Μια σύντομη ιστορία της κρυπτογραφίας: Αποστολή μυστικών μηνυμάτων διαχρονικά – Ιστολόγιο της IBM

Προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις για «κρυφή γραφή», κρυπτογράφηση είναι η επιστήμη της συσκότισης των μεταδιδόμενων πληροφοριών, έτσι ώστε μόνο ο προβλεπόμενος παραλήπτης να μπορεί να τις ερμηνεύσει. Από τις μέρες της αρχαιότητας, η πρακτική της αποστολής μυστικών μηνυμάτων ήταν κοινή σε όλους σχεδόν τους μεγάλους πολιτισμούς. Στη σύγχρονη εποχή, η κρυπτογραφία έχει γίνει ένα κρίσιμο σημείο αναφοράς κυβερνασφάλεια. Από την εξασφάλιση καθημερινών προσωπικών μηνυμάτων και τον έλεγχο ταυτότητας ψηφιακών υπογραφών μέχρι την προστασία των πληροφοριών πληρωμής για ηλεκτρονικές αγορές και ακόμη και τη φύλαξη άκρως απόρρητων κρατικών δεδομένων και επικοινωνιών—η κρυπτογράφηση καθιστά δυνατή την ψηφιακή ιδιωτικότητα.  

Ενώ η πρακτική χρονολογείται πριν από χιλιάδες χρόνια, η χρήση της κρυπτογραφίας και το ευρύτερο πεδίο της κρυπτανάλυσης εξακολουθούν να θεωρούνται σχετικά νέοι, έχοντας κάνει τεράστιες προόδους μόνο τα τελευταία 100 χρόνια. Συμπίπτοντας με την εφεύρεση των σύγχρονων υπολογιστών τον 19ο αιώνα, η αυγή της ψηφιακής εποχής προανήγγειλε επίσης τη γέννηση της σύγχρονης κρυπτογραφίας. Ως κρίσιμο μέσο δημιουργίας ψηφιακής εμπιστοσύνης, μαθηματικοί, επιστήμονες υπολογιστών και κρυπτογράφοι άρχισαν να αναπτύσσουν σύγχρονες κρυπτογραφικές τεχνικές και κρυπτοσυστήματα για την προστασία των κρίσιμων δεδομένων χρηστών από χάκερ, κυβερνοεγκληματίες και αδιάκριτα βλέμματα. 

Τα περισσότερα κρυπτοσυστήματα ξεκινούν με ένα μη κρυπτογραφημένο μήνυμα γνωστό ως απλό κείμενο, το οποίο είναι στη συνέχεια κρυπτογραφημένα σε έναν μη αποκρυπτογραφημένο κώδικα γνωστό ως κρυπτογραφημένο κείμενο χρησιμοποιώντας ένα ή περισσότερα κλειδιά κρυπτογράφησης. Αυτό το κρυπτογραφημένο κείμενο στη συνέχεια μεταδίδεται σε έναν παραλήπτη. Εάν το κρυπτογραφημένο κείμενο υποκλαπεί και ο αλγόριθμος κρυπτογράφησης είναι ισχυρός, το κρυπτογραφημένο κείμενο θα είναι άχρηστο σε οποιονδήποτε μη εξουσιοδοτημένο υποκλοπή επειδή δεν θα μπορέσει να παραβιάσει τον κώδικα. Ο προβλεπόμενος παραλήπτης, ωστόσο, θα μπορεί εύκολα να αποκρυπτογραφήσει το κείμενο, με την προϋπόθεση ότι έχει το σωστό κλειδί αποκρυπτογράφησης.  

Σε αυτό το άρθρο, θα ανατρέξουμε στην ιστορία και την εξέλιξη της κρυπτογραφίας.

Αρχαία κρυπτογραφία

1900 π.Χ .: Μία από τις πρώτες εφαρμογές της κρυπτογραφίας βρέθηκε στη χρήση μη τυπικών ιερογλυφικών λαξευμένων στον τοίχο ενός τάφου από το Παλαιό Βασίλειο της Αιγύπτου. 

1500 π.Χ .: Οι πήλινες πλάκες που βρέθηκαν στη Μεσοποταμία περιείχαν κρυπτογραφημένη γραφή που πιστεύεται ότι ήταν μυστικές συνταγές για κεραμικά γυαλάκια — κάτι που μπορεί να θεωρηθεί ως εμπορικά μυστικά στη σημερινή γλώσσα. 

