Il post Cryptography 101: The Key to Blockchain Development for Beginners è apparso per la prima volta su Coinpedia Fintech News

 introduzione

Panoramica sulla crittografia

La crittografia è uno scudo nel nostro mondo digitale, dove le minacce sono comuni. È la pratica di proteggere le comunicazioni per garantire che solo le persone autorizzate possano accedere alle informazioni. La crittografia consisteva nel convertire i messaggi in testo illeggibile e riportarli in una forma leggibile dall'altra parte.

Oggi la crittografia moderna è molto più avanzata e unisce informatica e matematica. Gli algoritmi sono progettati per risolvere problemi complessi, rendendoli difficili da decifrare. Anche se questi algoritmi possono essere risolti teoricamente, sono praticamente indistruttibili in un tempo ragionevole. Ciò rende la crittografia cruciale per mantenere i dati al sicuro, proteggere la privacy e confermare le identità.

Crittografia nella tecnologia Blockchain 

Nella tecnologia blockchain, la crittografia è fondamentale. La blockchain si affida alla crittografia per mantenere la sicurezza. Senza di esso, i progressi della blockchain non sarebbero possibili. Ecco come funziona:

  • Transazioni sicure: la crittografia garantisce che le transazioni siano sicure e protette.

  • Crittografia: i messaggi e le informazioni importanti sulla transazione sono codificati in modo univoco e possono essere decodificati solo dal destinatario previsto.

  • Blocchi di hashing: i blocchi nella blockchain vengono sottoposti a hashing utilizzando una funzione di hash unica ma casuale che aiuta a verificarli e proteggerli. La crittografia protegge le transazioni tra i nodi di rete, proteggendo la privacy degli utenti e l'integrità dei dati. In sostanza, la crittografia è la spina dorsale della sicurezza blockchain.

Contesto storico ed evoluzione

Una breve storia

Molti di noi hanno familiarità con lo scenario classico che coinvolge Alice, Bob ed Eva, in cui Alice e Bob comunicano ed Eva cerca di origliare. Questo scenario evidenzia le radici della crittografia tradizionale, che inizialmente si concentrava sulla riservatezza dei messaggi. La prima crittografia consisteva nel crittografare i messaggi per impedire l'intercettazione e decrittografarli al momento della ricezione. Nei tempi antichi, la crittografia si basava sulla linguistica e sui modelli linguistici. Oggi attinge a vari rami dell'informatica, tra cui la complessità computazionale, la teoria dell'informazione, la teoria dei numeri e la combinatoria.

Impatto sulla Blockchain

Le blockchain sono sistemi decentralizzati che fanno molto affidamento sulla sicurezza e sulla privacy. La crittografia è fondamentale per la tecnologia blockchain. I principali progressi crittografici, come le funzioni hash, la crittografia a chiave pubblica, le firme digitali e la prova di lavoro, sono adattamenti essenziali dei metodi crittografici. Questi progressi garantiscono la sicurezza e l’integrità dei sistemi blockchain.

Concetti crittografici essenziali per gli sviluppatori

Crittografia e decrittografia

La crittografia converte il testo normale in un formato illeggibile chiamato testo cifrato. La decrittografia è il processo inverso, in cui il testo cifrato viene riconvertito in testo normale. Questi due processi sono fondamentali per la crittografia. Storicamente, questo meccanismo di andata e ritorno è stato ampiamente utilizzato dalle organizzazioni militari e di altro tipo per la sua affidabilità.

Crittografia simmetrica e asimmetrica

  • Simmetrico: questo metodo utilizza la stessa chiave sia per la crittografia che per la decrittografia. Conosciuta come crittografia a chiave segreta, viene spesso implementata tramite sistemi come Data Encryption Standard (DES). Solo le persone con accesso alla chiave segreta possono decrittografare i dati. La crittografia simmetrica è efficiente per crittografare grandi quantità di dati ed è comunemente utilizzata nella sicurezza dei siti Web. Trasferisce i dati rapidamente e richiede meno potenza di calcolo.

