Od davnina su se ljudi oslanjali na kriptografiju, umjetnost pisanja i rješavanja kodiranih poruka, kako bi čuvali svoje tajne. U petom stoljeću enšifrirane poruke bile su ispisane na koži ili papiru i dostavljene od strane ljudskog glasnika. Danas šifre pomažu u zaštiti naših digitalnih podataka dok pregledavaju Internet. Sutra će polje možda napraviti još jedan skok; s kvantnim računalima na horizontu, kriptografi dodiruju snagu fizike da proizvedu najsigurnije šifre do sada.
Povijesne metode čuvanja tajne
Riječ "kriptografija" izvedena je od grčkih riječi "kriptos", što znači skriveni, i "graphein", za pisanje. Umjesto da fizički sakrije poruku od neprijateljskih očiju, kriptografija omogućuje dvjema stranama da komuniciraju vidnim očima, ali na jeziku koji njihov protivnik ne može pročitati.
Da bi šifrirao poruku, pošiljatelj mora manipulirati sadržajem pomoću neke sustavne metode, poznate kao algoritam. Izvorna poruka, nazvana otvorenim tekstom, može se šifrirati tako da se njezina slova slažu u nerazumljivom redoslijedu ili se svako slovo može zamijeniti drugim. Dobivena gipkost poznata je kao šifrirani tekst, prema Crash Course Computer Science.
U grčko doba, spartanska vojska šifrirala je poruke pomoću uređaja zvanog scytale, koji se sastojao od mršave trake kože namotane oko drvenog štapa, prema Centru za kriptološku povijest. Nepoznato, činilo se da pruga nosi niz slučajnih znakova, ali ako je namotana oko štapa određene veličine, slova su se poravnala u riječi. Ova tehnika miješanja slova poznata je kao šifra transpozicije.
Kama sutra spominje alternativni algoritam, poznat kao zamjena, preporučujući ženama da nauče metodu kako bi se evidencija o njihovim vezama skrivala, izvijestio je The Atlantic. Za korištenje zamjene pošiljatelj zamijeni svako slovo u poruci za drugo; na primjer, "A" može postati "Z" i tako dalje. Da bi se dešifrirala takva poruka, pošiljatelj i primatelj trebaju se dogovoriti koja će pisma biti zamijenjena, baš kao što su i spartanski vojnici trebali posjedovati kostime iste veličine.
Prvi kriptovaluti
Specifična znanja potrebna za vraćanje šifričnog teksta u otvoreni tekst, poznata kao ključna, moraju se čuvati u tajnosti da bi se osigurala sigurnost poruke. Za pucanje šifre bez ključa potrebno je veliko znanje i vještina.
Zamjenski šifar prošao je kroz prvo tisućljeće prije podne - sve dok arapski matematičar al-Kindi nije shvatio svoju slabost, rekao je Simon Singh, autor knjige "Knjiga knjiga" (Random House, 2011). Primijetivši da se određena slova upotrebljavaju češće od ostalih, al-Kindi je mogao poništiti zamjene analizirajući koja slova su najčešće prekrivena u šifrološkom tekstu. Arapski znanstvenici postali su vodeći svjetski kriptovaluti, prisilivši kriptografe da prilagode svoje metode.
Kako su kriptografske metode napredovale, kriptoanalitičari su stali i izazivati ih. Među najpoznatijim sukobima u ovoj bitci koja je u toku bila je saveznička nastojanja da razbiju njemački stroj Enigma tijekom Drugog svjetskog rata. Enigma je uređaj šifrirao poruke koristeći algoritam zamjene čiji se složeni ključ svakodnevno mijenjao; zauzvrat, kriptanalizator Alan Turing razvio je uređaj zvan "bomba" za praćenje Enigma mijenjajućih postavki, prema američkom Centralnom obavještajnom agenciji.
Kriptografija u doba interneta
U digitalnom dobu, cilj kriptografije ostaje isti: spriječiti da protivnik prekriva informacije koje razmjenjuju dvije strane. Računalski znanstvenici ove dvije stranke često nazivaju "Alice i Bob", izmišljeni entiteti prvi put predstavljeni u članku iz 1978. godine koji opisuju metodu digitalne enkripcije. Alice i Bob neprestano muči neugodan prisluškivač nazvan "Eva".
Sve vrste aplikacija koriste šifriranje za zaštitu naših podataka, uključujući brojeve kreditnih kartica, medicinsku dokumentaciju i kripto valute poput Bitcoina. Blockchain, tehnologija koja stoji iza Bitcoina, povezuje stotine tisuća računala putem distribuirane mreže i koristi kriptografiju za zaštitu identiteta svakog korisnika i održavanje trajnog dnevnika transakcija.
