Криптология — молодая наука. Хотя он использовался в течение тысяч лет для сокрытия секретных сообщений, систематическое изучение криптологии как науки (и, возможно, искусства) только началось около ста лет назад.

Криптография, наука о написании кодов и шифров для безопасной связи, является одним из самых важных элементов, которые делают возможными современные криптовалюты и блокчейны. Однако криптографические методы, используемые сегодня, являются результатом невероятно долгой истории развития. С древних времен люди использовали криптографию для безопасной передачи информации. Ниже приведена увлекательная история криптографии, которая привела к передовым и сложным методам, используемым для современного цифрового шифрования.

Древние корни криптографии

Известно, что примитивные криптографические методы существовали в древние времена, и большинство ранних цивилизаций, похоже, в некоторой степени использовали криптографию. Замена символов, самая основная форма криптографии, появляется как в древнеегипетских, так и в месопотамских трудах. Самый ранний известный пример этого типа криптографии был найден в гробнице египетского дворянина по имени Хнумхотеп II, который жил примерно 3900 лет назад.

Цель замены символа в надписи Кхумхотепа заключалась не в сокрытии информации, а в повышении ее лингвистической привлекательности. Самый ранний известный пример криптографии, используемой для защиты конфиденциальной информации, произошел около 3500 лет назад, когда месопотамский писец использовал криптографию, чтобы скрыть формулу керамической глазури, которая использовалась на глиняных табличках.

К более поздним периодам древности криптография широко использовалась для защиты важной военной информации, цели, которой она служит по сей день. В греческом городе-государстве Спарта сообщения шифровались путем записи на пергаменте, наложенном на цилиндр определенного размера, что делало сообщение нерасшифрованным до тех пор, пока получатель не обернул его вокруг аналогичного цилиндра. Аналогичным образом, известно, что шпионы в древней Индии использовали закодированные сообщения еще во 2-м веке до нашей эры.

Пожалуй, самая передовая криптография в древнем мире была достигнута римлянами. Ярким примером римской криптографии, известной как шифр Цезаря, является смещение букв зашифрованного сообщения на определенное количество мест вниз по латинскому алфавиту. Зная эту систему и количество мест для перемещения букв, получатель может успешно расшифровать неразборчивое сообщение.

События в средние века и эпоху Возрождения

На протяжении всего средневековья криптография становилась все более важной, но замещающие шифры, одним из примеров которых является шифр Цезаря, оставались стандартом. Криптаналитический анализ, наука, с помощью которой взломаны коды и шифры, начал догонять все еще относительно примитивную науку криптографии. Аль-Кинди, известный арабский математик, разработал метод, известный как частотный анализ около 800 года нашей эры, который сделал подстановочные шифры уязвимыми для расшифровки. Впервые люди, пытающиеся расшифровать зашифрованные сообщения, получили доступ к систематическому методу для этого, что делает необходимым для криптографии продвижения еще дальше, чтобы оставаться полезной.

В 1465 году Леоне Альберти разработал полиальфавитный шифр, который считается решением по методу частотного анализа Аль-Кинди. В полиальфавитном шифре сообщение кодируется с использованием двух различных алфавитов. Один из них — это алфавит, в котором написано исходное сообщение, в то время как второй — совершенно другой алфавит, в котором сообщение появляется после закодирования. В сочетании с традиционными подстановочными шифрами полиальфавитные шифры значительно повысили безопасность закодированной информации. Если читатель не знал алфавит, в котором изначально было написано сообщение, метод частотного анализа бесполезен.

Новые методы кодирования информации были также разработаны в эпоху Возрождения, включая популярный ранний метод двоичного кодирования, изобретенный известным полиматом сэром Фрэнсисом Бэконом в 1623 году.

