Kriptogrāfija jeb kodu un šifru rakstīšanas zinātne drošai saziņai ir viens no svarīgākajiem elementiem, kas padara iespējamas mūsdienu kriptovalūtas un blokķēdes. Tomēr mūsdienās izmantotās kriptogrāfijas metodes ir rezultāts neticami ilgai attīstībs vēsturei. Kopš senseniem laikiem cilvēki ir izmantojuši kriptogrāfiju, lai drošā veidā nosūtītu informāciju. Ieskatīsimies kriptogrāfijas aizraujošajā vēsturē, kas ļāvusi nonākt līdz mūsdienu digitālajā šifrēšanā izmantotajām sarežģītajām metodēm.
Kriptogrāfijas pirmsākumi
Ir zināms, ka primitīvas kriptogrāfijas metodes pastāvēja jau senos laikos, un lielākā daļa agrīno civilizāciju, visticamāk, zināmā mērā izmantoja kriptogrāfiju. Visvienkāršākā kriptogrāfijas forma – simbolu izmantošana – ir sastopama senajos Ēģiptes un Mezopotāmijas rakstos. Pirmais zināmais šī kriptogrāfijas veida piemērs tika atrasts ēģiptiešu dižciltīgā Khnumhotepa II kapenēs (viņš dzīvoja aptuveni pirms 3900 gadiem).
Simbolu izmantošanas mērķis Knhumhotepa vēstījumā bija nevis slēpt informāciju, bet gan veicināt tā lingvistisko pievilcību. Pirmais zināmais gadījums, kad kriptogrāfija tika izmantota, lai aizsargātu sensitīvu informāciju, ir saistīts ar aptuveni 3500 gadus senu vēsturi, kad mezopotāmiešu rakstvedis ar kriptogrāfijas palīdzību centās noslēpt māla plāksnītēm izmantotās keramikas glazūras recepti.
Vēlākos laikos kriptogrāfiju plaši izmantoja svarīgas militārās informācijas aizsardzībai, un šim mērķim kriptogrāfija tiek izmantota arī mūsdienās. Grieķu pilsētvalstī Spartā ziņojumi tika šifrēti, rakstot tos uz pergamenta, kas uzklāts uz noteikta izmēra cilindra, lai attiecīgo ziņojumu saņēmējs varētu atšifrēt tikai tad, ja aptīs to ap līdzīga izmēra cilindru. Spiegi senajā Indijā līdzīgā veidā izmantoja kodētus ziņojumus jau 2. gs. pirms mūsu ēras.
Sarežģītākās kriptogrāfijas metodes senajā pasaulē, iespējams, izmantoja romieši. Spilgts romiešu kriptogrāfijas piemērs ir t. s. Cēzara šifrs, kas ietvēra šifrētā ziņojuma burtu pārvietošanu par noteiktu vietu skaitu uz leju latīņu alfabētā. Zinot šo sistēmu un to, cik vietas uz leju ir pārvietoti burti, saņēmējs varēja veiksmīgi atšifrēt ziņojumu, kas citādi bija nesalasāms.
Izgudrojumi viduslaikos un renesansē
Viduslaikos kriptogrāfija kļuva arvien nozīmīgāka, taču kā standarts joprojām tika izmantots aizstāšanas šifrs, kura piemērs ir Cēzara šifrs. Kriptoanalīze (kodu un šifru uzlaušanas zinātne) sāka pietuvoties tobrīd vēl visai primitīvajai kriptogrāfijas zinātnei. Ievērojams arābu matemātiķis Al-Kindi ap 800. g. m. ē. izstrādāja metodi, ko dēvē par frekvenču analīzi un kas ļāva atšifrēt aizstāšanas šifrus. Cilvēkiem, kas centās atšifrēt ziņojumus, pirmoreiz bija pieejama sistemātiska metode, kas ļāva to izdarīt, tāpēc kriptogrāfijai bija jāturpina attīstīties, lai tā nezaudētu savu lietderību.
