Az ókortól kezdve az emberek támaszkodtak titkosításukra, a kódolt üzenetek írásának és megoldásának művészetére. Az ötödik században a titkosított üzeneteket bőrre vagy papírra írták, és egy emberi hírnök kézbesítette. Manapság a rejtjelzések segítenek megvédeni a digitális adatainkat, mivel az interneten tömörül. Holnap a mezõ újabb ugrást tehet; a láthatáron lévő kvantumszámítógépekkel a kriptográfusok megérinti a fizika erejét, hogy előállítsák a mai napig legbiztonságosabb rejtjeleket.
A titoktartás történelmi módszerei
A "kriptográfia" szó a "kriptos" görög szavakból származik, amelyek rejtett és "graphein" szóból származnak. A kriptográfia ahelyett, hogy fizikailag elrejtené az üzenetet az ellenség szemétől, lehetővé teszi a két fél számára, hogy szemmel láthatóan kommunikáljon, de olyan nyelven, amelyet ellenfelük nem tud olvasni.
Az üzenet titkosításához a feladónak manipulálnia kell a tartalmat valamilyen szisztematikus módszerrel, az úgynevezett algoritmussal. Az eredeti üzenetet, sima szöveget hívhatjuk be, így betűi érthetetlen sorrendben állnak, vagy az egyes betűk helyettesíthetők. A Crash Course Computer Science szerint az ebből adódó szomorúság rejtjelezett szöveg.
A kriptológiai történelem központja szerint a görög időkben a spártai katonaság titkosította az üzeneteket scytale-nek nevezett eszköz segítségével, amely egy fából készült személyzet körül egy vékony bőrcsíkból állt. Úgy tűnt, hogy a szalag nem véletlenszerű karaktersorozatot tartalmaz, de ha egy meghatározott méretű alkalmazott körül tekercselnek, akkor a betűk szavakba vannak igazítva. Ezt a levélváltási technikát transzponziós rejtjelnek hívják.
A Kama Sutra megemlít egy alternatív algoritmust, amelyet helyettesítésnek neveznek, és azt ajánlja, hogy a nők tanulják meg a módszerét, hogy kapcsolattartásaikat rejtett módon tárolják - jelentette az The Atlantic. A helyettesítés használatához a feladó minden egyes betűt kicserél egy üzenetben egy másikra; például egy "A" lehet "Z" és így tovább. Az ilyen üzenet visszafejtéséhez a feladónak és a címzettnek meg kell egyezniük abban, hogy mely leveleket cserélik, ugyanúgy, ahogy a spártai katonáknak ugyanolyan méretű scytale-nak kellett lenniük.
Az első kriptoanalitikusok
A rejtjel szövege sima szöveggé történő visszaállításához szükséges, a kulcsnak nevezett speciális ismereteket titokban kell tartani az üzenet biztonságának biztosítása érdekében. A rejtjel feltörése a kulcs nélkül nagy tudást és készséget igényel.
A helyettesítő rejtjel az első évezredben átalakult - amíg az al-Kindi arab matematikus rájött gyengeségére - mondta Simon Singh, a "Kódkönyv" (Random House, 2011) szerzője. Megállapítva, hogy egyes betűket gyakrabban használnak, mint mások, az al-Kindi képes volt megfordítani a helyettesítéseket azáltal, hogy elemezte, hogy mely betűk rejtjeleződtek leggyakrabban rejtjelezetten. Az arab tudósok váltak a világ legfontosabb kriptoanalitikusaivá, kényszerítve a kriptográfusokat módszereik adaptálására.
A kriptográfia módszereinek fejlődésével a kriptoanalitikusok léptek fel, hogy megtámadják őket. A folyamatban lévő csatában a leghíresebb harcok közé tartozik a szövetséges erőfeszítés a német Enigma gép megtörésére a második világháború idején. Az Enigma gép titkosította az üzeneteket olyan helyettesítő algoritmus segítségével, amelynek komplex kulcsa naponta megváltozott; viszont a kriptoanalitikus Alan Turing kifejlesztett egy "bombának" nevezett eszközt az Enigma változó beállításainak nyomon követésére, az USA központi hírszerző ügynöksége szerint.
Kriptográfia az internet korában
A digitális korszakban a kriptográfia célja ugyanaz marad: megakadályozni, hogy az ellenfél átadja a két fél közötti információcserét. A számítógépes tudósok gyakran hivatkoznak a két félre "Alice-re és Bob-ra", a kitalált entitásokat először egy, a digitális titkosítási módszert leíró 1978. évi cikkben mutatták be. Alice-t és Bobot folyamatosan zavarja az Eve nevű bosszantó hallgató.
Mindenféle titkosítást használnak az adatok biztonságának megőrzése érdekében, ideértve a hitelkártya-számokat, az orvosi nyilvántartásokat és a rejtjeleket, mint például a Bitcoin. A Blockchain, a Bitcoin mögött meghúzódó technológia, százezreket képes számítógépek összekapcsolására elosztott hálózaton keresztül, és kriptográfia segítségével védi az egyes felhasználók személyazonosságát, és folyamatos naplót vezet a tranzakcióikról.
