Kryptografia, a więc nauka zajmująca się dosłownie tworzeniem kodów i szyfrów w celu wykorzystania ich do tworzenia bezpiecznej komunikacji, jest jednym z najważniejszych elementów, które umożliwiają tworzenie nowoczesnych kryptowalut i sieci blockchain. Obecnie stosowane techniki kryptograficzne są jednak wynikiem niewiarygodnie długiej historii rozwoju tej dziedziny kryptologii. Kryptografia była już wykorzystywana w czasach starożytnych aby przekazywać informacje w bezpieczny sposób. Niniejszy artykuł opisuje fascynującą historię kryptografii, która doprowadziła do stworzenia zaawansowanych i wyrafinowanych metod stosowanych na polu szyfrowania cyfrowego.
Starożytne korzenie kryptografii
Prymitywne techniki kryptograficzne znane były już w starożytności Co ciekawe, okazuje się, że większość wczesnych cywilizacji w pewnym stopniu wykorzystywało kryptografię w swoim codziennym życiu. Podmiana symboli, a więc najbardziej podstawowa forma kryptografii, pojawia się zarówno w antycznych pismach egipskich, jak i mezopotamskich. Najstarszy znany przykład szyfrowania wiadomości znaleziono w grobowcu egipskiego szlachcica (a dokładniej Nomarch - wysoki egipski urzędnik) Khnumhotep II, który żył około 3900 lat temu.
Celem przyświecającym Knhumhotepowi nie było ukrywanie informacji zawartych w jego inskrypcjach, ale poprawienie ich lingwistycznego wyglądu - to dlatego zmieniał on jedne symbole na inne. Z kolei najstarszy znany ludzkości przykład kryptografii, która została wykorzystywana do ochrony wrażliwych informacji miał miejsce około 3500 lat temu w mezopotamii. W tamtym czasie jeden z pisarzy stosował metody kryptograficzne, aby ukryć formułę szkliwa garncarskiego, która była używana na glinianych tabliczkach.
W późniejszych okresach starożytności kryptografia zaczęła być coraz szerzej wykorzystywana do ochrony ważnych informacji wojskowych, co ma miejsce aż do dziś. W greckim mieście-państwie Sparcie wiadomości szyfrowane były poprzez zapisywanie ich pergaminie, który położonym był na walcu o określonym rozmiarze. Taka forma zapisu sprawiała, że wiadomość była nieczytelna, dopóki nie została owinięta wokół podobnego cylindra przez odbiorcę. Obecnie wiemy również, że szpiedzy żyjący w starożytnych Indiach również korzystali z zakodowanych wiadomości już w II wieku pne.
Obecnie powszechnie uważa się, że najbardziej zaawansowaną kryptografię w starożytnym świecie osiągnęli Rzymianie. Jednym z najbardziej znanych przykładów ich osiągnięć na tym polu jest szyfr Cezara, który polegał na przesuwaniu liter w zaszyfrowanej wiadomości o pewną liczbę miejsc w alfabecie łacińskim. Znając założenia systemu oraz liczbę miejsc o którą należy przesunąć każdą z liter w alfabecie, odbiorca mógł z powodzeniem odczytać wiadomość, która w innym przypadku okazywała się całkowicie nieczytelna.
Rozwój kryptografii w średniowieczu i renesansie
Przez cały okres średniowiecza kryptografia stawała się coraz bardziej popularna, ale w dalszym ciągu szyfry podstawieniowe - jak szyfr cezara - pozostawały powszechnie panującym standardem. Kryptoanaliza, a więc nauka, dzięki której kody i szyfry zostają “łamane”, zaczęła w tamtym czasie doganiać wciąż względnie prymitywną naukę o szyfrowaniu wiadomości - kryptografię. Już około 800 roku naszej ery, Al-Kindi, znany arabski matematyk opracował technikę znaną jako analiza częstotliwości. Technika ta sprawiła, że szyfry podstawieniowe stały się bardziej podatne na odszyfrowywanie. Historycy uważają, że był to pierwszy przykład sytuacji w której osoby próbujące odszyfrować zaszyfrowane wiadomości uzyskały dostęp do systematycznej metody, dzięki czemu kryptografia musiała wykonać krok w przód, aby zachować swoją użyteczność.
Metoda szyfrowania, która potrafiła przeciwstawić się pracy Al-Kindiego pojawiła się dopiero w 1465 roku. Osobą która zaprojektowała nową metodę szyfrowania, a więc szyfr polialfabetyczny był Leone Alberti. Szyfrowanie polialfabetyczne polega na kodowaniu wiadomości przy użyciu dwóch różnych alfabetów. Jednym z nich jest alfabet, w którym napisana jest oryginalna wiadomość, podczas gdy drugi jest całkowicie innym alfabetem.. W połączeniu z tradycyjnymi szyframi podstawieniowymi szyfry polialfabetyczne znacznie zwiększyły bezpieczeństwo informacji, które wymagały szyfrowania. Jeżeli czytelnik tak zaszyfrowanej wiadomości nie znał alfabetu, w którym wiadomość ta została pierwotnie napisana, technika analizy częstotliwości Al-Kindiego okazywała się bezużyteczna.