650 π.Χ .: Οι αρχαίοι Σπαρτιάτες χρησιμοποιούσαν έναν πρώιμο κρυπτογράφηση για να ανακατέψουν τη σειρά των γραμμάτων στις στρατιωτικές τους επικοινωνίες. Η διαδικασία λειτουργεί γράφοντας ένα μήνυμα σε ένα κομμάτι δέρμα τυλιγμένο γύρω από ένα εξάγωνο ξύλο, γνωστό ως scytal. Όταν η λωρίδα τυλίγεται γύρω από ένα σκελετό με σωστό μέγεθος, τα γράμματα ευθυγραμμίζονται για να σχηματίσουν ένα συνεκτικό μήνυμα. Ωστόσο, όταν ξετυλίγεται η ταινία, το μήνυμα μειώνεται σε κρυπτογραφημένο κείμενο. Στο σύστημα scytale, το συγκεκριμένο μέγεθος του scytale μπορεί να θεωρηθεί ως ιδιωτικό κλειδί. 

100-44 π.Χ .: Για να μοιράζεται ασφαλείς επικοινωνίες εντός του ρωμαϊκού στρατού, ο Ιούλιος Καίσαρας πιστώνεται ότι χρησιμοποίησε αυτό που ονομάστηκε Caesar Cipher, έναν κρυπτογράφο αντικατάστασης όπου κάθε γράμμα του απλού κειμένου αντικαθίσταται από ένα διαφορετικό γράμμα που καθορίζεται μετακινώντας έναν αριθμό γραμμάτων είτε προς τα εμπρός ή προς τα πίσω στο λατινικό αλφάβητο. Σε αυτό κρυπτοσύστημα συμμετρικού κλειδιού, τα συγκεκριμένα βήματα και η κατεύθυνση της μεταφοράς του γράμματος είναι το ιδιωτικό κλειδί.

Μεσαιωνική κρυπτογραφία

800: Ο Άραβας μαθηματικός Al-Kindi εφηύρε την τεχνική ανάλυσης συχνότητας για το σπάσιμο κρυπτογράφησης, αντιπροσωπεύοντας μια από τις πιο μνημειώδεις ανακαλύψεις στην κρυπτανάλυση. Η ανάλυση συχνότητας χρησιμοποιεί γλωσσικά δεδομένα —όπως η συχνότητα ορισμένων γραμμάτων ή ζευγαριών γραμμάτων, μέρη του λόγου και η κατασκευή προτάσεων— για να αναστρέψει τα ιδιωτικά κλειδιά αποκρυπτογράφησης. Οι τεχνικές ανάλυσης συχνότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιτάχυνση των επιθέσεων ωμής βίας, στις οποίες οι αποκωδικοποιητές προσπαθούν να αποκρυπτογραφήσουν μεθοδικά κωδικοποιημένα μηνύματα εφαρμόζοντας συστηματικά πιθανά κλειδιά με την ελπίδα να βρουν τελικά το σωστό. Οι κρυπτογραφήσεις μονοαλφαβητικής αντικατάστασης που χρησιμοποιούν μόνο ένα αλφάβητο είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι στην ανάλυση συχνότητας, ειδικά εάν το ιδιωτικό κλειδί είναι σύντομο και αδύναμο. Τα γραπτά του Al-Kandi κάλυπταν επίσης τεχνικές κρυπτανάλυσης για πολυαλφαβητικούς κρυπτογράφησης, οι οποίοι αντικαθιστούν το απλό κείμενο με κρυπτογραφημένο κείμενο από πολλαπλά αλφάβητα για ένα πρόσθετο επίπεδο ασφάλειας πολύ λιγότερο ευάλωτο στην ανάλυση συχνότητας. 

1467: Θεωρούμενος ο πατέρας της σύγχρονης κρυπτογραφίας, το έργο του Leon Battista Alberti διερεύνησε με μεγαλύτερη σαφήνεια τη χρήση κρυπτογράφησης που ενσωματώνουν πολλαπλά αλφάβητα, γνωστά ως πολυφωνικά κρυπτοσυστήματα, ως την ισχυρότερη μορφή κρυπτογράφησης του Μεσαίωνα. 

1500: Αν και στην πραγματικότητα δημοσιεύτηκε από τον Giovan Battista Bellaso, ο κρυπτογράφος Vigenère αποδόθηκε εσφαλμένα στον Γάλλο κρυπτολόγου Blaise de Vigenère και θεωρείται ο πολυφωνικός κρυπτογράφος ορόσημο του 16ου αιώνα. Ενώ ο Vigenère δεν εφηύρε τον Vigenère Cipher, δημιούργησε έναν ισχυρότερο κρυπτογράφηση αυτόματου κλειδιού το 1586. 

Σύγχρονη κρυπτογραφία 

1913: Το ξέσπασμα του Πρώτου Παγκοσμίου Πολέμου στις αρχές του 20ου αιώνα είδε μια απότομη αύξηση τόσο στην κρυπτολογία για στρατιωτικές επικοινωνίες, όσο και στην κρυπτανάλυση για τη διάρρηξη κωδικών. Η επιτυχία των Άγγλων κρυπτολόγων στην αποκρυπτογράφηση των γερμανικών κωδικών τηλεγραφημάτων οδήγησε σε κρίσιμες νίκες για το Βασιλικό Ναυτικό.