A számítógépes hálózatok megjelenése új problémát vezetett be: ha Alice és Bob a föld másik oldalán helyezkednek el, hogyan oszthatják meg a titkos kulcsot anélkül, hogy Eve elkapná? A Khan Academy szerint a nyilvános kulcsú kriptográfia megoldásként jelent meg. A rendszer kihasználja az egyirányú funkciókat - a matematikát, amelyet könnyű végrehajtani, de kulcsfontosságú információk nélkül nehéz megfordítani. Alice és Bob Eve titkos pillantása alatt cserélik rejtjelző szövegüket és nyilvános kulcsukat, de mindegyikük saját magánkulcsot tart magában. Ha mindkét magánkulcsot alkalmazza a rejtjelet, a pár megosztott megoldást ér el. Eközben Eve megpróbálja kideríteni a ritka nyomokat.
A nyilvános kulcsú kriptográfia széles körben elterjedt formája, az úgynevezett RSA titkosítás bevezeti az alapvető faktorizálás trükkös természetét - két olyan prímszámot talál, amelyek együtt szaporodnak, és így konkrét megoldást kínálnak. Két prímszám szorozása egyáltalán nem vesz igénybe időt, de a Föld leggyorsabb számítógépeinek is évekig tarthat, hogy megfordítsák a folyamatot. Alice két számot választ, amellyel felépítheti titkosítási kulcsát, és Eve számára hiábavaló feladat marad az, hogy ezeket a számjegyeket nehéz módon feltárja.
Hatalmas ugrás
Egy törhetetlen rejtjelet keresve a mai kriptográfusok a kvantumfizikára törekszenek. A kvantumfizika hihetetlenül kicsi skálán írja le az anyag furcsa viselkedését. Mint Schrödinger híres macskája, a szubatomi részecskék sok államban léteznek egyszerre. Amikor a dobozt kinyitják, a részecskék egyetlen megfigyelhető állapotba csúsznak. Az 1970-es és a '80 -as években a fizikusok elkezdték ezt a funky tulajdonságot titkos üzenetek titkosításához használni, ezt a módszert ma kvantum kulcs elosztásnak hívják.
Csakúgy, mint a kulcsok byte-ban kódolhatók, a fizikusok most már a részecskék, általában fotonok tulajdonságait kódolják. A rosszindulatú lehallgatónak meg kell mérnie a részecskéket a kulcs ellopása érdekében, de az erre tett kísérlet megváltoztatja a fotonok viselkedését, figyelmeztetve Alice-t és Bobot a biztonsági szabályok megsértéséért. Ez a beépített riasztórendszer teszi a kvantumkulcs eloszthatóságát "biztonságosan", jelentette a Wired.
A kvantumkulcsok nagy távolságra cserélhetők az optikai szálakon keresztül, de az alternatív elosztási út vezette a fizikusok érdeklődését az 1990-es években. Artur Ekert javaslata szerint a technika lehetővé teszi két fotonnak nagy távolságokon keresztüli kommunikációját a kvantum összefonódásnak nevezett jelenségnek köszönhetően.
"A kvantumobjektumoknak ez a csodálatos tulajdonsága van, ahol ha elválasztják egymástól, akár több száz mérföldes távolságon belül is, úgy érzik egymást." - mondta Ekert, ma az oxfordi professzor és a szingapúri nemzeti egyetem kvantumtechnológiai központjának igazgatója. Az összegabalyodott részecskék egy egységként viselkednek, lehetővé téve Alice és Bob számára, hogy megosztott kulcsot készítsenek, mindkét végén mérve. Ha egy lehallgató megpróbálja elfogni a kulcsot, a részecskék reagálnak, és a mérések megváltoznak.
A kvantum kriptográfia nem csupán elvont fogalom; 2004-ben a kutatók összefonódott fotonok útján 3000 eurót utaltak át bankszámlára - jelentette a Popular Science. A New Scientist szerint a kutatók 2017-ben két összefonódott fotont vettek a Földre a Micius műholdasról, és ezek kapcsolatát rekordonként 747 mérföld (1203 kilométer) távolságra tartották. Sok vállalat most már bezárult egy versenyt, hogy kvantisajtolást fejlesszen ki a kereskedelmi alkalmazásokhoz, eddig némi sikerrel.
A kiberbiztonság jövőjének garantálása érdekében versenyben lehetnek az órával is.
"Ha létezik kvantumszámítógép, akkor a meglévő kriptográfiai rendszerek, beleértve azokat is, amelyek a kriptováltozatok alapját képezik, már nem lesznek biztonságosak" - mondta Ekert a Live Science-nek. "Nem tudjuk pontosan, mikor épülnek építésük - jobb, ha most elkezdenénk csinálni valamit."
