Od staroveku sa ľudia spoliehali na kryptografiu, umenie písania a riešenia kódovaných správ, aby si uchovali svoje tajomstvá. V piatom storočí boli zašifrované správy napísané na koži alebo papieri a dodané ľudským poslom. Šifry dnes chránia naše digitálne údaje pri ich zipsovaní cez internet. Zajtra môže pole urobiť ďalší skok; s kvantovými počítačmi na obzore kryptografi využívajú fyzickú silu na výrobu najbezpečnejších šifrov, ktoré boli doteraz vyvinuté.
Historické metódy utajovania
Slovo „kryptografia“ je odvodené z gréckych slov „kryptos“, čo znamená skrytý a „graphein“. Skôr než fyzicky skrývať správu pred nepriateľskými očami, kryptografia umožňuje dvom stranám komunikovať v očiach, ale v jazyku, ktorý ich protivník nevie prečítať.
Aby šifroval správu, musí odosielateľ manipulovať s obsahom pomocou nejakej systematickej metódy, známej ako algoritmus. Pôvodná správa, nazývaná obyčajný text, môže byť skramblovaná tak, aby sa jej písmená zarovnali v nezrozumiteľnom poradí alebo aby sa každé písmeno mohlo nahradiť iným. Podľa Crash Course Computer Science je výsledný blábol známy ako ciphertext.
V gréckych časoch spartská armáda šifrovala správy pomocou zariadenia zvaného scytale, ktoré pozostávalo z chudého pruhu kože navinutého okolo dreveného personálu, podľa Centra pre kryptologickú históriu. Zdá sa, že pás nemá naviazaný reťazec náhodných znakov, ale ak sa ovinie okolo palice určitej veľkosti, písmená sú zarovnané na slová. Táto technika miešania písmen je známa ako transpozičná šifra.
Kama Sutra spomína alternatívny algoritmus, známy ako substitúcia, ktorý odporúča ženám, aby sa naučili metódu uchovávania záznamov o svojich stykoch, informoval The Atlantic. Pri použití nahradenia odosielateľ zamení každý list v správe za iný; napríklad písmeno „A“ sa môže stať písmenom „Z“ atď. Aby sa takáto správa mohla dešifrovať, musí sa odosielateľ a príjemca dohodnúť, ktoré listy sa vymenia, rovnako ako spartanskí vojaci potrebovali vlastniť rovnako veľký príbeh.
Prvé kryptanalyzátory
Aby sa zaistila bezpečnosť správy, je potrebné utajiť špecifické znalosti potrebné na obnovenie šifrového textu na obyčajný text, ktorý sa nazýva kľúč. Rozlúsknutie šifry bez jej kľúča vyžaduje veľké znalosti a zručnosti.
Substitučná šifra sa rozpadla počas prvého tisícročia A.D. - až kým si arabský matematik al-Kindi neuvedomil svoju slabosť, tvrdí Simon Singh, autor knihy The Code Book (Random House, 2011). Berúc na vedomie, že určité písmená sa používajú častejšie ako iné, al-Kindi dokázal zvrátiť substitúcie analýzou písmen, ktoré sa najčastejšie vyskytujú v šifrovom texte. Arabskí učenci sa stali najvýznamnejšími kryptoanalyzátormi na svete a prinútili kryptografov prispôsobiť svoje metódy.
S postupujúcimi metódami kryptografie sa kryptanalytici zintenzívnili, aby ich napadli. Medzi najslávnejšie potyčky v tejto prebiehajúcej bitke patrí spojenecká snaha rozbiť nemecký stroj Enigma počas druhej svetovej vojny. Zariadenie Enigma šifrovalo správy pomocou substitučného algoritmu, ktorého zložitý kľúč sa denne menil; kryptanalyzátor Alan Turing vyvinul zariadenie, ktoré sa nazýva „bomba“ na sledovanie meniacich sa nastavení Enigmy. Podľa americkej centrálnej spravodajskej agentúry.
Kryptografia vo veku internetu
V digitálnej ére zostáva cieľ kryptografie rovnaký: zabrániť tomu, aby si informácie vymieňané medzi dvoma stranami vymrštil protivník. Počítačoví vedci často označujú tieto dve strany ako „Alice a Bob“, fiktívne entity prvýkrát predstavené v článku z roku 1978 popisujúcom metódu digitálneho šifrovania. Alice a Bob sú neustále obťažovaní otravným odposluchom s názvom „Eva.“
Všetky druhy aplikácií používajú šifrovanie, aby sme zaistili bezpečnosť našich údajov, vrátane čísel kreditných kariet, lekárskych záznamov a kryptomien, ako je bitcoín. Blockchain, technológia za bitcoínmi, spája stovky tisíc počítačov prostredníctvom distribuovanej siete a používa kryptografiu na ochranu identity každého používateľa a na udržiavanie trvalého protokolu o svojich transakciách.
