Guida Avanzata alla Crittografia: AES, RSA, ECC e Crittografia Post-Quantistica

Questa guida completa esplora concetti avanzati di crittografia, algoritmi e protocolli utilizzati nei moderni sistemi di comunicazione sicura. Ideale per sviluppatori e professionisti della sicurezza.

Algoritmi di Crittografia Simmetrica

AES (Advanced Encryption Standard)

Lo standard d'oro per la crittografia simmetrica, adottato dal governo degli Stati Uniti nel 2001.

Caratteristiche Principali

• Dimensioni chiave: 128, 192 o 256 bit
• Dimensione blocco: 128 bit
• Round: 10, 12 o 14 a seconda della dimensione della chiave
• Performance: Altamente ottimizzato, accelerazione hardware disponibile

Modalità Comuni

• GCM (Galois/Counter Mode): Crittografia autenticata, raccomandata per la maggior parte dei casi d'uso
• CBC (Cipher Block Chaining): Modalità tradizionale, richiede MAC separato
• CTR (Counter): Parallelizzabile, usato in alcuni protocolli

ChaCha20

Cifrario a flusso moderno progettato da Daniel J. Bernstein, sempre più popolare come alternativa ad AES.

Vantaggi

• Più veloce di AES su dispositivi senza accelerazione hardware
• Implementazione a tempo costante (resistente agli attacchi temporali)
• Design semplice, più facile da implementare in modo sicuro
• Usato con Poly1305 per crittografia autenticata

Crittografia Asimmetrica

RSA (Rivest-Shamir-Adleman)

Ampiamente utilizzato per lo scambio di chiavi e le firme digitali.

Considerazioni Chiave

• Dimensione minima chiave: 2048 bit (4096 bit raccomandati per sicurezza a lungo termine)
• Performance: Computazionalmente costoso rispetto alla crittografia simmetrica
• Schemi di padding: Usa OAEP per la crittografia, PSS per le firme
• Minaccia quantistica: Vulnerabile ai computer quantistici (algoritmo di Shor)

Elliptic Curve Cryptography (ECC)

Alternativa più efficiente a RSA con sicurezza equivalente a dimensioni di chiave più piccole.

Curve Popolari

• Curve25519: Progettata per lo scambio di chiavi ECDH, ampiamente adottata
• Ed25519: Per firme digitali, usata in SSH, GPG
• P-256 (secp256r1): Standard NIST, ampiamente supportato
• P-384, P-521: Livelli di sicurezza più elevati

Vantaggi Rispetto a RSA

• ECC a 256 bit ≈ sicurezza RSA a 3072 bit
• Calcolo più veloce
• Chiavi e firme più piccole
• Requisiti di banda e storage inferiori

Protocolli di Scambio Chiavi

Diffie-Hellman (DH)

Permette a due parti di stabilire un segreto condiviso su un canale non sicuro.

Varianti

• DH classico: Implementazione originale
• ECDH: Versione con curve ellittiche (più efficiente)
• X25519: ECDH moderno che usa Curve25519

Perfect Forward Secrecy (PFS)

Garantisce che le comunicazioni passate rimangano sicure anche se le chiavi a lungo termine vengono compromesse.

Implementazione

• Genera coppie di chiavi effimere per ogni sessione
• Distruggi le chiavi di sessione dopo l'uso
• Usato in TLS 1.3, Signal Protocol, ecc.

Funzioni Hash

Famiglia SHA-2

• SHA-256: Output a 256 bit, ampiamente usato
• SHA-384, SHA-512: Livelli di sicurezza più elevati
• Applicazioni: Firme digitali, validazione certificati, hashing password (con tecniche appropriate)

SHA-3 (Keccak)

• Costruzione diversa da SHA-2 (funzione spugna)
• Resistente agli attacchi di estensione della lunghezza
• Adatto per applicazioni che richiedono margini di sicurezza elevati

BLAKE2/BLAKE3

• Più veloce di SHA-2 e SHA-3
• Crittograficamente sicuro
• BLAKE3: Altamente parallelizzabile, eccellente per grandi quantità di dati

Key Derivation Functions (KDF)

PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2)

• Scopo: Derivare chiavi crittografiche dalle password
• Iterazioni: Minimo 100.000 (raccomandazione OWASP)
• Caso d'uso: Archiviazione password, derivazione chiavi

Argon2

Vincitore della Password Hashing Competition (2015), raccomandato per nuove applicazioni.

Varianti

• Argon2id: Ibrido (raccomandato per la maggior parte dei casi d'uso)
• Argon2i: Ottimizzato contro attacchi side-channel
• Argon2d: Massima resistenza agli attacchi GPU

scrypt

• Funzione memory-hard (resistente agli attacchi hardware)
• Usata da Litecoin, Tarsnap
• Buon equilibrio tra sicurezza e compatibilità

Message Authentication Codes (MAC)

HMAC (Hash-based MAC)

• Combina funzione hash con chiave segreta
• Fornisce autenticazione e integrità
• Comuni: HMAC-SHA256, HMAC-SHA512

Poly1305

• Autenticatore monouso
• Usato con ChaCha20 per crittografia autenticata
• Veloce e a tempo costante

Crittografia Autenticata

Perché È Importante

La sola crittografia non garantisce l'integrità. Un attaccante potrebbe modificare il testo cifrato senza essere rilevato. La crittografia autenticata risolve questo problema.