Coraz to nowe metody kodowania informacji były również opracowywane w okresie renesansu. Jednym z przykładów powstałych w tamtym czasie metod jest kodowanie binarne wymyślone w 1623 roku przez znanego wtedy filozofa Sir Francisa Bacona. Metoda ta jednak polegała na ukrywaniu przekazu wiadomość aniżeli jej faktycznego szyfrowania.
Postępy na polu kryptografii w ostatnich wiekach
Kryptografia progresywnie rozwijała się przez wieki. Przełom w kryptografii został opisany, choć być może nigdy nie zastosowany w praktyce przez Thomasa Jeffersona w latach 90. XVIII wieku. Wynalazek Jeffersona bliżej nam znany jako koło szyfrujące składał się z 36 literowych pierścieni osadzonych na ruchomych kółkach. Wynalazek pozwalał na tworzenie bardzo złożonych szyfrów. Koncepcja ta była tak zaawansowana, że stanowiła podstawę amerykańskiej kryptografii wojskowej aż do drugiej wojny światowej.
II wojna światowa przyniosł jeden z najbardziej znanych na świecie przykład analogowej kryptografii, a więc maszynę szyfrującą Enigma. Podobnie jak w przypadku szyfru kołowego, urządzenie to, które używane było przez państwa Osi, do swojego działania wykorzystywało obracające się koła, które w skomplikowany sposób szyfrowały wiadomości, czyniąc je praktycznie niemożliwe do odczytania przez osoby postronne bez posiadania drugiej Enigmy. Złamanie szyfru Enigmy m.in przy użyciu wczesnych technologii komputerowych przez wielu uważane jest za kluczowy czynnik decydujący o ostatecznym zwycięstwie Aliantów w II WŚ.
Kryptografia w erze komputerowej
Wraz z rozwojem komputerów kryptografia stała się znacznie bardziej zaawansowana niż w erze analogowej. 128-bitowe matematyczne szyfrowanie, które jest o wiele silniejsze niż jakikolwiek pradawny lub średniowieczny szyfr, jest obecnie standardem dla wielu urządzeń i systemów komputerowych. Począwszy od 1990 r., naukowcy pracujący na komputerach opracowali całkowicie nową formę kryptografii, nazwaną obecnie kryptografią kwantową. Intensywne prace nad nowoczesnymi metodami szyfrowania odbywały się w wierze, że po raz kolejny efekty tej pracy pozwolą pójść kryptografii o krok w przód i jeszcze lepiej zadbać o bezpieczeństwo danych i wiadomości.
Zaledwie kilka-kilkanaście lat temu techniki kryptograficzne zaczęły być wykorzystywane w celu formowania pierwszych koncepcji wirtualnych pieniędzy, a ostatecznie pozwoliły one stworzyć kryptowaluty. Kryptowaluty wykorzystują kilka zaawansowanych technik kryptograficznych, wliczając w to m.in funkcje mieszające (ang. hash functions), klucze publiczne (ang. public keys) czy podpisy cyfrowe (ang. digital signatures). Techniki te są wykorzystywane przede wszystkim w celu zapewnienia bezpieczeństwa danych przechowywanych w sieciach blockchain (inaczej łańcuchach bloków) oraz uwierzytelniania transakcji. Grupa technik kryptograficznych znanych pod nazwą “Kryptografia krzywych eliptycznych”, a w tym algorytm Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) stanowi podstawę Bitcoina oraz innych kryptowalut. Krzywe eliptyczne zapewniającego dodatkową warstwę bezpieczeństwa kryptowaluty i zapewniają, że fundusze mogą być wykorzystywane wyłącznie przez ich prawowitych właścicieli.
Kryptografia przeszła długą drogę w ciągu ostatnich 4000 lat i jest wysoce nieprawdopodobne, że w najbliższym czasie przestanie się rozwijać lub działać. Dopóki istnieć będą wrażliwe dane, które wymagają ochrony i kodowania, dopóty kryptografia dalej będzie się rozwijać. Chociaż systemy kryptograficzne stosowane w sieciach blockchain w dniu dzisiejszym stanowią jedne z najbardziej zaawansowanych przykładów wykorzystania dokonań tej nauki, stały się one również częścią tradycji, która rozciąga się wiele lat wstecz w historii ludzkości.