Pojava računalnih mreža dovela je novi problem: ako su Alice i Bob smješteni na suprotnim stranama svijeta, kako dijele tajni ključ, a da ga Eva ne zasiječe? Kriptografija javnog ključa pojavila se kao rješenje, prema Khan Academy. Shema koristi jednosmjerne funkcije - matematiku koju je lako izvesti, ali je teško preokrenuti bez ključnih informacija. Alice i Bob razmjenjuju svoj šifrirani tekst i javni ključ pod Evinim budnim pogledom, ali svaki zadržava privatni ključ za sebe. Primjenom oba privatna ključa na šifrični tekst, par postiže zajedničko rješenje. U međuvremenu, Eva se bori da dešifrira svoje rijetke tragove.
Široko korišteni oblik kriptografije javnog ključa, zvan RSA enkripcija, dotiče se škakljive prirode osnovnog faktorizacije - pronalaženja dvaju osnovnih brojeva koji se množe zajedno kako bi dobili konkretno rješenje. Pomnožavanje dvaju glavnih brojeva uopće ne zahtijeva vrijeme, ali čak i najbržim računalima na Zemlji može biti potrebno stotine godina da preokrenu proces. Alice odabire dva broja na kojima će graditi svoj ključ za šifriranje, ostavljajući Eve beskorisni zadatak da te teške kopije iskopa.
Kvantni skok
U potrazi za neraskidivom šifrom današnji kriptografi traže kvantnu fiziku. Kvantna fizika opisuje čudno ponašanje materije na nevjerojatno malim mjerilima. Poput Schrödingerove poznate mačke, subatomske čestice postoje u više stanja istovremeno. Ali kad se otvori kutija, čestice se usitnjavaju u jedno promatrano stanje. U 1970-im i 80-ima, fizičari su počeli upotrebljavati ovo funky svojstvo za šifriranje tajnih poruka, metoda koja je danas poznata kao "kvantna distribucija ključeva".
Baš kao što se ključevi mogu kodirati u bajtove, tako i sada fizičari kodiraju ključeve u svojstvima čestica, obično fotona. Zloglasni prisluškivač mora izmjeriti čestice kako bi ukrao ključ, ali svaki pokušaj da to promijeni mijenja ponašanje fotona, upozoravajući Alice i Boba na kršenje sigurnosti. Ovaj ugrađeni alarmni sustav čini kvantnu distribuciju ključeva "poprilično sigurnom", izvijestio je Wired.
Kvantni ključevi mogu se izmjenjivati na velikim udaljenostima kroz optička vlakna, ali alternativni put distribucije pobudio je zanimanje fizičara u 1990-ima. Predložio Artur Ekert, ova tehnika omogućava dva fotona da komuniciraju na velikim daljinama zahvaljujući fenomenu zvanom "kvantno zapletenost".
"kvantni predmeti imaju to nevjerojatno imanje gdje, ako ih razdvojite, čak i na stotine kilometara, oni se nekako mogu osjetiti", rekao je Ekert, sada profesor iz Oxforda i direktor Centra za kvantne tehnologije na Nacionalnom sveučilištu u Singapuru. Zapletene čestice ponašaju se kao jedna cjelina, omogućujući Alice i Bobu da sastave zajednički ključ vršeći mjerenja na svakom kraju. Ako prisluškivač pokušava presresti ključ, čestice reagiraju i mjerenja se mijenjaju.
Kvantna kriptografija više je nego apstraktni pojam; 2004. godine, istraživači su prebacili 3.000 eura na bankovni račun pomoću zapletenih fotona, prenosi Popular Science. U 2017. godini, istraživači su snimili dva zapletena fotona na Zemlju sa satelita Micius, održavajući njihovu vezu na rekordnih 747 milja (1,203 kilometra), prema New Scientist. Mnoge su tvrtke sada zaključene u utrci za razvojem kvantne kriptografije za komercijalne aplikacije, s nekim uspjehom do sada.
Da bi osigurali budućnost kibernetičke sigurnosti, oni se također mogu boriti protiv sata.
"Ako postoji kvantno računalo, postojeći kriptografski sustavi, uključujući i one koji podupiru kripto valute, više neće biti sigurni", rekao je Ekert za Live Science. "Ne znamo točno kada će biti izgrađene - bolje je da počnemo raditi nešto sada."
