi di archiviazione, come dischi rigidi, unità USB o SSD esterni. In questo modo si garantisce che tutti i dati memorizzati sul dispositivo rimangano crittografati e inaccessibili agli utenti non autorizzati senza la chiave di decrittazione corretta.

La crittografia del disco è particolarmente utile per proteggere i dispositivi smarriti o rubati, garantendo che le informazioni sensibili non possano essere estratte anche se l'hardware fisico finisce nelle mani sbagliate. Le aziende spesso si affidano alla crittografia del disco per i computer portatili e i dispositivi portatili utilizzati dai dipendenti, contribuendo a garantire la sicurezza in una forza lavoro mobile.

Sono ampiamente utilizzati sia i metodi a chiave pubblica che quelli a chiave privata, ma tra loro ci sono notevoli differenze. Diamo un'occhiata più da vicino a ciascuno di essi individualmente per comprenderne i vantaggi e i limiti.

Crittografia a chiave pubblica

La crittografia a chiave pubblica, nota anche come crittografia asimmetrica o cifratura a chiave pubblica, non utilizza una sola chiave crittografica per crittografare e decrittografare i dati. Invece, utilizza una coppia di chiavi: una chiave pubblica (disponibile a chiunque) e una chiave privata (tenuta segreta al proprietario).

La coppia di chiavi è matematicamente collegata. Ciò significa che i dati crittografati con la chiave pubblica possono essere decifrati solo con la corrispondente chiave privata e viceversa.

I suoi vantaggi includono:

• Distribuzione delle chiavi più semplice: Nella crittografia a chiave pubblica, le organizzazioni devono solo mantenere segreta la chiave privata. Possono condividere apertamente la chiave pubblica senza compromettere la sicurezza.
• Maggiore sicurezza: Il processo di scambio delle chiavi è molto più sicuro nella crittografia a chiave pubblica, poiché la chiave segreta non viene mai condivisa.
• Scalabilità: Questo metodo di crittografia è altamente scalabile perché la chiave pubblica può essere distribuita liberamente, il che lo rende ideale per le comunicazioni tra più parti.

Tuttavia, ci sono alcuni svantaggi notevoli:

• Velocità: La crittografia asimmetrica comporta in genere una maggiore complessità computazionale, con conseguenti processi di crittografia e decrittografia più lenti.
• Intensità delle risorse: La generazione e la gestione di una coppia di chiavi pubblica-privata per ogni utente nei sistemi su larga scala comporta un sovraccarico amministrativo.
• Gestione delle chiavi: Nei sistemi con un gran numero di persone, la gestione di una coppia di chiavi per ciascun utente può diventare complessa.

Grazie a questi fattori, la crittografia a chiave pubblica è adatta per le firme digitali e per gli scenari che richiedono autenticazione e sicurezza elevate. Tuttavia, potrebbe non essere la soluzione ideale per la crittografia di grandi quantità di dati o per applicazioni ad alta velocità.

Crittografia a chiave privata

In quanto metodo di crittografia simmetrica, la crittografia a chiave privata offre diversi vantaggi:

• Maggiore semplicità: Utilizzando una sola chiave sia per la crittografia che per la decrittografia, il processo è generalmente molto più rapido e diretto rispetto alla crittografia asimmetrica.
• Efficienza: Allo stesso modo, è meno complesso dal punto di vista computazionale, il che lo rende ideale per crittografare grandi quantità di dati come file o voci di database.

Tuttavia, ci sono alcuni fattori di rischio importanti da tenere a mente:

• Distribuzione delle chiavi: Sia per la crittografia che per la decrittografia viene utilizzata la stessa chiave, pertanto è necessario che venga condivisa in modo sicuro tra le parti. Ciò crea una vulnerabilità significativa durante lo scambio di chiavi, poiché l'intercettazione o la compromissione della chiave potrebbe comportare un accesso non autorizzato.
• Singolo punto di errore: Se la chiave di crittografia viene compromessa, tutti i dati crittografati con quella chiave diventano accessibili a soggetti non autorizzati e le comunicazioni o i dati archiviati non sono più sicuri.
• Mancanza di scalabilità: In ambienti con molti utenti o sistemi, la gestione di chiavi univoche per ogni coppia di parti diventa sempre più complessa e ingestibile. La crittografia a chiave privata non è adatta alle reti di comunicazione multiutente.
• Dipendenza dalla fiducia: Entrambe le parti devono avere fiducia l'una nell'altra per proteggere e utilizzare la chiave in modo responsabile. Una violazione da una delle due estremità potrebbe compromettere i dati crittografati. 

Nonostante queste limitazioni, la crittografia a chiave privata rimane altamente efficace nei casi d'uso in cui lo scambio sicuro di chiavi è fattibile e la scalabilità non è un problema, come la crittografia di file, database o comunicazioni all'interno di una rete affidabile.

La crittografia a chiave privata funziona codificando il testo in chiaro tramite un algoritmo di crittografia. In breve, gli algoritmi di crittografia sono regole matematiche che determinano il modo in cui la chiave altera i dati crittografati. Di solito ne esistono due tipi:

• Un cifrario a blocchi che crittografa i dati in blocchi di dimensioni fisse.
• Un cifrario a flusso che crittografa un bit o un byte alla volta.