1917: Ο Αμερικανός Έντουαρντ Χέμπερν δημιούργησε την πρώτη μηχανή ρότορα κρυπτογραφίας συνδυάζοντας ηλεκτρικά κυκλώματα με μηχανικά μέρη γραφομηχανής για αυτόματη ανακατεύθυνση μηνυμάτων. Οι χρήστες θα μπορούσαν να πληκτρολογήσουν ένα μήνυμα απλού κειμένου σε ένα τυπικό πληκτρολόγιο γραφομηχανής και το μηχάνημα θα δημιουργούσε αυτόματα έναν κρυπτογράφηση αντικατάστασης, αντικαθιστώντας κάθε γράμμα με ένα τυχαιοποιημένο νέο γράμμα για την έξοδο κρυπτογραφημένου κειμένου. Το κρυπτογραφημένο κείμενο θα μπορούσε με τη σειρά του να αποκωδικοποιηθεί αντιστρέφοντας χειροκίνητα τον ρότορα κυκλώματος και στη συνέχεια πληκτρολογώντας το κρυπτογραφημένο κείμενο πίσω στο Hebern Rotor Machine, παράγοντας το αρχικό μήνυμα απλού κειμένου.

1918: Στον απόηχο του πολέμου, ο Γερμανός κρυπτολόγος Arthur Scherbius ανέπτυξε την Enigma Machine, μια προηγμένη έκδοση της μηχανής ρότορα του Hebern, η οποία χρησιμοποιούσε επίσης κυκλώματα ρότορα τόσο για την κωδικοποίηση απλού κειμένου όσο και για την αποκωδικοποίηση κρυπτογραφημένου κειμένου. Χρησιμοποιήθηκε σε μεγάλο βαθμό από τους Γερμανούς πριν και κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, η Μηχανή Enigma θεωρήθηκε κατάλληλη για το υψηλότερο επίπεδο άκρως απόρρητης κρυπτογραφίας. Ωστόσο, όπως το Hebern's Rotor Machine, η αποκωδικοποίηση ενός μηνύματος κρυπτογραφημένου με το Enigma Machine απαιτούσε την προηγμένη κοινή χρήση των ρυθμίσεων βαθμονόμησης του μηχανήματος και των ιδιωτικών κλειδιών που ήταν επιρρεπή σε κατασκοπεία και τελικά οδήγησαν στην πτώση του Enigma.

1939-45: Στο ξέσπασμα του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, οι Πολωνοί αποκωδικοποιητές εγκατέλειψαν την Πολωνία και ενώθηκαν με πολλούς αξιόλογους και διάσημους Βρετανούς μαθηματικούς -συμπεριλαμβανομένου του πατέρα της σύγχρονης πληροφορικής, Άλαν Τούρινγκ- για να σπάσουν το γερμανικό κρυπτοσύστημα Enigma, μια κρίσιμη ανακάλυψη για τις Συμμαχικές Δυνάμεις. Η εργασία του Turing καθιέρωσε συγκεκριμένα μεγάλο μέρος της θεμελιώδη θεωρία για τους αλγοριθμικούς υπολογισμούς. 

1975: Ερευνητές που εργάζονται σε μπλοκ κρυπτογράφησης στην IBM ανέπτυξαν το Data Encryption Standard (DES)—το πρώτο κρυπτοσύστημα που πιστοποιήθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (τότε γνωστό ως Εθνικό Γραφείο Προτύπων) για χρήση από την κυβέρνηση των ΗΠΑ. Ενώ το DES ήταν αρκετά ισχυρό για να εμποδίσει ακόμη και τους ισχυρότερους υπολογιστές της δεκαετίας του 1970, το μικρό μήκος του κλειδιού του το καθιστά ανασφαλές για σύγχρονες εφαρμογές, αλλά η αρχιτεκτονική του είχε και έχει μεγάλη επιρροή στην πρόοδο της κρυπτογραφίας.

1976: Οι ερευνητές Whitfield Hellman και Martin Diffie εισήγαγαν τη μέθοδο ανταλλαγής κλειδιών Diffie-Hellman για την ασφαλή κοινή χρήση κρυπτογραφικών κλειδιών. Αυτό επέτρεψε μια νέα μορφή κρυπτογράφησης που ονομάζεται αλγόριθμοι ασύμμετρων κλειδιών. Αυτοί οι τύποι αλγορίθμων, γνωστοί και ως κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού, προσφέρουν ακόμη υψηλότερο επίπεδο απορρήτου μη βασιζόμενοι πλέον σε ένα κοινόχρηστο ιδιωτικό κλειδί. Στα κρυπτοσυστήματα δημόσιου κλειδιού, κάθε χρήστης έχει το δικό του ιδιωτικό μυστικό κλειδί που λειτουργεί παράλληλα με ένα κοινό κοινό για πρόσθετη ασφάλεια.