Príchod počítačových sietí priniesol nový problém: ak sa Alice a Bob nachádzajú na opačných stranách zemegule, ako zdieľajú tajný kľúč bez toho, aby ho Eva zasekla? Podľa Khanovej akadémie sa ako riešenie objavila kryptografia s verejným kľúčom. Schéma využíva jednosmerné funkcie - matematiku, ktorá sa ľahko vykonáva, ale je ťažké ju vrátiť bez kľúčových informácií. Alice a Bob si pod dohľadom Evy vymieňajú svoj šifrový text a verejný kľúč, ale každý si ponecháva súkromný kľúč pre seba. Použitím oboch súkromných kľúčov na šifrový text dvojica dosiahne zdieľané riešenie. Medzitým sa Eva snaží rozlúštiť svoje riedke stopy.
Často používaná forma kryptografie s verejným kľúčom, ktorá sa nazýva šifrovanie RSA, nadväzuje na zložitú povahu prvotnej faktorizácie - nájdenie dvoch prvočísel, ktoré sa množia, aby vám poskytli konkrétne riešenie. Vynásobenie dvoch prvočísel netrvá vôbec dlho, ale aj tie najrýchlejšie počítače na Zemi môžu tento proces zvrátiť stovky rokov. Alice vyberie dve čísla, na ktorých bude budovať svoj šifrovací kľúč, a Eve ponecháva zbytočnú úlohu vyťažiť tieto číslice tvrdo.
Kvantový skok
Pri hľadaní nerozbitnej šifry hľadajú dnešní kryptografi kvantovú fyziku. Kvantová fyzika opisuje podivné správanie hmoty v neuveriteľne malých mierkach. Podobne ako slávna mačka Schrödingera existujú aj v mnohých štátoch subatomické častice. Ale keď je škatuľka otvorená, častice sa zachytia do jedného pozorovateľného stavu. V 70. a 80. rokoch začali fyzici používať túto funky vlastnosť na šifrovanie tajných správ, čo je metóda, ktorá sa teraz nazýva „distribúcia kvantového kľúča“.
Rovnako ako kľúče môžu byť kódované v bajtoch, fyzici teraz kódujú kľúče vo vlastnostiach častíc, zvyčajne fotónov. Zlomný odposluch musí odmerať častice, aby ukradli kľúč, ale akýkoľvek pokus o zmenu zmení správanie fotónov a upozorní Alice a Boba na narušenie bezpečnosti. Tento vstavaný poplašný systém robí kvantovú distribúciu kľúčov „preukázateľne bezpečnú“, informoval Wired.
Kvantové kľúče sa môžu vymieňať na veľké vzdialenosti prostredníctvom optických vlákien, ale alternatívny spôsob distribúcie vzbudil záujem fyzikov v 90. rokoch 20. storočia. Techniku navrhnutú Arturom Ekertom umožňuje komunikovať dva fotóny na veľké vzdialenosti vďaka javu zvanému „kvantové zapletenie“.
„Kvantové objekty majú túto úžasnú vlastnosť, kde ak ich oddeľujete, dokonca aj na stovky kilometrov, môžu sa navzájom cítiť,“ povedal Ekert, teraz Oxfordský profesor a riaditeľ Centra pre kvantové technológie na Singapurskej národnej univerzite. Zamotané častice sa chovajú ako jedna jednotka, čo umožňuje Alice a Bobovi vymyslieť zdieľaný kľúč pomocou meraní na každom konci. Ak sa odpočúvateľ pokúsi zachytiť kľúč, častice reagujú a merania sa zmenia.
Kvantová kryptografia je viac ako abstraktný pojem; V roku 2004 vedci previedli 3 000 eur na bankový účet prostredníctvom zapletených fotónov, informovala spoločnosť Popular Science. V roku 2017 výskumníci zastrelili dva zapletené fotóny na Zem zo satelitu Micius a udržiavali svoje spojenie na rekordných 747 míľach (1,203 km). Mnoho spoločností je teraz zablokovaných v závode vývoja kvantovej kryptografie pre komerčné aplikácie, s určitým úspechom.
Aby bola zaručená budúcnosť kybernetickej bezpečnosti, môžu byť tiež v pretekoch s časom.
„Ak bude existovať kvantový počítač, existujúce kryptografické systémy vrátane tých, ktoré sú základom kryptomen, už nebudú bezpečné,“ povedal Ekert pre Live Science. "Nevieme presne, kedy presne budú postavené - mali by sme začať niečo robiť teraz."
