ADFGVX e frazionamento

Nel 1918, l'esercito tedesco si trovò ad affrontare un problema critico: i crittoanalisti alleati violavano i suoi codici da campo più rapidamente di quanto potessero essere sostituiti. Serviva urgentemente un nuovo cifrario più robusto per l'Offensiva di primavera del 1918.

Il colonnello Fritz Nebel sviluppò il cifrario ADFGVX, combinando due tecniche classiche in un modo mai utilizzato prima nella crittografia militare.

Il cifrario prende il nome dalle sue sei lettere del testo cifrato: A, D, F, G, V, X. Queste lettere furono scelte deliberatamente perché le loro rappresentazioni in codice Morse sono molto diverse tra loro.

In questo modo si riducevano al minimo gli errori di trasmissione via radio da campo. Confondere una lettera con un'altra poteva corrompere un intero messaggio, quindi i progettisti selezionarono lettere i cui schemi Morse fossero il più possibile distinguibili.

Il primo passaggio consiste in una sostituzione mediante un quadrato di Polybius 6x6. Le 36 celle contengono le 26 lettere e le cifre da 0 a 9, disposte secondo un ordine determinato dalla chiave. Le intestazioni di riga e colonna sono le sei lettere A, D, F, G, V, X.

Ogni carattere del testo in chiaro viene sostituito da due lettere: l'intestazione della riga e quella della colonna della sua cella. Ad esempio, se H si trova nella riga A e nella colonna F, diventa "AF".

Dopo la sostituzione, il testo cifrato raddoppiato viene scritto in una griglia con un numero di colonne pari alla lunghezza della chiave. Una seconda parola chiave determina l'ordine delle colonne.

Le colonne vengono lette in ordine alfabetico rispetto alle lettere della chiave. In questo modo si riordinano le coppie sostituite, eliminando gli schemi residui e creando un cifrario resistente sia all'analisi delle frequenze sia al riconoscimento degli schemi.

Il frazionamento è la tecnica che consiste nello scomporre ogni carattere del testo in chiaro in più simboli del testo cifrato prima di trasporli. In ADFGVX, ogni lettera diventa due simboli (riga e colonna), che vengono poi mescolati indipendentemente.

Ciò significa che le due "metà" di una stessa lettera del testo in chiaro finiscono in posizioni diverse del testo cifrato finale, rendendo impossibile analizzare separatamente la sostituzione e la trasposizione.

I cifrari a sostituzione pura, come Playfair, sono vulnerabili all'analisi delle frequenze. I cifrari a trasposizione pura, come il cifrario rail fence, sono vulnerabili alla ricostruzione di anagrammi. La loro combinazione risolve entrambe le debolezze.

ADFGVX rende più difficile l'analisi delle frequenze frazionando e trasponendo i simboli sostituiti. Per violare la trasposizione è necessario conoscere la chiave di sostituzione, e viceversa.

Il crittoanalista francese Georges Painvin violò il cifrario ADFGVX nel giugno del 1918, solo pochi giorni prima dell'offensiva tedesca che il cifrario doveva proteggere. Fu considerato uno dei risultati più brillanti della crittoanalisi nella Prima guerra mondiale.

Il metodo di Painvin sfruttava gli schemi presenti nei messaggi inviati lo stesso giorno con la stessa chiave. Confrontando testi cifrati di lunghezza simile, riusciva a identificare i confini delle colonne e a procedere a ritroso nella trasposizione.

La scoperta di Painvin fornì agli Alleati informazioni che contribuirono a frenare l'Offensiva di primavera tedesca. L'offensiva fallì anche in parte a causa del vantaggio informativo ottenuto violando ADFGVX.

Questa vicenda dimostrò che persino i cifrari progettati con grande ingegnosità possono essere violati quando la sicurezza operativa è insufficiente. I tedeschi riutilizzarono le chiavi e inviarono troppi messaggi in un breve periodo, fornendo a Painvin il materiale di cui aveva bisogno.

Nella trasposizione colonnare, si scrive il testo in chiaro in righe sotto una parola chiave, quindi si leggono le colonne nell'ordine alfabetico delle lettere della parola chiave. La parola chiave "KEY" produce l'ordine delle colonne 2-1-3 (E viene prima di K, che viene prima di Y).

Le colonne risultanti intrecciano il testo originale in modo da distruggere gli schemi locali. Per decifrare, è necessario riscrivere il testo cifrato nelle colonne nello stesso ordine e leggerlo riga per riga.

Ogni livello di un cifrario classico affronta una debolezza diversa. La sostituzione nasconde l'identità delle lettere, mentre la trasposizione ne nasconde la posizione. Insieme, creano un cifrario che richiede di attaccare entrambi i livelli simultaneamente.

Questo principio di combinare confusione (sostituzione) e diffusione (trasposizione) fu in seguito formalizzato da Claude Shannon e divenne il fondamento teorico dei moderni cifrari a blocchi come AES.

Prima dell'ADFGVX, i tedeschi usavano l'ADFGX, una variante più semplice a 5 lettere che non includeva le cifre nel quadrato di Polybius. L'ADFGVX estese il quadrato a 6x6 per includere tutte e 10 le cifre, consentendo di cifrare dati numerici.

Il passaggio da ADFGX ad ADFGVX fu una risposta al successo parziale degli Alleati contro ADFGX. L'aggiunta delle cifre aumentò lo spazio delle chiavi e rese più difficile l'analisi della frequenza dei digrammi, distribuendo i pattern tra un numero maggiore di coppie di simboli.

Metta alla prova la Sua comprensione del frazionamento in ADFGVX.

ADFGVX combinava una sostituzione tramite quadrato di Polybius con una trasposizione colonnare, usando il frazionamento per intrecciarle. L'alfabeto di sei lettere fu scelto per ridurre al minimo gli errori di trasmissione nel codice Morse.

Nonostante la sua sofisticazione, Painvin lo violò sfruttando il riutilizzo della chiave. Il cifrario illustrò sia la potenza della combinazione di tecniche classiche sia l'importanza cruciale della sicurezza operativa.