1977: Ο Ron Rivest, ο Adi Shamir και ο Leonard Adleman εισάγουν το κρυπτοσύστημα δημόσιου κλειδιού RSA, μια από τις παλαιότερες τεχνικές κρυπτογράφησης για ασφαλή μετάδοση δεδομένων που χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα. Τα δημόσια κλειδιά RSA δημιουργούνται πολλαπλασιάζοντας μεγάλους πρώτους αριθμούς, που είναι απαγορευτικά δύσκολο να συνυπολογιστούν ακόμη και οι πιο ισχυροί υπολογιστές χωρίς προηγούμενη γνώση του ιδιωτικού κλειδιού που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του δημόσιου κλειδιού.

2001: Ανταποκρινόμενο στις εξελίξεις στην υπολογιστική ισχύ, το DES αντικαταστάθηκε από τον πιο ισχυρό αλγόριθμο κρυπτογράφησης Advanced Encryption Standard (AES). Παρόμοια με το DES, το AES είναι επίσης ένα συμμετρικό κρυπτοσύστημα, ωστόσο, χρησιμοποιεί ένα πολύ μεγαλύτερο κλειδί κρυπτογράφησης που δεν μπορεί να σπάσει από το σύγχρονο υλικό.

Κβαντική κρυπτογραφία, μετακβαντική κρυπτογραφία και το μέλλον της κρυπτογράφησης

Ο τομέας της κρυπτογραφίας συνεχίζει να εξελίσσεται για να συμβαδίζει με την προηγμένη τεχνολογία και όλο και πιο εξελιγμένος cyberattacks. Κβαντική κρυπτογραφία (γνωστή και ως κβαντική κρυπτογράφηση) αναφέρεται στην εφαρμοσμένη επιστήμη της ασφαλούς κρυπτογράφησης και μετάδοσης δεδομένων με βάση τους φυσικούς και αμετάβλητους νόμους της κβαντικής μηχανικής για χρήση στην ασφάλεια του κυβερνοχώρου. Ενώ είναι ακόμη στα αρχικά της στάδια, η κβαντική κρυπτογράφηση έχει τη δυνατότητα να είναι πολύ πιο ασφαλής από προηγούμενους τύπους κρυπτογραφικών αλγορίθμων και, θεωρητικά, ακόμη και μη παραβιασμένη. 

Δεν πρέπει να συγχέεται με την κβαντική κρυπτογραφία, η οποία βασίζεται στους φυσικούς νόμους της φυσικής για την παραγωγή ασφαλών κρυπτοσυστημάτων, οι μετακβαντικοί αλγόριθμοι κρυπτογράφησης (PQC) χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους μαθηματικής κρυπτογραφίας για να δημιουργήσουν κβαντική κρυπτογράφηση αδιάβροχη στον υπολογιστή.

Σύμφωνα με το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) (ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός ibm.com), ο στόχος της μετακβαντικής κρυπτογραφίας (ονομάζεται επίσης κβαντικά ανθεκτική ή κβαντικά ασφαλής) είναι να «αναπτύσσει κρυπτογραφικά συστήματα που να είναι ασφαλή τόσο έναντι κβαντικών όσο και κλασικών υπολογιστών και μπορούν να λειτουργούν με υπάρχοντα πρωτόκολλα επικοινωνίας και δίκτυα».

Μάθετε πώς οι λύσεις κρυπτογραφίας της IBM βοηθούν τις επιχειρήσεις να προστατεύουν κρίσιμα δεδομένα

Οι λύσεις κρυπτογραφίας της IBM συνδυάζουν τεχνολογίες, συμβουλευτικές υπηρεσίες, ενοποίηση συστημάτων και διαχειριζόμενες υπηρεσίες ασφαλείας για να συμβάλουν στη διασφάλιση της ευελιξίας κρυπτογράφησης, της κβαντικής ασφάλειας και της σταθερής διακυβέρνησης και της συμμόρφωσης με τους κινδύνους. Από τη συμμετρική έως την ασύμμετρη κρυπτογραφία, έως τις λειτουργίες κατακερματισμού και όχι μόνο, διασφαλίστε την ασφάλεια δεδομένων και mainframe με κρυπτογράφηση από άκρο σε άκρο προσαρμοσμένη στις ανάγκες της επιχείρησής σας.

Εξερευνήστε λύσεις κρυπτογράφησης της IBM