Crittografia post-quantistica PQC: la transizione verso algoritmi resistenti al quantum computing

La crittografia post-quantistica (PQC) rappresenta uno dei pilastri fondamentali per la sicurezza informatica del futuro, configurandosi come risposta strategica all’imminente minaccia rappresentata dai computer quantistici crittograficamente rilevanti (CRQC). Con l’accelerazione della ricerca nel campo del quantum computing, la comunità della cybersecurity si trova di fronte alla necessità di ripensare radicalmente i paradigmi crittografici consolidati, implementando algoritmi resistenti alle capacità computazionali quantistiche.

Standard NIST crittografia post-quantistica: Il quadro normativo 2024

Il National Institute of Standards and Technology (NIST) ha finalizzato il suo principale set di algoritmi di crittografia progettati per resistere agli attacchi informatici di un computer quantistico, pubblicando nell’agosto 2024 i primi tre standard FIPS (Federal Information Processing Standards) per la crittografia post-quantistica.

Gli standard pubblicati comprendono:

FIPS 203 – Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism Standard (ML-KEM)

FIPS 203 specifica uno schema crittografico chiamato Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism Standard, derivato dalla submission CRYSTALS-KYBER. Questo meccanismo di incapsulamento delle chiavi rappresenta la soluzione primaria per la crittografia generale, caratterizzato da chiavi di crittografia relativamente piccole e velocità operativa ottimizzata.

Il ML-KEM supporta tre varianti parametriche:

• ML-KEM-512: livello di sicurezza 1 (equivalente ad AES-128)
• ML-KEM-768: livello di sicurezza 3 (equivalente ad AES-192)
• ML-KEM-1024: livello di sicurezza 5 (equivalente ad AES-256)

FIPS 204 – Module-Lattice-Based Digital Signature Standard (ML-DSA)

FIPS 204 specifica il Module-Lattice-Based Digital Signature Standard, derivato dalla submission CRYSTALS-Dilithium. Questo algoritmo, originariamente noto come CRYSTALS-Dilithium, costituisce lo standard primario per la protezione delle firme digitali, utilizzando un approccio basato su reticoli modulari.

FIPS 205 – Stateless Hash-Based Digital Signature Standard (SLH-DSA)

FIPS 205 specifica il Stateless Hash-Based Digital Signature Standard, derivato dalla submission SPHINCS+. Questo standard implementa un algoritmo di firma digitale basato su funzioni hash, progettato come metodo di backup nel caso in cui ML-DSA dovesse rivelarsi vulnerabile.

L’algoritmo HQC come standard di backup

HQC è stato selezionato per la standardizzazione l’11 marzo 2025, rappresentando il quinto algoritmo per la crittografia asimmetrica post-quantistica. “Le organizzazioni dovrebbero continuare a migrare i loro sistemi di crittografia agli standard che abbiamo finalizzato nel 2024. Stiamo annunciando la selezione di HQC perché vogliamo avere uno standard di backup basato su un approccio matematico diverso da ML-KEM”, ha dichiarato Dustin Moody, matematico del NIST.

La minaccia “Harvest Now, Decrypt Later” e la sua rilevanza strategica

La strategia “harvest now, decrypt later” è una strategia di sorveglianza che si basa sull’acquisizione e conservazione a lungo termine di dati crittografati attualmente illeggibili in attesa di possibili sviluppi nella tecnologia di decrittazione che li renderebbero leggibili in futuro.

Caratteristiche degli attacchi HNDL

Gli attacchi HNDL presentano caratteristiche distintive che li rendono particolarmente insidiosi:

1. Stealth operativo: Uno degli aspetti più insidiosi degli attacchi HNDL è che non saprai quando i tuoi dati sono stati rubati. Gli attori delle minacce possono catturare dati crittografati ora e decrittarli anni dopo una volta che i computer quantistici lo permettono.
2. Targeting strategico: La strategia centrale di “harvest now, decrypt later” è semplice: raccogliere quanti più dati possibile e prepararsi a decrittarli in futuro. Questa è una strategia orientata agli obiettivi, e i cybercriminali sono tutt’altro che casuali nei loro sforzi.
3. Valore temporale dei dati: Attualmente, i segreti commerciali, l’intelligence aziendale e le tecnologie emergenti sono i dati più a rischio.

L’urgenza della transizione

Alcuni segreti rimangono preziosi per molti anni. Anche se un avversario non può craccare la crittografia che protegge i nostri segreti al momento, potrebbe comunque essere vantaggioso catturare dati crittografati e conservarli, nella speranza che un computer quantistico riesca a violare la crittografia in futuro.

La finestra di vulnerabilità è già aperta, considerando che i dati sensibili crittografati oggi potrebbero essere compromessi quando i computer quantistici raggiungeranno una potenza sufficiente.

Algoritmi di Shor e l’impatto sui sistemi crittografici attuali

L’algoritmo di Shor, sviluppato nel 1994, rappresenta la minaccia principale per i sistemi crittografici attuali. L’algoritmo di Shor permette a un computer quantistico di fattorizzare grandi numeri interi esponenzialmente più velocemente di qualsiasi algoritmo classico conosciuto, un attacco diretto alla sicurezza di RSA, DSA e ECC.

Questa capacità computazionale quantistica renderebbe vulnerabili tutti i sistemi che dipendono dalla difficoltà computazionale della fattorizzazione di numeri primi grandi o del logaritmo discreto, fondamenta della crittografia asimmetrica contemporanea.

