История криптографии: от возникновения до наших дней

Привет, читатели. Сегодня мы поговорим о науке, которую можно назвать основой основ цифрового мира — о криптографии. Мало кто знает, но криптография появилась не одновременно с интернетом — она существовала тысячи лет, но, само собой, в значительно более простой виде. Поэтому, чтобы заполнить пробелы, мы окунемся в историю криптографии.

Происхождение криптографии

Почти 6 тысяч лет назад, древние шумеры и египтяне нуждались в секретном способе передачи информации и, таким образом, они изобрели клинопись и иероглифы — две самых старых формы письменности. Конечно, они совсем непохожи на те слова, которые вы читаете сейчас, но тем не менее они сочетали в себе простые логические, буквенные и слоговые элементы. На тот момент это было идеальный способ сокрытия информации, так как читать на этих языках могло крайне малое количество людей. Оба этих языка были расшифрованы полностью только в 19 веке, что говорит о сложности при их изобретении.

Криптография началась в древности как упрощенная система обозначений. Однако только во времена Древнего Рима это породило более широко используемую технику шифрования. Юлий Цезарь и другие римские императоры использовали простые шифры для защиты своей личной переписки. В то время письма и сообщения, передаваемые вручную, содержали важную информацию, которая могла решить судьбу империи. Но они могли быть легко перехвачены и не были защищены от любопытных глаз.

Со временем появились более сложные шифры, включая шифры транспонирования. В них буквы перемещаются, что затрудняет понимание сообщения без ключа. 

На протяжении веков шифры становились все более изощренными, как и методы, которыми пытались их расшифровать. Наука расшифровки более известна как криптоанализ. Особенно эффективной формой криптоанализа, который был известен уже в 9 веке, является частотный анализ. Он изучает, как часто буквы и группы букв повторяются в зашифрованном тексте.

Современная криптография

В 19-м и 20-м веках развитие все более сложных электромеханических машин открыло новую эру в криптографии. В 1835 году Сэмюэль Ф. Морс использовал криптографию в качестве простой схемы кодирования символов, чтобы обеспечить передачу сообщений через телеграф.

Но в следующем столетии криптография нашла гораздо более опасное применение в качестве инструмента войны. В 1917 году телеграмма, отправленная министерством иностранных дел Германии своему послу в Мексике, с предложением о военном союзе между Германией и Мексикой, была зашифрована с использованием немецкого дипломатического кода. Расшифровка телеграммы британской разведкой ознаменовала поворотный момент в истории — вступление США в Первую мировую войну.

Шифрование и дешифрование

Во время Второй мировой войны использовались более совершенные методы криптографии, работающие на электромеханических роторных машинах, таких как Enigma и Lorenz SZ40. Это привело к разработке еще более сложных машин дешифрования, которые могли бы выполнять вычисления быстрее, чем криптолог-человек.

Возможно, самый известный аппарат для дешифрования — Bletchley Park Bombe. Алан Тьюринг и другие британские криптоаналитики использовали его для взлома немецких кодов Enigma во время Второй мировой войны. Предполагается, что их работа и их усовершенствования в машинах и методах расшифровки помогли спасти до 21 миллиона человек.

Роторные машины сделали возможными сложные методы шифрования, но именно изобретение компьютера подняло криптографию на совершенно новый уровень. Аппаратное шифрование использует процессоры для увеличения не только сложности шифрования, но и его скорости. Данные, зашифрованные на компьютере, могут быть очень длинными и могут использовать очень продвинутые алгоритмы шифрования, которые человеку практически невозможно взломать.

Но больше, чем компьютеры, на развитие криптографии повлиял рост интернета, который вынул науку из тени и сделал ее повседневной необходимостью.

Если шифрование изначально принадлежало военным, информационным агентствам и правительствам, широкое распространение компьютеров сделало его общедоступным. Основными движущими силами этого стало появление публичных стандартов шифрования и картографии с открытым ключом.

