Concetti chiave
Pattern
Codice
Puzzle
Crittografia

Introduzione
Se hai bisogno di inviare un messaggio segreto ad un amico, come puoi impedire ad altre persone di leggerlo? Un modo è crittografare il messaggio, ovvero utilizzare un codice segreto che solo tu e il tuo amico conoscete. Prova questa attività per imparare a creare il proprio “Caesar cipher”, un tipo popolare di codice che è facile da imparare.

Background
La crittografia è lo studio della scrittura o risoluzione di codici segreti che vengono utilizzati per la comunicazione sicura. Storicamente, i codici sono stati usati da politici, spie e paesi in guerra per impedire ai loro nemici di sapere cosa stanno facendo. Molti dei primi codici, o “cifrari”, come quello che si creerà in questo progetto erano facili da creare a mano. Ora la crittografia è essenziale in informatica per mantenere tutto, dalle e-mail alle informazioni sul conto bancario sicuro.

Il cifrario Caesar, che prende il nome dall’imperatore romano Giulio Cesare, è uno dei primi e più conosciuti cifrari. È una semplice forma di” codice di sostituzione ” in cui sostituisci ogni lettera dell’alfabeto con un’altra lettera spostando l’intero alfabeto di un certo numero di lettere (avvolgendo all’inizio una volta raggiunta la fine). Ad esempio, questa sarebbe la tua chiave e il tuo codice se sposti ogni lettera di tre spazi:

Plain: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Cipher: XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW

Quindi, quando scrivi il tuo messaggio, la lettera A viene sostituita con X, B viene sostituita con Y e così via. Ad esempio, la parola “CIAO” recita:

Plain: CIAO
Cipher: EBIIL

Per decodificare il tuo messaggio, devi condividere la “chiave” (il numero 3) con il tuo amico. Dopo di che è possibile inviare messaggi che sono scritti in codice in modo che altre persone non possono leggerli!

Materiali

• Carta e matita
• Almeno un’altra persona

Preparazione

• Spiegare il concetto di un cifrario Cesare ad un amico o far loro leggere la sezione di fondo di questa attività.
• Annota l’alfabeto dalla A alla Z.
• Scegli un numero da 1 a 25. (Se si utilizza 26, sarà solo finire con l’alfabeto originale.) Questo numero è la tua chiave.

Procedura

• Sposta l’intero alfabeto in base al numero scelto e scrivilo sotto il tuo alfabeto originale (come mostrato sopra).
• Scegli un messaggio da scrivere al tuo amico. Potrebbe essere più facile iniziare con un semplice messaggio (come una singola parola o frase) prima di provare frasi o paragrafi più lunghi.
• Annota il tuo messaggio codificato usando il tuo alfabeto spostato. Se aiuta, scrivi prima il tuo messaggio di testo normale e poi codificalo una lettera alla volta (come l’esempio” ciao ” sopra). Assicurati che il pezzo di carta che dai al tuo amico abbia solo il messaggio codificato!
• Dai al tuo amico il messaggio codificato e digli la chiave. Perche ‘ pensi di non voler scrivere la chiave?
• Vedere se il tuo amico può decifrare il messaggio. Se aiuta per il primo tentativo, lasciali lavorare all’indietro usando gli alfabeti originali e spostati che hai scritto. Usando l’esempio dallo sfondo, la lettera x diventa a; y diventa b; e così via.
• Prova a cambiare e usare una chiave diversa per gli stessi messaggi. O sembra più facile da decifrare?
• Extra: prova a trovare una terza persona che non sa cosa sia un cifrario Caesar. Possono decifrare il tuo codice se “intercettano” il tuo messaggio?
• Extra: Cosa succede se la persona che intercetta il tuo messaggio conosce i cifrari Caesar? Questo rende più facile decifrare il codice? Poiché ci sono solo 25 chiavi possibili, i cifrari Caesar sono molto vulnerabili ad un attacco di “forza bruta”, in cui il decodificatore prova semplicemente ogni possibile combinazione di lettere. Questo potrebbe richiedere un po ‘ di pazienza se un essere umano lo fa, ma al giorno d’oggi i computer possono svelare il codice in una frazione di secondo, quindi i cifrari Caesar non sono considerati un metodo sicuro per crittografare le comunicazioni elettroniche.
• Extra: Un altro modo per decifrare il codice Caesar è “analisi della frequenza”, che si basa sul fatto che nel linguaggio e nella scrittura inglese naturale, alcune lettere appaiono molto più frequentemente di altre. Ad esempio, la lettera E appare più spesso di qualsiasi altra mentre Z appare meno spesso. (Se avete mai giocato il gioco da tavolo Scrabble, si potrebbe notare che questo determina quanti punti lettere valgono!) Quindi, per esempio, se leggi un intero paragrafo e noti che la lettera D appare più spesso di qualsiasi altra, è probabile che abbia usato un cifrario Caesar con uno spostamento di 1 (rendendo E a D nel codice). Questa tecnica sarà più accurata per blocchi di testo più lunghi e molto imprecisa per parole o frasi brevi perché ci sono molte parole che non contengono affatto E. Puoi avere un amico scrivere un intero paragrafo con un cifrario Caesar e poi provare a decifrarlo usando l’analisi della frequenza?
• Extra: Se prevedi di utilizzare il codice Caesar per comunicazioni regolari, un rischio è che alla fine qualcuno scoprirà la tua chiave. Puoi aiutare a prevenire questo cambiando la chiave, ad esempio usandone una nuova ogni settimana. Questo è un concetto simile a cambiare periodicamente le password del computer.
• Extra: Il cifrario Caesar è solo un tipo di cifrario di sostituzione. Cerca altri tipi di codici di sostituzione e provali. Sono più difficili o più facili da usare e crack?

Osservazioni e risultati
Una volta che tu e il tuo amico capirete come usare un cifrario Caesar, dovrebbe essere relativamente facile inviare comunicazioni crittografate l’una all’altra. Questo può essere un modo divertente per passare messaggi segreti avanti e indietro tra amici. Come discusso sopra, tuttavia, anche se il cifrario Caesar fornisce una grande introduzione alla crittografia, nell’era dei computer non è più un modo sicuro per inviare comunicazioni crittografate elettronicamente.

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Nozioni di base di crittografia: Cesare Cipher,da Instructables
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Questa attività ti ha portato in collaborazione con Science Buddies