1465. gadā Leons Alberti izstrādāja polialfabētisko šifru, kas tiek uzskatīts par risinājumu Al-Kindi frekvenču analīzes metodei. Izmantojot polialfabētisko šifru, ziņojums tiek šifrēts ar diviem atšķirīgiem alfabētiem. Viens ir alfabēts, kurā ir sarakstīts sākotnējais ziņojums, bet otrs – pilnīgi cits alfabēts, kurā ziņojums ir redzams pēc kodēšanas. Apvienojumā ar tradicionālajiem aizstāšanas šifriem polialfabētiskie šifri būtiski uzlaboja kodētās informācijas drošību. Ja vien lasītājam nebija zināms alfabēts, kādā ziņojums sākotnēji sarakstīts, frekvenču analīzi bija bezjēdzīgi izmantot.
Arī renesanses periodā tika izstrādātas jaunas kodēšanas metodes, tostarp populāra agrīnā binārās kodēšanas metode, kuru 1623. gadā izgudroja ievērojamais erudīts sers Frānsiss Bēkons.
Sasniegumi pēdējos gadsimtos
Gadsimtiem ritot, kriptogrāfijas zinātne turpināja progresēt. Tomass Džefersons 18. gs. 90. gados aprakstīja nozīmīgu sasniegumu kriptogrāfijā, lai gan tas, iespējams, nekad tā arī netika īstenots. Viņš izgudroja t. s. šifrēšanas disku, kas sastāvēja no 36 burtu gredzeniem uz kustīgiem diskiem, un to varēja izmantot sarežģītai kodēšanai. Šī ideja bija tik progresīva, ka Amerikas militārajā kriptogrāfijā tā tika izmantota līdz pat Otrajam pasaules karam.
Ar Otrā pasaules kara laiku ir saistīts arī kāds ideāls analogās kriptogrāfijas piemērs – t. s. enigmas mašīna. Šī Vācijas un tās sabiedroto izmantotā ierīce, līdzīgi šifrēšanas diskam, ļāva šifrēt ziņojumu, izmantojot rotējošus diskus, kā rezultātā ziņojumu praktiski nebija iespējams izlasīt bez citas enigmas mašīnas. Galu galā sāka izmantot agrīnās datortehnoloģijas, lai uzlauztu enigmas šifru, un joprojām pastāv uzskats, ka sabiedroto uzvarā izšķirīga nozīme bija veiksmīgai enigmas ziņojumu atšifrēšanai.
Kriptogrāfija datoru laikmetā
Līdz ar datoru attīstību kriptogrāfija kļuva sarežģītāka nekā analogajā laikmetā. Tagad par standartu daudzās sensitīvās ierīcēs un datorsistēmās tiek uzskatīta 128 bitu matemātiskā šifrēšana, kas ir daudz spēcīgāka par jebkuru seno laiku vai viduslaiku šifru. Sākot ar 20. gs. 90. gadiem tika uzsākta pilnīgi jauna kriptogrāfijas veida – kvantu kriptogrāfijas – izstrāde, kurā piedalījās datorzinātnieki cerībā atkal paaugstināt mūsdienu šifrēšanas piedāvāto drošības līmeni.
Salīdzinoši nesen kriptogrāfijas metodes tika izmantotas arī kriptovalūtu radīšanai. Kriptovalūtas izmanto vairākas sarežģītas kriptogrāfiskas metodes, tostarp jaucējfunkcijas, publisko atslēgu kriptogrāfiju un digitālos parakstus. Šīs metodes primāri tiek izmantotas, lai garantētu blokķēdēs glabāto datu drošību un autentificētu darījumus. Specializēts kriptogrāfijas veids, pazīstams kā eliptiskās līknes digitālā paraksta algoritms (ECDSA), ir Bitcoin un citu kriptovalūtu sistēmu pamatā – tas gādā par papildu drošību un to, lai līdzekļus varētu izmantot tikai to likumīgie īpašnieki.
Pēdējo 4000 gadu laikā kriptogrāfija ir ievērojami attīstījusies, un ir maz ticams, ka tuvākajā laikā tās attīstība varētu apstāties. Kamēr vien ir nepieciešamība aizsargāt sensitīvu informāciju, kriptogrāfija turpinās savu attīstību. Lai gan mūsdienu kriptovalūtu blokķēdēs izmantotās kriptogrāfiskās sistēmas atspoguļo jaunākos sasniegumus šajā zinātnē, tā ir arī daļa no tradīcijas, kas caurvijas lielai daļai cilvēces vēstures.