Kryptografia, nauka dosłownie tworząca kody i szyfry wykorzystując je do tworzenia bezpiecznej komunikacji, jest jednym z najważniejszych elementów umożliwiających tworzenie nowoczesnych kryptowalut i sieci blockchain. Obecnie stosowane techniki kryptograficzne są jednak wynikiem niezwykle długiej historii rozwoju tej dziedziny kryptologii. Kryptografia była już w starożytności wykorzystywana do bezpiecznego przekazywania informacji. Niniejszy artykuł opisuje fascynującą historię kryptografii, która doprowadziła do powstania zaawansowanych i wyrafinowanych metod stosowanych w dziedzinie szyfrowania cyfrowego.
Starożytne korzenie kryptografii
Prymitywne techniki kryptograficzne były znane już w czasach starożytnych. Co ciekawe, okazuje się, że większość wczesnych cywilizacji korzystała z kryptografii do pewnego stopnia w życiu codziennym. Podstawienie symboli, a tym samym najbardziej podstawowa forma kryptografii, pojawia się zarówno w pismach starożytnego Egiptu, jak i Mezopotamii. Najstarszy znany przykład szyfrowania wiadomości znaleziono w grobie egipskiego szlachcica (a dokładniej Nomarcha – wysokiego egipskiego urzędnika) Khnumhotepa II, który żył około 3900 lat temu.
Celem Knhumhotepa nie było ukrywanie informacji zawartych w jego inskrypcjach, ale poprawa ich wyglądu językowego – dlatego zmienił jeden symbol na drugi. Z kolei najstarszy znany przykład kryptografii wykorzystanej do ochrony wrażliwych informacji miał miejsce około 3500 lat temu w Mezopotamii. W tym czasie jeden z pisarzy zastosował metody kryptograficzne, aby ukryć formułę emalii ceramicznej stosowaną na glinianych tabletkach.
W późniejszych czasach starożytności kryptografia zaczęła być coraz częściej wykorzystywana do ochrony ważnych informacji wojskowych, co trwa do dziś. W greckim mieście-stanie Sparta wiadomości były szyfrowane, pisząc je na pergaminie, który znajdował się na rolce określonego rozmiaru. Ta forma pisania sprawiała, że wiadomość była nieczytelna, dopóki odbiorca nie owinął jej wokół podobnego cylindra. Wiemy teraz również, że szpiedzy mieszkający w starożytnych Indiach również używali zakodowanych wiadomości już w II wieku pne.
Powszechnie uważa się, że Rzymianie osiągnęli najbardziej zaawansowaną kryptografię w starożytnym świecie. Jednym z najbardziej znanych przykładów ich osiągnięć w tej dziedzinie jest szyfr Cezara, który polegał na przenoszeniu liter w zaszyfrowanej wiadomości w wielu miejscach alfabetu łacińskiego. Znając założenia systemowe i liczbę miejsc, o które należy przenosić każdą literę w alfabecie, odbiorca mógł z powodzeniem odczytać wiadomość, która w przeciwnym razie okazałaby się całkowicie nieczytelna.
Rozwój kryptografii w średniowieczu i renesansie
W średniowieczu kryptografia stawała się coraz bardziej popularna, ale szyfry zastępcze – podobnie jak szyfr Cezara – nadal były dominującym standardem. Kryptoanaliza, czyli nauka, w której kody i szyfry są „łamane”, zaczęła nadrabiać zaległości w stosunkowo prymitywnej nauce szyfrowania wiadomości – kryptografii. Już około 800 r. Al-Kindi, znany arabski matematyk, opracował technikę znaną jako analiza częstotliwości. Ta technika sprawiła, że szyfry zastępcze są bardziej podatne na deszyfrowanie. Historycy uważają, że był to pierwszy przykład sytuacji, w której ludzie próbujący odszyfrować zaszyfrowane wiadomości uzyskali dostęp do systematycznej metody, dlatego kryptografia musiała zrobić krok naprzód, aby zachować swoją przydatność.
Metoda szyfrowania, która była w stanie przeciwstawić się pracy Al-Kindiego, pojawiła się dopiero w 1465 roku. Osobą, która zaprojektowała nową metodę szyfrowania, tj. Szyfr alfabetyczny, był Leone Alberti. Szyfrowanie wieloliterowe polega na kodowaniu wiadomości przy użyciu dwóch różnych alfabetów. Jednym z nich jest alfabet, w którym zapisana jest oryginalna wiadomość, a drugim jest zupełnie inny alfabet. W połączeniu z tradycyjnymi szyframi zastępczymi, szyfry alfabetyczne znacznie zwiększyły bezpieczeństwo informacji, które wymagały szyfrowania. Jeśli czytelnik zaszyfrowanej wiadomości nie znał alfabetu, w którym wiadomość została pierwotnie napisana, technika analizy częstotliwości Al-Kindi okazała się bezużyteczna.