Первые известные доказательства использования криптографии (в той или иной форме) были найдены в надписи, высеченной около 1900 года до нашей эры, в главной комнате гробницы дворянина Хнумхотепа II в Египте. Книжник использовал некоторые необычные иероглифические символы здесь и там вместо более обычных. Цель заключалась не в том, чтобы скрыть сообщение, а, возможно, изменить его форму таким образом, чтобы оно выглядело достойным. Хотя надпись не была формой тайного письма, но включала в себя какую-то трансформацию оригинального текста и является старейшим известным текстом, который сделал это. Свидетельства некоторого использования криптографии наблюдались в большинстве крупных ранних цивилизаций. «Артшаштра», классическая работа по государственному крафту, написанная Каутальей, описывает шпионскую службу в Индии и упоминает о том, чтобы дать задания шпионам в «секретном письме» — звучит как древняя версия Джеймса Бонда?

Известно, что Юлий Цезарь, пересылаясь примерно на 100 г. до н.э., использовал форму шифрования для передачи секретных сообщений своим армейским генералам, размещенным на военном фронте. Этот подстановочный шифр, известный как шифр Цезаря, пожалуй, является самым упоминаемым историческим шифром в научной литературе. (Шифр — это алгоритм, используемый для шифрования или расшифровки.) В подстановочном шифре каждый символ обычного текста (простой текст — это сообщение, которое должно быть зашифровано) заменяется другим символом для формирования текста шифра (текст шифра — это зашифрованное сообщение). Вариант, используемый Цезарем, был сдвигом на 3 шифра. Каждый символ был смещен на 3 места, поэтому символ «A» был заменен на «D», «B» заменен на «E» и так далее. Персонажи будут обернуты в конце, поэтому «X» будет заменено на «A».

Легко видеть, что такие шифры зависят от секретности системы, а не от ключа шифрования. Как только система станет известна, эти зашифрованные сообщения можно легко расшифровать. Фактически, подстановочные шифры могут быть взломаны с помощью частоты букв в языке.

В 16 веке Вигенере разработал шифр, который, предположительно, был первым шифром, в котором использовался ключ шифрования. В одном из его шифров ключ шифрования повторялся несколько раз, охватывая все сообщение, а затем текст шифра был создан путем добавления символа сообщения с ключевым символом по модулю 26. (Modulo, или mod, — это математическое выражение, в котором вычисляете остаток деления, когда одно число делится на другое.) Как и в случае с шифром Цезаря, шифр Вигенера также может быть легко взломан; однако шифр Виженера привнес саму идею введения ключей шифрования в картинку, хотя он был плохо выполнен. Сравнивая это с шифром Цезаря, секретность сообщения зависит от секретности ключа шифрования, а не от секретности системы.

В начале 19-го века, когда все стало электрическим, Хеберн разработал электромеханическую оборку, которая называлась роторной машиной Хеберна. Он использует один ротор, в котором секретный ключ встроен во вращающийся диск. Клавиша закодировала таблицу подстановок, и каждое нажатие клавиши с клавиатуры привело к выводу зашифрованного текста. Это также повернуло диск на одну выемку, и для следующего обычного текстового символа будет использоваться другая таблица. Это снова было нарушено с помощью частот букв.

Достижения последних веков

Криптографическая наука продолжала постепенно развиваться на протяжении веков. Крупный прорыв в криптографии был описан, хотя, возможно, так и не построен Томасом Джефферсоном в 1790-х годах. Его изобретение, известное как шифровочное колесо, состояло из 36 колец букв на движущихся колесах, которые можно было использовать для достижения сложной кодировки. Эта концепция была настолько продвинутой, что служила основой американской военной криптографии до конца Второй мировой войны.

Вторая мировая война также увидит прекрасный пример аналоговой криптографии, известной как машина Enigma. Как и шифр колеса, это устройство, используемое силами Axis, использовало вращающиеся колеса для кодирования сообщения, что делало практически невозможным чтение без другой Enigma. Ранние компьютерные технологии в конечном итоге были использованы для взлома шифра Enigma, и успешное расшифровка сообщений Enigma по-прежнему считается критически важным компонентом возможной победы союзников.