  • Asimmetrico: noto anche come crittografia a chiave pubblica, questo metodo utilizza due chiavi diverse: pubblica e privata. La chiave pubblica viene utilizzata per condividere informazioni con altri, mentre la chiave privata viene utilizzata per decrittografare i messaggi e verificare le firme digitali. Questo metodo è più lento e richiede maggiore potenza di elaborazione, ma è fondamentale per l'autenticazione del server Web e la comunicazione sicura. A differenza delle chiavi simmetriche, è possibile derivare la chiave pubblica dalla chiave privata, ma non viceversa. Gli esempi includono la crittografia a curva ellittica (ECC) e lo standard di firma digitale (DSS).

Funzioni hash crittografiche

Le funzioni hash sono una tecnica popolare in informatica che non utilizza chiavi ma garantisce comunque l'integrità dei dati. L'hashing crea un output di dimensione fissa dai dati di input, che spesso è una stringa di caratteri apparentemente casuale. Le funzioni hash sono cruciali nella blockchain per collegare i blocchi e garantire la sicurezza e l'integrità dei dati in essi contenuti.

Proprietà chiave delle funzioni hash:

  • Determinismo: un particolare input univoco ha sempre lo stesso hash univoco.

  • Resistenza alle collisioni: è scoraggiante individuare due input diversi dallo stesso hash.

  • Effetto valanga: qualsiasi cambiamento minimo nel messaggio di input o nella sequenza può modificare completamente la funzione Hash.

Funzioni specifiche della blockchain:

Le funzioni hash comuni utilizzate nella blockchain includono SHA-256 e MD5. SHA-256, ad esempio, viene utilizzato in Bitcoin per garantire la sicurezza e l'integrità delle transazioni. Le funzioni hash sono vitali nelle blockchain perché impediscono modifiche non autorizzate dei dati, riducono le esigenze di larghezza di banda e semplificano la verifica dei dati.

 Firme digitali e loro importanza

Le firme digitali forniscono prova di autenticità e integrità delle transazioni, garantendo che siano legittime e inalterate. Per creare una firma digitale, il mittente utilizza la propria chiave privata e i dati della transazione per generare una firma univoca utilizzando un algoritmo specifico. Il destinatario può verificare questa firma con la chiave pubblica del mittente per confermarne l’autenticità.

Nella blockchain, ogni transazione viene firmata con la chiave privata del mittente e verificata con la corrispondente chiave pubblica prima di essere aggiunta alla blockchain.

Chiavi pubbliche e private: la spina dorsale della sicurezza Blockchain

Generazione di coppie di chiavi

Le chiavi pubbliche e private vengono generate utilizzando algoritmi crittografici, in genere con metodi di crittografia asimmetrici. Gli algoritmi più diffusi includono la crittografia a curva ellittica (ECC), l'algoritmo di firma digitale (DSA) e Rivest-Shamir-Adleman (RSA). ECC è spesso preferito a causa delle dimensioni della chiave più piccole. Le chiavi private devono essere mantenute segrete e sicure, mentre le chiavi pubbliche possono essere condivise. I moduli di sicurezza hardware (HSM) aiutano a proteggere le chiavi private e i backup sono essenziali per prevenirne la perdita.

Ruolo nelle transazioni

Le chiavi pubbliche e private sono fondamentali per proteggere e verificare le transazioni. La chiave privata viene utilizzata per creare una firma, mentre la chiave pubblica viene utilizzata per verificarla, garantendo che la transazione sia autentica e inalterata.

Gestione del portafoglio

Le chiavi sono archiviate in portafogli blockchain, che possono essere basati su software o hardware. I portafogli sono di due tipi:

  • Hot Wallet: si tratta di portafogli online connessi a Internet, come i portafogli mobili o web, convenienti per le transazioni frequenti.

  • I Cold Wallet sono soluzioni di archiviazione offline, come portafogli hardware o cartacei, che offrono maggiore sicurezza per le partecipazioni a lungo termine.

Utilizza crittografia, password e passphrase efficaci per proteggere il tuo portafoglio blockchain. Implementa pratiche multi-firma che richiedono più chiavi private per autorizzare le transazioni e utilizza l'autenticazione a due fattori (2FA) per una maggiore sicurezza. Esegui sempre il backup delle frasi seed e delle chiavi private in posizioni offline e scegli portafogli affidabili con solide funzionalità di sicurezza. Non condividere mai la tua chiave privata; usa password complesse per proteggere il tuo portafoglio.