AEAD (Authenticated Encryption with Associated Data)

• AES-GCM: Il più ampiamente supportato
• ChaCha20-Poly1305: Migliore sui dispositivi mobili
• AES-CCM: Usato in alcuni protocolli wireless

Firme Digitali

Firme RSA

• Padding: Usa PSS (Probabilistic Signature Scheme)
• Funzione hash: SHA-256 o superiore
• Dimensione chiave: 2048 bit minimo

ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)

• Firme più piccole rispetto a RSA
• Richiede generazione attenta del nonce (RNG debole = chiave compromessa)
• Variante deterministica (RFC 6979) raccomandata

Ed25519

• Deterministico (non richiede RNG)
• Generazione e verifica firma veloce
• Firme piccole (64 byte)
• Resistente agli attacchi side-channel

Protocolli Moderni

Signal Protocol

Protocollo di crittografia end-to-end all'avanguardia usato da Signal, WhatsApp, Facebook Messenger.

Caratteristiche Chiave

• Double Ratchet: Aggiorna continuamente le chiavi
• Perfect Forward Secrecy: I messaggi passati rimangono sicuri
• Post-Compromise Security: Si recupera dalla compromissione delle chiavi
• Asincrono: Funziona anche quando il destinatario è offline

TLS 1.3

Ultima versione del protocollo Transport Layer Security.

Miglioramenti

• Rimossi algoritmi deboli e cipher suite
• Fornisce sempre forward secrecy
• Handshake più veloce (1-RTT, opzione 0-RTT)
• Server Hello crittografato

Noise Protocol Framework

Framework di protocollo crittografico moderno per costruire sistemi di comunicazione sicuri.

Applicazioni

• WireGuard VPN
• Lightning Network
• Messaggistica I2P

Crittografia Post-Quantistica

La Minaccia

I computer quantistici possono violare RSA ed ECC usando l'algoritmo di Shor. Gli algoritmi simmetrici sono meno colpiti ma richiedono chiavi più grandi.

Candidati Post-Quantistici NIST

• Kyber: Incapsulamento chiavi basato su reticoli
• Dilithium: Firme digitali basate su reticoli
• SPHINCS+: Firme basate su hash

Strategia di Transizione

• Approccio ibrido: Combina algoritmi classici e post-quantistici
• Aumenta le dimensioni delle chiavi simmetriche a 256 bit
• Monitora il processo di standardizzazione NIST
• Pianifica l'agilità degli algoritmi

Best Practice di Implementazione

Non Inventare la Propria Crittografia

Usa librerie consolidate e revisionate dalla comunità:

• libsodium: Alto livello, facile da usare
• OpenSSL: Completo, ampiamente supportato
• BoringSSL: Fork di OpenSSL di Google
• Ring: Libreria crittografica Rust

Gestione delle Chiavi

• Usa moduli di sicurezza hardware (HSM) per chiavi critiche
• Implementa politiche di rotazione delle chiavi
• Non inserire mai chiavi hardcoded nel codice sorgente
• Usa la derivazione delle chiavi per scopi multipli
• Elimina in modo sicuro le chiavi dalla memoria dopo l'uso

Generazione Sicura di Numeri Casuali

• Usa RNG crittograficamente sicuro (CSPRNG)
• Non usare mai funzioni rand() standard
• RNG del sistema operativo: /dev/urandom (Linux), CryptGenRandom (Windows)
• Specifici del linguaggio: crypto.randomBytes (Node.js), modulo secrets (Python)

Prevenzione Attacchi Temporali

• Usa confronto a tempo costante per i segreti
• Evita ramificazioni basate su dati sensibili
• Fai attenzione agli attacchi cache timing
• Usa librerie progettate con resistenza agli attacchi temporali

Test e Validazione

Audit di Sicurezza

• Test di penetrazione regolari
• Revisioni del codice da parte di esperti di sicurezza
• Audit di sicurezza di terze parti
• Programmi bug bounty

Conformità

• FIPS 140-2/3: Standard del governo degli Stati Uniti
• Common Criteria: Certificazione di sicurezza internazionale
• PCI DSS: Requisiti dell'industria delle carte di pagamento

Risorse per Approfondire

Libri

• "Cryptography Engineering" di Ferguson, Schneier e Kohno
• "Serious Cryptography" di Jean-Philippe Aumasson
• "Applied Cryptography" di Bruce Schneier

Risorse Online

• Cryptopals Crypto Challenges
• Corsi di Crittografia di Stanford (Coursera)
• IACR ePrint Archive
• Crypto Stack Exchange