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Shannon: Padre della crittografia e fondatore dell’era dell’informazione

Carlo Denza : 28 Maggio 2023 09:02

Chi ha come mission, occuparsi di sicurezza informatica e quindi anche di crittografia, deve necessariamente passare attraverso le figure di due giganti dello scorso secolo. Parliamo di: Alan Turing e Claude Elwood Shannon.

Il primo, ha formalizzato il concetto di algoritmo. Creato una macchina con una struttura logica in grado di eseguire un qualsiasi algoritmo(Il computer universale); il secondo ci ha dato un’immagine chiara del concetto di informazione insieme con altre teorie diventate poi i punti cardine nella trasmissione dell’informazione.

Durante la seconda guerra mondiale i militari investono molto nello studio della crittografia.  Sia Turing che Shannon vennero impiegati dai rispettivi eserciti, britannico e statunitense, come crittoanalisti.

Nel 1949 Shannon pubblicò Communication Theory of Secrecy Systems creando così la moderna crittografia, dove descrisse dei criteri generali che un buon sistema di cifratura deve rispettare per considerarsi affidabile.

Crittografia

La crittografia “scrittura segreta” ha come scopo quello di nascondere, di rendere incomprensibile, all’interesse altrui, i messaggi che si scambiano due interlocutori.

Consente la cifratura di un testo e la decifratura di un crittogramma. Non è una tecnica recente, anzi, Svetonio, storico romano, nella sua Vita dei Cesari scrive che già Giulio Cesare usava una scrittura segreta per la sua corrispondenza riservata.

Per fare ciò Cesare usava un algoritmo(metodo) di cifratura a sostituzione conosciuto oggi come Cifrario di Cesare. La cifratura di Cesare consisteva nel sostituire le lettere di un testo in chiaro con altre lettere che occupavano posti più avanti nell’alfabeto. 

La famiglia Shannon

Gaylord è una piccola e ridente cittadina rurale di 3000 abitanti immersa nel verde. Frutteti, boschi di aceri, faggi. Una cittadina del Michigan dove il signor Claude Shannon Sr. vive ed è gestore di un negozio di mobili. La signora Mabel Wolf (Nata a Lansing il 14 settembre 1880) seconda moglie di Shannon Sr, figlia di un emigrato dalla Germania, insegna lingue in un liceo della sua città natale, Lansing è situata a pochi chilometri da Gaylord.

I due convolarono a nozze nell’agosto del 1909. Nella piccola città di Lansing. Molto religiosi e devoti fedeli, erano assidui frequentatori di una locale chiesa protestante. Ebbero due figli, la primogenita Catherine, nata nel 1910, e Claude Jr. nato nel 1916.

Infanzia

Claude Elwood Shannon nacque a Petoskey, in Michigan, il 30 aprile del 1916. trascorre la sua infanzia nella città di Gaylord, una infanzia normale, nella quale a eccellere in famiglia non è Lui ma la sorella maggiore. Studentessa modello con il bernoccolo per la matematica e dotata di una spiccata creatività alla quale si aggiungeva la passione per la musica e per il pianoforte. Catherine riesce a laurearsi in matematica alla Michigan University.

Una tale preparazione suscitò molta curiosità in Claude e una spinta a fare meglio, infatti fu proprio Lui in un momento successivo a dichiarare: “Il talento di mia sorella per la matematica potrebbe aver indotto il mio interesse per la matematica”.

Claude conseguì il diploma alla Gaylord High School nel 1932, riuscendo contemporaneamente a svolgere piccoli lavoretti, tra i quali: consegnare telegrammi e riparare radio. Nello stesso periodo il suo interesse per come funzionassero le cose e per il fare, un Maker ante litteram, lo spinsero verso la realizzazione  di apparecchiature, come, la costruzione di un telegrafo con il quale riuscì a collegare casa sua con quella di un suo amico, cablando con il filo spinato che circondava e proteggeva le loro abitazioni.

Studi

Claude consegue il diploma alla Gaylord High School nel 1932. Seguendo le orme di famiglia si iscrive all’università, la madre Mabel e la sorella Catherine erano entrambe laureate. Alla Michigan University, nel 1936 taglia il primo traguardo dove consegue la laurea di primo livello in matematica.

La sua passione per lo studio, il crescente bisogno di ingegneri, imposto anche dagli infausti eventi storci che l’America e il mondo attraversavano, gli suggeriscono continuare l’università e di approfittare di un annuncio che vede attaccato alla bacheca del Dipartimento di Ingegneria Elettrica del MIT.

Tale annuncio bandiva un posto come studente-assistente alla realizzazione del famoso analizzatore differenziale, un computer analogico elettromeccanico, progettato per risolvere equazioni differenziali. La fortuna è dalla sua parte, entra al MIT, Claude consegue(grazie anche al vantaggio ricevuto dalla sovrapposizione di molti degli esami dei due differenti corsi) la laurea in ingegneria elettrica. In seguito, Shannon dichiarerà: “Grazie a questa sovrapposizione di esami, la seconda laurea non mi è costata molto fatica.”

MIT

Al MIT entra nel gruppo di Vannevar Bush, creatore dell’analizzatore differenziale. Bush grazie al suo spessore scientifico e alla sua notorietà nel mondo accademico americano, in seguito venne anche assegnato, espressamente dal presidente Roosevelt, prima alla National Defense Research Committee, contribuendo allo sviluppo di apparati militari con dei ruoli perfino nel Progetto Manhattan.

In quanto assistente le mansioni di Shannon consistevano nel manutenere e nel controllare i complessi componenti dell’analizzatore. Componenti composti anche da centinaia e centinaia di relè. Ma la svolta, il giro di boa arriva nel 1937, quando dal MIT si reca a New York, in un luogo nel quale un altro gruppo di persone stava simultaneamente studiando di avvicinare la logica matematica alla progettazione dei circuiti.

Quel luogo erano i Bell Laboratories a quei tempi laboratori della compagnia telefonica americana, nei quali Shannon si recava per un tirocinio estivo.

La svolta

Dopo questo periodo di tirocinio estivo, Shannon inizia a comporre il suo puzzle mentale, mette insieme per la prima volta, le conoscenze che aveva della logica di Boole con i circuiti. Combinando così l’algebra Booleana(l’algebra sviluppata a metà del XIX secolo dal matematico inglese George Boole) con i circuiti elettrici a commutazione allo scopo di semplificare la commutazione telefonica nelle reti con interruttori e relè.

Le sue idee e i suoi studi vennero pubblicati nella tesi di master del MIT:” A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits” pubblicata nel 1938 sulle “Transactions of the American Institute of Electrical Engineers”. Nei decenni successivi fu definita «la più importante tesi che sia mai stata scritta».

Una curiosità, possiamo ascoltare la nostra musica preferita su dispositivi digitali, grazie solo al Teorema Shannon, il quale nel 1948 enuncio è dimostrò de il teorema del campionamento, che consente di stabilire le condizioni in cui è possibile trasformare un segnale analogico in uno digitale senza degradare la qualità. Ma non solo, un altro importante Teorema di Shannon è usato nelle telecomunicazioni, e prende il nome di: Teorema della codifica in presenza di rumore.

Carlo Denza
Diplomato in informatica, e come perito elettronico. Ha frequentato il Corso di Studio in Informatica presso la facoltà di Scienze MM.FF.NN. alla Federico II di Napoli. Dopo un corso in Java, collabora allo sviluppo di un applicazione web per servizi nell’ambito sanitario. Pubblica un pamphlet, una raccolta di articoli a carattere divulgativo.
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