Nowe metody kodowania informacji były również rozwijane w okresie renesansu. Jednym z przykładów metod opracowanych w tym czasie jest kodowanie binarne wynalezione w 1623 r. Przez znanego wówczas filozofa Sir Francisa Bacona. Ta metoda polegała jednak na ukrywaniu wiadomości, a nie jej szyfrowaniu.
Postępy na polu kryptografii w ostatnich wiekach
Kryptografia rozwijała się stopniowo na przestrzeni wieków. Opisano przełom w kryptografii, chociaż Thomas Jefferson nigdy nie mógł go zrealizować w latach 90. XIX wieku. Wynalazek Jeffersona, lepiej znany nam jako koło szyfrowe, składał się z 36 literowych pierścieni zamontowanych na ruchomych kołach. Wynalazek pozwolił na stworzenie bardzo złożonych szyfrów. Ta koncepcja była tak zaawansowana, że stanowiła podstawę amerykańskiej kryptografii wojskowej do II wojny światowej.
Druga wojna światowa przyniosła jeden z najbardziej znanych na świecie przykładów kryptografii analogowej, maszynę szyfrującą Enigma. Podobnie jak w przypadku okrągłego szyfru, to urządzenie, które było używane przez kraje Osi, wykorzystywało obracające się koła, które w skomplikowany sposób szyfrowały wiadomości, czyniąc je praktycznie niemożliwymi do odczytania przez osoby postronne bez drugiej Enigmy. Złamanie szyfru Enigmy, między innymi przy użyciu wczesnych technologii komputerowych, jest przez wielu uważane za kluczowy czynnik zwycięstwa aliantów w II wojnie światowej.
Kryptografia w erze komputerowej
Wraz z rozwojem komputerów kryptografia stała się znacznie bardziej zaawansowana niż w erze analogowej. 128-bitowe szyfrowanie matematyczne, które jest znacznie silniejsze niż jakikolwiek starożytny lub średniowieczny szyfr, jest obecnie standardem dla wielu urządzeń i systemów komputerowych. Od 1990 roku informatycy opracowali zupełnie nową formę kryptografii, zwaną obecnie kryptografią kwantową. Intensywne prace nad nowoczesnymi metodami szyfrowania odbyły się w przekonaniu, że po raz kolejny efekty tej pracy pozwolą kryptografii pójść o krok dalej i lepiej dbać o bezpieczeństwo danych i wiadomości.
Dopiero kilka lub kilka lat temu zaczęto stosować techniki kryptograficzne, aby stworzyć pierwsze koncepcje wirtualnych pieniędzy, i ostatecznie stworzyli kryptowaluty. Kryptowaluty wykorzystują kilka zaawansowanych technik kryptograficznych, w tym funkcje skrótu, klucze publiczne i podpisy cyfrowe. Techniki te są stosowane przede wszystkim w celu zapewnienia bezpieczeństwa danych przechowywanych w sieciach blockchain (znanych również jako blockchain) i uwierzytelniania transakcji. Grupa technik kryptograficznych znana jako „kryptografia krzywej eliptycznej”, w tym algorytm podpisu cyfrowego krzywej eliptycznej (ECDSA), stanowi podstawę bitcoinów i innych kryptowalut. Krzywe eliptyczne zapewniające dodatkową warstwę bezpieczeństwa kryptowaluty i gwarantują, że środki mogą być wykorzystywane tylko przez ich prawowitych właścicieli.
Kryptografia przeszła długą drogę w ciągu ostatnich 4000 lat i jest bardzo mało prawdopodobne, że przestanie się rozwijać lub działać w najbliższej przyszłości. Tak długo, jak istnieją wrażliwe dane, które wymagają ochrony i kodowania, kryptografia będzie się rozwijać. Chociaż systemy kryptograficzne stosowane obecnie w sieciach blockchain są jednym z najbardziej zaawansowanych przykładów wykorzystania tej nauki, stały się także częścią tradycji sięgającej wielu lat wstecz w historii ludzkości.