Strategie di migrazione e crypto-agility

Principi di crypto-agility

L’agilità crittografica come soluzione per le transizioni crittografiche attraverso protocolli, applicazioni e infrastrutture rappresenta un approccio strategico fondamentale. I principi chiave includono:

1. Implementazione modulare della crittografia: I sistemi dovrebbero essere progettati per permettere la sostituzione degli algoritmi crittografici facilmente, evitando scelte crittografiche hard-coded nel software.
2. Approcci crittografici ibridi: Una strategia per la transizione alla PQC prevede l’uso di algoritmi crittografici ibridi, che combinano algoritmi classici e quantum-resistenti.
3. Monitoraggio continuo: Monitorare continuamente le prestazioni PQC, la compatibilità e gli aggiornamenti algoritmici emergenti.

Fasi della migrazione

La migrazione verso la crittografia post-quantistica richiede un approccio sistematico articolato in fasi specifiche:

Fase 1: Assessment e inventario crittografico

Una volta identificati i componenti di crittografia a chiave pubblica e gli asset associati nell’enterprise, l’elemento successivo dello scope del progetto è dare priorità a quei componenti che devono essere considerati per primi nella migrazione utilizzando una metodologia di gestione del rischio.

Fase 2: Implementazione di soluzioni ibride

Testare algoritmi ibridi nel proprio ambiente Windows, simulare lo scambio di chiavi con ML-KEM e RSA insieme, utilizzare API per costruire app pilota con forward secrecy.

Fase 3: Transizione completa e monitoraggio

Una volta distribuita, la PQC non è “imposta e dimentica”. Il monitoraggio continuo e l’adattamento sono essenziali.

Sfide tecniche e considerazioni implementative

Caratteristiche prestazionali degli algoritmi PQC

Gli algoritmi basati su reticoli quando progettati correttamente sono in realtà più efficienti degli algoritmi utilizzati oggi. Anche se potrebbero essere più grandi della crittografia classica, il loro tempo di esecuzione è più veloce degli algoritmi classici basati su RSA discreto più grande o curve ellittiche.

Compatibilità e interoperabilità

La transizione richiede considerazioni specifiche per:

• Dimensioni delle chiavi e delle firme: Gli algoritmi PQC utilizzano tipicamente chiavi e firme di dimensioni maggiori rispetto agli algoritmi classici
• Requisiti computazionali: Necessità di valutare l’impatto sulle prestazioni dei sistemi esistenti
• Protocolli di comunicazione: Adattamento di TLS, SSH e altri protocolli standard

Raccomandazioni strategiche per i professionisti della cybersecurity

Immediate

1. Avvio della pianificazione strategica: “Non c’è bisogno di aspettare standard futuri. Procedete e iniziate a usare questi tre. Dobbiamo essere preparati nel caso di un attacco che sconfigga gli algoritmi in questi tre standard”.
2. Inventario crittografico: Identificazione sistematica di tutti i componenti crittografici nell’infrastruttura organizzativa.
3. Valutazione del rischio: Classificazione dei dati in base alla loro sensibilità temporale e valore strategico.

A medio termine

1. Implementazione di prototipi: Sviluppo di ambienti di test per gli algoritmi NIST-standardizzati.
2. Formazione del personale: Aggiornamento delle competenze tecniche per gestire le nuove implementazioni crittografiche.
3. Aggiornamento delle policy: Revisione e aggiornamento delle politiche di sicurezza per incorporare i requisiti PQC.

A lungo termine

1. Migrazione scalabile: Implementazione graduale della crittografia post-quantistica attraverso l’intera infrastruttura.
2. Monitoraggio continuo: Estabellimento di sistemi di monitoraggio per rilevare vulnerabilità emergenti e aggiornamenti algoritmici.
3. Preparazione per futuri standard: Mantenimento dell’agilità crittografica per incorporare eventuali nuovi algoritmi o standard di backup.

Conclusioni e prospettive future

La crittografia post-quantistica non rappresenta semplicemente un aggiornamento tecnologico, ma una trasformazione paradigmatica dell’approccio alla sicurezza informatica. La tecnologia del quantum computing si sta sviluppando rapidamente, e alcuni esperti prevedono che un dispositivo con la capacità di violare i metodi di crittografia attuali potrebbe apparire entro un decennio.

La pubblicazione degli standard NIST FIPS 203, 204 e 205 segna un momento decisivo per l’industria della cybersecurity. Le organizzazioni che adotteranno proattivamente questi standard otterranno un vantaggio competitivo significativo, mentre quelle che ritarderanno la transizione si troveranno esposte a rischi crittografici crescenti.

L’implementazione della crittografia post-quantistica richiede un approccio olistico che integri considerazioni tecniche, strategiche e operative. La crypto-agility emerge come competenza fondamentale, permettendo alle organizzazioni di adattarsi rapidamente all’evoluzione del panorama delle minacce quantistiche.

Il futuro della cybersecurity dipenderà dalla capacità delle organizzazioni di anticipare, pianificare e implementare efficacemente questi nuovi paradigmi crittografici, garantendo la continuità della protezione dei dati sensibili nell’era quantistica imminente.

Fonti

NIST. (2024). NIST Releases First 3 Finalized Post-Quantum Encryption Standards

NIST Computer Security Resource Center. Post-Quantum Cryptography FIPS Approved

NIST. (2025). NIST Selects HQC as Fifth Algorithm for Post-Quantum Encryption

Wikipedia. Harvest now, decrypt later

Encryption Consulting. Harvest Now, Decrypt Later: Preparing for the Quantum Threat

The Quantum Insider. (2025). NIST Outlines Strategies for Crypto Agility as PQC Migration Stalls

IBM Research. (2024). NIST’s post-quantum cryptography standards are here