Машина Engima была изобретена немецким инженером Артуром Шербиусом в конце Первой мировой войны и широко использовалась немецкими войсками во время Второй мировой войны. Машина Enigma использовала 3 или 4 или даже более роторов. Роторы вращаются с разной скоростью при вводе текста на клавиатуре и выводе соответствующих букв шифрованного текста. В этом случае ключом была первоначальная настройка роторов. Машина Enigma в конечном итоге была сломана британскими криптографами в Блетчли-парке. Шифр машины Enigma в конечном итоге был взломан Польшей, и позже технология была передана британским криптографам, которые разработали средство для получения ежедневного ключа.

До Второй мировой войны большая часть работ по криптографии была в военных целях, обычно используемой для сокрытия секретной военной информации. Однако криптография привлекла коммерческое внимание после войны, при этом предприятия пытались защитить свои данные от конкурентов.

В начале 1970-х годов IBM поняла, что их клиенты требуют какой-либо формы шифрования, поэтому они сформировали «криптогруппу», возглавляемую Хорстом-Фейстелем. Они разработали шифр под названием Lucifer. В 1973 году Национальное бюро стандартов (теперь называемое NIST) в США запрос на предложения по блочному шифру, который станет национальным стандартом. Очевидно, что они поняли, что покупают много коммерческих продуктов без какой-либо хорошей криптоподдержки. Люцифер в конечном итоге был принят и назывался DES или Стандартом шифрования данных. В 1997 году и в последующие годы DES был сломан исчерпывающей поисковой атакой. Основная проблема с DES заключалась в небольшом размере ключа шифрования. По мере увеличения вычислительной мощности стало легко переборить все различные комбинации клавиши, чтобы получить возможное простое текстовое сообщение.

В 1997 году NIST снова обратился с просьбой о предложении нового блочного шифра. Он получил 50 представлений. В 2000 году он принял Rijndael и назвал его AES или Advanced Encryption Standard.

В заключение история учит нас:

  • Секретность вашего сообщения всегда должна зависеть от секретности ключа, а не от секретности системы шифрования. (Это известен как принцип Керкхоффса.)
  • В связи с вышеизложенным всегда используйте шифры, которые были публично рассмотрены и установлены в качестве стандарта. Использовать «секретную криптографию» плохо, потому что, как и шифр Цезаря, как только система станет известна, все сообщения могут быть расшифрованы. Например, если ваш ключ скомпрометирован, злоумышленник может получить доступ к вашим сообщениям; однако, если злоумышленник может скомпрометировать саму криптосистему, он может получить обычный текст каждого сообщения (не только для одного человека), зашифрованного этой системой.

Криптография в компьютерную эпоху

С появлением компьютеров криптография стала значительно более продвинутой, чем в аналоговую эпоху. 128-битное математическое шифрование, намного прочнее любого древнего или средневекового шифра, в настоящее время является стандартом для многих чувствительных устройств и компьютерных систем. Начиная с 1990 года, совершенно новая форма криптографии, получившая название квантовая криптография, разрабатывалась учеными в области информатики, надеющимися еще раз повысить уровень защиты, предлагаемый современным шифрованием.

Совсем недавно криптографические методы также использовались для того, чтобы сделать криптовалюты возможными.

Криптовалюты используют несколько передовых криптографических методов, включая хеш-функции, криптографию с открытым ключом и цифровые подписи. Эти методы используются в первую очередь для обеспечения безопасности данных, хранящихся в блокчейнах, и аутентификации транзакций. Специализированная форма криптографии, известная как алгоритм цифровой подписи эллиптической кривой (ECDSA), лежит в основе Bitcoin и других криптовалютных систем в качестве средства обеспечения дополнительной безопасности и обеспечения того, чтобы средства могли использоваться только их законными владельцами.

Криптография прошла долгий путь за последние 4000 лет, и она вряд ли прекратится в ближайшее время. До тех пор, пока конфиденциальные данные требуют защиты, криптография будет продолжать развиваться. Хотя криптографические системы, используемые в криптовалютных блокчейнах сегодня, представляют собой некоторые из самых передовых форм этой науки, они также являются частью традиции, которая уходит корнями на большую часть истории человечества.

Видео

Ru
Основы криптографии | ВСЯ ТЕОРИЯ ЗА 5 МИНУТ

0 0 votes
Рейтинг статьи