Le macchine in grado di cifrare un messaggio non furono inventate tanto per ottenere una maggiore sicurezza, ma perché il lavoro necessari a cifrare o decifrare un messaggio è inevitabilmente lungo e noioso da fare manualmente, allora perché non automatizzarlo creando delle apposite macchine in grado di farlo.

Le macchine cifranti si basano tutte sull’uso di una serie di dischi rotanti che permettono di trasformare in modo automatico senza intervento dell’utilizzatore se non per l’inserimento del messaggio le lettere del testo originale in chiaro nelle lettere del testo cifrato e viceversa.

Un esempio di cifratura meccanica era quella già vista di L.B. Alberti che oltre ad essere una tradizionale cifra cartacea da eseguire a mano, per facilitarne l’uso poteva essere abbinata ad un disco rotante. Anche se questo sistema non è del tutto automatico è uno dei primi tentativi di semplificare la cifratura usando metodi meccanici.

Comunque i più importanti e fortunati esempi di tale sistema sono il Cilindro di Jefferson e la conosciutissima macchina Enigma.

ll cilindro di Jefferson

Il codice di Jefferson prende il nome dal suo inventore, Thomas Jefferson (1743-1826) autore della Dichiarazione d’indipendenza e presidente degli Stati Uniti dal 1801 al 1804.

Il codice era molto semplice ma al contempo assai potente per i suoi tempi, tuttavia non fu usato, anzi fu tenuto segreto fino al 1922, tantè che nel 1890 Etienne Bazeries un crittologo francese invento un sistema meccanico del tutto equivalente.

Non si sa perché Jefferson decise di tenere segreto il suo rivoluzionario sistema che in quell’epoca sarebbe stato sicuramente indecifrabile. Comunque nel 1922 il codice ebbe una seconda giovinezza e divenne uno dei sistemi più utilizzati dall’esercito americano fino al 1950.

Il codice di Jefferson come abbiamo detto è un metodo di cifratura meccanico, basato su una macchina. Il suo nucleo ‘intelligente’ cioè la parte che serve a cifrare è composta da 36 cilindri di circa 15 centimetri di circonferenza montati su un perno che permette loro di ruotare.

Nella parte esterna di ciascun cilindro sono scolpite le 26 lettere dell’alfabeto che pero sono in posizione diversa per ciascuno dei 36 cilindri.

Il messaggio per essere cifrato deve essere scomposto in blocchi di 36 lettere senza spazi, e qualora l’ultimo non raggiungesse questa cifra sarebbe necessario completarlo con delle nulle.

Una volta fatto questo si sceglie la chiave di cifratura che è un numero che va da 1 a 25 e si scrive il messaggio sulla riga detta 0 agendo sui vari cilindri. A questo punto per ottenere il testo in cifra ci si sposta di tot righe in alto in base alla chiave scelta. (Se la chiave è 10 si va a leggere il testo nella decima riga partendo a contare dalla riga sopra a quella contenente il testo in chiaro).

Nella fase di decifratura essendo in possesso della macchina sarà semplicemente necessario spostarsi verso il basso di un numero di righe pari alla chiave dopo avere scritto il testo in cifra su una riga.

La macchina Enigma

La macchina ENIGMA fu inventata dai tedeschi negli anni quaranta e se ne servirono per tutta la seconda guerra mondiale, almeno finche non scoprirono che gli alleati avevano fatto breccia nel codice che loro ritenevano indecifrabile. Si tratta di una macchina cifrante che fa da spartiacque fra le macchine meccaniche usate fino ad allora e i moderni calcolatori elettronici, infatti Enigma è una macchina elettro-meccanica.

Per capirne il funzionamento è necessario concentrarsi sulla sua componente fondamentale, il cilindro a rotori, senza prendere in considerazione tutta la meccanica e l’elettronica che compongono le altre parti di Enigma ( es.: acquisizione del messaggio, visualizzazione messaggio finale).

Questa parte e dunque formata da un perno con alla sua estremità sinistra un cilindro fisso chiamato STRATORE e cinque cilindri rotanti detti ROTORI.

Ogni rotore ha 26 contatti elettrici su una faccia e 26 su quella opposta, equispaziati ed equidistanti dal centro, ogni contatto di una faccia è collegato con uno della faccia opposta, ma in modo molto irregolare.

I rotori ruotano a scatti nel verso indicato dalla freccia nella prima figura e ogni scatto fa compiere al rotore un ventiseiesimo di giro in modo che i contatti di uscita di ciascun rotore tocchino i contatti di ingresso del rotore che li segue.

Per semplificare diciamo che vogliamo cifrare la lettera A, nello stratore verrà eccitato il contatto che corrisponde a questa lettera, poi i rotori ruoteranno in un certo modo, fino a creare un percorso dato dai vari contatti che sono collegati fra loro, cosicché dall’ ultimo rotore e più precisamente dal contatto di uscita raggiunto dall’impulso otterremo la lettera cifrata per esempio G.

A prima vista sembrerebbe un cifrario monoalfabetico, ma non lo è perché i rotori non sono fissi, ma ruotano in modo ODOMETRO, cioè ogni volta che una lettera è stata cifrata uno o più rotori ruotano di un ventesimo di giro. Il rotore 1 scatta sempre, e quando questo ha fatto un giro completo, 26 scatti, scatta anche il rotore 2, un giro completo di questo e scatta il rotore 3 e così via.

Dunque il rotore 2 si muove la prima volta al 26-esimo scatto del rotore 1, poi al 52-esimo, al 78-esimo fino ad eseguire un giro completo al 676-esimo scatto del rotore 1, a questo punto scatta anche il rotore 3, che farà un giro completo al 676-esimo scatto del rotore 2, cioè al 17576-esimo giro del rotore due ecc. Facendo i conti successivi si arriva a calcolare che per tornare alla disposizione originale dei rotori nel caso essi siano cinque, ci vorrebbero 11.881.376 scatti cioè 26⁵.

Da ciò si evince che il periodo è elevatissimo e il cifrario a prima vista sembra indecifrabile, ma così non è, infatti ebbe vita breve visto che in pochi anni gli alleati riuscirono a penetrarlo. Naturalmente non fu una crittanalisi manuale con carta e penna, ma fu necessario l’ausilio di enormi calcolatori detti COLOSSI i quali da molti vengono definiti come i primi computer.

Parte del merito (perché servì ad abbattere le comunicazioni segrete dei nazisti) per la forzatura di Enigma va anche al padre dell’informatica teorica e famoso matematico Alan Turing (1912-1954) che a quel tempo lavorava per il controspionaggio inglese.