 Algoritmi di consenso che sfruttano la crittografia

Prova di lavoro (PoW):

Il Proof of Work, spesso definito mining, è un sistema decentralizzato in cui i membri della rete, o miner, competono per risolvere enigmi crittografici. Il primo minatore che risolve il puzzle aggiunge il blocco successivo alla blockchain e riceve una ricompensa. Questo processo utilizza l'hashing per proteggere la blockchain. La difficoltà dei puzzle PoW garantisce che la blockchain rimanga sicura e controlli la velocità con cui vengono aggiunti nuovi blocchi.

Prova di partecipazione (PoS):

La Proof of Stake seleziona i validatori per i nuovi blocchi in base al numero di monete che detengono e alla loro puntata come garanzia. Tuttavia, questa selezione non si basa esclusivamente sul numero di monete ma anche su fattori come l’età delle monete e la casualità. I validatori vengono scelti in base al valore hash più basso e all'importo della puntata più alta. Il PoS è più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al PoW.

Altri meccanismi di consenso includono la Delegation Proof of Stake (DPoS), che utilizza delegati eletti e la reputazione per la convalida delle transazioni, e la Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), utilizzata per ottenere il consenso nei sistemi blockchain.

Applicazioni pratiche della crittografia nello sviluppo Blockchain

Protezione delle transazioni 

La crittografia è vitale per proteggere le transazioni attraverso vari metodi:

  • Firme digitali: garantiscono l'autenticità, l'integrità e il non ripudio delle transazioni.

  • Crittografia: mantiene la riservatezza delle transazioni.

  • Funzioni hash: verifica che i dati rimangano invariati; qualsiasi alterazione nei dettagli della transazione interrompe la funzione hash.

Contratti intelligenti 

I principi crittografici garantiscono che i contratti intelligenti siano sicuri e affidabili:

  • Autorizzazione: Gestita tramite firma digitale.

  • Integrità: garantita dall'hashing, che impedisce la manomissione.

  • Prevedibilità: l’esecuzione deterministica garantisce prestazioni contrattuali affidabili.

  • Riservatezza: mantenuta tramite crittografia, limitando l'accesso solo alle parti autorizzate.

Sviluppo di DApp

La crittografia è essenziale nello sviluppo di applicazioni decentralizzate sicure (DApp):

  • Autenticazione utente: utilizza la crittografia a chiave pubblica invece dei tradizionali ID utente per un accesso senza interruzioni.

  • Sicurezza dei dati: garantita da tecniche di crittografia e hashing.

  • Sicurezza delle transazioni: gestita tramite firme digitali.

Gli esempi includono le piattaforme DeFi e le DApp per la gestione della catena di fornitura.

Attacchi crittografici comuni e strategie di mitigazione

Tipi di attacchi 

  • Attacco di forza bruta: gli aggressori provano tutte le possibili combinazioni per violare la crittografia. Le password deboli o corte sono particolarmente vulnerabili.

  • Attacco Man-in-the-Middle (MitM): un utente malintenzionato intercetta la comunicazione tra mittente e destinatario, alterando potenzialmente i dati e violando la sicurezza.

  • Replay Attack: le transazioni fraudolente utilizzano dati validi di transazioni precedenti per ritrasmettere o ripetere transazioni non autorizzate.

Tecniche di mitigazione

  • Utilizza crittografia avanzata: utilizza chiavi lunghe e ruotale regolarmente.

  • Archiviazione sicura delle chiavi: utilizza i moduli di sicurezza hardware (HSM) e limita l'accesso.

  • Abilita l'autenticazione a due fattori (2FA): aggiunge un ulteriore livello di sicurezza.

  • Utilizza certificati digitali: previene gli attacchi Man-in-the-Middle.

  • Utilizza chiavi complesse: assicurati che le chiavi siano imprevedibili e complesse.

  • Implementa la crittografia end-to-end: protegge i dati durante tutto il loro percorso.

  • Utilizza timestamp: previene gli attacchi di replay monitorando quando si verificano le transazioni.