Стандарт шифрования

В середине 1970-х годов произошли два крупных публичных прорыва. Первым была публикация проекта стандарта шифрования данных в Федеральном реестре США 17 марта 1975 года. Предложенный DES был представлен IBM по протекции Национального бюро стандартов (ныне NIST), в попытке разработать безопасную электронную связь для предприятий, таких как банки и другие крупные финансовые организации. После «совета» и внесения изменений в АНБ, он был принят и опубликован в качестве федеральной публикации стандарта обработки информации в 1977 году (в настоящее время на FIPS 46-3). DES был первым общедоступным шифром, который был «благословлен» национальным агентством, таким как АНБ. Выпустив его, NBS стимулировал взрыв общественного и академического интереса к криптографии.

DES был официально заменен Advanced Encryption Standard (AES) в 2001 году, когда NIST объявил FIPS 197. После открытого конкурса NIST выбрал Rijndael, представленный двумя фламандскими криптографами, в качестве AES. DES и его более безопасные варианты (такие, как 3DES или TDES) все еще используются сегодня, будучи включены во многие национальные и организационные стандарты. Тем не менее, его 56-битный размер ключа оказался недостаточным для защиты от атак методом “грубой силы”. В результате использование прямого шифрования DES в настоящее время небезопасно в новых конструкциях криптосистем. Независимо от присущего ему качества, размер ключа DES считался слишком маленьким для некоторых даже в 1976 году. Было подозрение, что правительственные организации даже тогда обладали достаточной вычислительной мощностью для взлома сообщений DES.

Открытые и закрытые ключи

Вторая разработка в 1976 году, была, возможно, еще более важной, поскольку она коренным образом изменила работу криптосистем. Это была публикация статьи Уитфилда Диффи и Мартина Хеллмана «Новые направления в криптографии». Он ввел принципиально новый метод распределения криптографических ключей, который приблизился к решению одной из фундаментальных проблем криптографии — распределению ключей, и стал известен как обмен ключами Диффи-Хеллмана. Статья также стимулировала почти немедленную публичную разработку нового класса шифрования — алгоритмов асимметричного ключа.

До этого времени все современные алгоритмы шифрования были алгоритмами симметричного ключа, в которых один и тот же криптографический ключ используется с базовым алгоритмом как отправителем, так и получателем. Все электромеханические машины, использовавшиеся во Второй мировой войне, принадлежали к этому логическому классу, так же как и шифр Цезаря и, по существу, все системы шифрования и кодирования на протяжении всей истории. 

При асимметричном шифровании ключей существует пара математически связанных для алгоритма ключей, один из которых используется для шифрования, а другой для дешифрования. Некоторые из этих алгоритмов, имеют дополнительное свойство, заключающееся в том, что один из ключей может быть открыт, а другой ключ должен храниться в секрете, и его обычно называют «закрытым» ключом. Алгоритм такого типа известен как система асимметричных ключей.

Криптография в будущем: криптовалюта и блокчейн

Криптография лежит в основе появления криптовалюты, которая может революционизировать финансовые транзакции, делая их более безопасными и удобными. Асимметричная криптография является одним из ключевых компонентов технологии блокчейн. Эта форма криптографии гарантирует целостность транзакций, защищает активы и многое другое.

Большинство криптовалют используют пары ключей для управления адресами в блокчейне. Открытый ключ — это адрес, который хранит токены и может быть просмотрен любым. Закрытый ключ используется для доступа к адресу и авторизации действий.

Также в криптовалютах широко применяются цифровые подписи. Они могут использоваться для безопасного подписания транзакций (в автономном режиме), а также в контрактах, которые предусматривают несколько владельцев. По сути это означает, что прежде чем выполнить какое-либо действие, связанное с активами, необходимо получить несколько цифровых подписей от нескольких закрытых ключей.

Завершение обзора

В конце концов, история криптографии — это история неустанного стремления человечества находить более эффективные способы защиты информации и надежных коммуникаций. Без этого интернет, как мы его знаем, и цифровой век были бы невозможны. Криптография продолжает способствовать внедрению новых технологий, в том числе передовых платежных систем и программных решений.

На этом все и до новых встреч!