A seconda del tipo di cifrario scelto, il processo della chiave privata funziona in questo modo:

• Generazione della chiave: Il mittente genera una chiave di crittografia casuale e sicura mediante un algoritmo crittografico.
• Scambio di chiavi: Condividono la chiave di crittografia con il destinatario, spesso tramite un canale protetto o combinandola con un metodo di crittografia asimmetrica. 
• Preparazione dei dati: Il mittente formatta il testo in chiaro o lo divide in blocchi specifici.
• Crittografia dei dati: L'algoritmo utilizza la chiave di crittografia per trasformare il testo in chiaro in testo cifrato, rendendolo illeggibile senza la chiave.
• Trasmissione: Il mittente trasmette il testo cifrato al destinatario o lo conserva in modo sicuro per un uso successivo.
• Decrittografia: Il destinatario utilizza la stessa chiave per invertire il processo di crittografia, convertendo nuovamente il testo cifrato in testo normale.

Algoritmi comuni di crittografia a chiave privata

Esempi di crittografia a chiave simmetrica o privata includono i seguenti algoritmi: 

• Data Encryption Standard (DES). Utilizza una chiave a 56 bit e divide i dati in blocchi da 64 bit. Le vulnerabilità ne hanno determinato il successivo abbandono.
• Triple Data Encryption Standard (3DES). Applica lo stesso algoritmo di crittografia tre volte a ciascun blocco, aumentando la dimensione della chiave e la sicurezza. Nel 2019 il NIST ha ritirato il protocollo 3DES, citando vulnerabilità note.
• Advanced Encryption Standard (AES). Offre lunghezze di chiave fino a 256 bit, rendendolo più resistente agli attacchi brute force.

Nell'ambito della crittografia, l'informatica quantistica è una minaccia ben nota e inevitabile per la crittografia moderna. La tecnologia quantistica offre una potenza di calcolo esponenzialmente maggiore rispetto alle tecnologie più avanzate odierne, consentendole di decifrare anche i cifrari più sofisticati. Fortunatamente, gli algoritmi di crittografia simmetrica sono considerati meno vulnerabili agli attacchi quantistici, purché la lunghezza della chiave sia sufficiente.

Le organizzazioni che utilizzano processi a chiave privata devono gestire diversi potenziali rischi per la sicurezza, quali:

1. Esposizione delle chiavi

L'esposizione delle chiavi si verifica quando una chiave di crittografia privata viene rivelata accidentalmente o intenzionalmente a soggetti non autorizzati. Ciò può accadere a causa di un'archiviazione impropria, di furti o di vulnerabilità del sistema. Una volta scoperta, la chiave può essere utilizzata dagli aggressori per decifrare dati sensibili, impersonare il proprietario della chiave o firmare contenuti dannosi, compromettendo l'integrità e la riservatezza dei sistemi crittografati.

2. Attacchi brute force

Gli attacchi brute force prevedono che i malintenzionati provino sistematicamente tutte le possibili combinazioni di tasti finché non trovano quella corretta. Mentre algoritmi di crittografia avanzati con dimensioni delle chiavi sufficientemente grandi rendono queste minacce computazionalmente irrealizzabili, le chiavi più corte o scelte male sono vulnerabili, soprattutto con i progressi nella potenza di elaborazione o nell'informatica quantistica.

3. Attacchi side channel

Gli attacchi side channel sfruttano le informazioni trapelate durante il processo di crittografia, come tempistiche, consumo energetico o emissioni elettromagnetiche, per dedurre le chiavi private. Questi attacchi prendono di mira l'implementazione del sistema crittografico anziché l'algoritmo stesso, rappresentando una seria minaccia per i sistemi con protezioni hardware o software insufficienti.

4. Gestione inefficace delle chiavi

Le attività di gestione inefficace delle chiavi includono una generazione debole delle chiavi, una conservazione non corretta delle chiavi, controlli di accesso insufficienti o la mancata rotazione regolare delle chiavi. Queste pratiche aumentano il rischio di accessi non autorizzati o di uso improprio, portando potenzialmente a violazioni dei dati o all'impossibilità di decifrare dati critici quando necessario.

Fortunatamente, esistono diverse buone pratiche che le organizzazioni possono adottare per proteggere meglio le proprie chiavi private:

• Utilizzare algoritmi potenti: Implementare standard di crittografia robusti come AES-256. Algoritmi simmetrici come questo sono resistenti agli attacchi quantistici, una minaccia futura ma significativa per la crittografia moderna.
• Implementare soluzioni per la gestione di chiavi: Utilizzare strumenti come i moduli di sicurezza hardware (HSM) per proteggere le chiavi con una solida radice di attendibilità. Queste soluzioni garantiscono ambienti a prova di manomissione e automatizzano la gestione del ciclo di vita delle chiavi, riducendo il rischio di errore umano.
• Ruotare periodicamente le chiavi: Cambiare periodicamente le chiavi di crittografia per ridurre al minimo l'esposizione e limitare i danni causati dalle chiavi compromesse. La rotazione delle chiavi garantisce che le chiavi obsolete vengano ritirate, riducendo il rischio di vulnerabilità a lungo termine.
• Limitare l'accesso alle chiavi: Limitare l'accesso alle chiavi private al personale o ai sistemi essenziali, applicando rigidi controlli basati sui ruoli. Ciò riduce al minimo il rischio di un uso improprio accidentale o doloso e aumenta la responsabilità.
• Monitorare e verificare l'utilizzo delle chiavi: Monitorare l'utilizzo delle chiavi per rilevare attività non autorizzate. I controlli periodici forniscono informazioni sulle modalità di accesso e utilizzo delle chiavi, consentendo una risposta più rapida alle potenziali minacce.
• Formare i dipendenti: Formare il personale sulle migliori pratiche per la gestione delle chiavi di crittografia, tra cui il riconoscimento dei tentativi di phishing e l'archiviazione sicura delle chiavi. I dipendenti informati svolgono un ruolo fondamentale nella difesa contro le violazioni causate da errori umani.

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