Tendenze future nella crittografia per Blockchain

Crittografia post-quantistica 

Con l’avanzare dei computer quantistici, minacciano in modo significativo gli attuali algoritmi crittografici. L’informatica quantistica utilizza qubit e meccanismi avanzati che potrebbero infrangere metodi di crittografia come la crittografia a curva ellittica (ECC) e RSA. Per affrontare questa minaccia, i ricercatori stanno sviluppando la crittografia post-quantistica, ovvero nuovi algoritmi progettati per essere sicuri contro gli attacchi quantistici. Esempi di questi algoritmi resistenti ai quanti includono la crittografia polinomiale multivariata e basata su reticolo.

Standard crittografici in evoluzione

Gli standard crittografici sono in continua evoluzione per affrontare nuove minacce alla sicurezza. Gli sviluppatori devono rimanere aggiornati con gli ultimi progressi per garantire che le loro misure di sicurezza blockchain rimangano solide. L’apprendimento continuo, l’implementazione delle migliori pratiche e il coinvolgimento della comunità crittografica sono essenziali per lo sviluppo di soluzioni sicure.

Guida pratica all'implementazione 

Strumenti e librerie 

Ecco alcuni strumenti e librerie ampiamente utilizzati per implementare la crittografia:

  • OpenSSL: un toolkit open source comunemente utilizzato per l'implementazione SSL/TLS.

  • Bouncy Castle: una raccolta di API che forniscono funzioni crittografiche leggere e provider JCE (Java Cryptography Extension).

  • Libsodium: una popolare libreria crittografica nota per la sua facilità d'uso e le potenti funzionalità di sicurezza.

  • PyCryptodome: un pacchetto Python per operazioni crittografiche di basso livello.

  • web3.js e ether.js: le librerie JavaScript vengono utilizzate per interagire con la blockchain di Ethereum.

Snippet di codice di esempio:

Questo frammento di codice mostra: 

Generazione di coppie di chiavi utilizzando OpenSSL:

# Genera una chiave privata

openssl genpkey -algorithm RSA -out private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

# Estrae la chiave pubblica

openssl rsa -pubout -in private_key.pem -out public_key.pem

Hashing:

# Hashing un file utilizzando SHA-256

openssl dgst -sha256 file.txt

Firmare una transazione:

da Crypto.Signature import pkcs1_15

da Crypto.Hash importato SHA256

messaggio = b'Transazione Blockchain'

hash_obj = SHA256.new(messaggio)

firma = pkcs1_15.new(chiave_privata).sign(hash_obj)

Conclusione 

Per concludere, la crittografia svolge un ruolo vitale nella blockchain, fornendo fiducia, integrità e sicurezza alle applicazioni, rendendole robuste e affidabili. Gli sviluppatori devono avere una forte padronanza dei recenti progressi e di tutte le tendenze in questo settore per sviluppare applicazioni decentralizzate sicure. Sfrutta le migliori pratiche e sii attento alle potenziali violazioni e al codice per garantire la sicurezza!

Domande frequenti

Cos’è la crittografia nella blockchain? 

La crittografia nella blockchain è il fondamento del sistema di sicurezza, garantendo una trasmissione sicura e privata.

Come funziona la crittografia nello sviluppo della blockchain? 

La crittografia è una tecnica in cui un messaggio o dati vengono convertiti in un codice che può essere decrittografato solo da soggetti autorizzati.

Cosa sono le firme digitali e quali sono i loro casi d'uso nella blockchain?

La misura di autenticità è una firma digitale utilizzata per l'autenticazione e l'integrità.

Qual è la differenza tra crittografia simmetrica e asimmetrica nella blockchain? 

Il sistema simmetrico utilizza la stessa chiave per la crittografia e la descrizione, mentre il sistema asimmetrico utilizza chiavi diverse.

Come vengono gestite le chiavi pubbliche e private nello sviluppo della blockchain?

Le chiavi pubbliche vengono distribuite apertamente, mentre le chiavi private sono mantenute segrete.

Che ruolo gioca la crittografia negli algoritmi di consenso blockchain?

I principi crittografici sono utilizzati nei meccanismi di consenso come Pow e PoS.

Come possono gli sviluppatori proteggersi dagli attacchi crittografici?

Gli sviluppatori possono utilizzare una crittografia avanzata e disporre di una gestione efficiente delle chiavi.

Qual è l’importanza della crittografia post-quantistica per la blockchain?

Ciò prepara la blockchain per future potenziali minacce.