Încă din cele mai vechi timpuri, oamenii s-au bazat pe criptografie, arta de a scrie și rezolva mesaje codificate, pentru a-și păstra secretele. În secolul al V-lea, mesajele încifrate au fost înscrise pe piele sau hârtie și livrate de un mesager uman. Astăzi, cifrele ne ajută să ne protejăm datele digitale pe măsură ce acestea trec prin internet. Mâine, câmpul poate face încă un salt; cu computere cuantice la orizont, criptografii atinge puterea fizicii pentru a produce cele mai sigure cifre până în prezent.
Metode istorice de păstrare a secretului
Cuvântul „criptografie” este derivat din cuvintele grecești „kryptos”, care înseamnă ascuns și „grafen”, pentru a scrie. În loc să ascundă fizic un mesaj din ochii inamicului, criptografia permite două părți să comunice cu o vedere simplă, dar într-un limbaj pe care adversarul lor nu îl poate citi.
Pentru a cripta un mesaj, expeditorul trebuie să manipuleze conținutul folosind o metodă sistematică, cunoscută sub numele de algoritm. Mesajul inițial, numit text complet, poate fi scramble, astfel încât literele sale să fie aliniate într-o ordine neinteligibilă sau fiecare literă ar putea fi înlocuită cu alta. Gibberish-ul rezultat este cunoscut sub numele de cip, potrivit Crash Course Computer Science.
În vremea grecească, militarii spartani au criptat mesaje folosind un dispozitiv numit scytale, care consta dintr-o fâșie subțire de piele înfășurată în jurul unui personal din lemn, potrivit Centrului de Istorie Criptologică. Necunoscut, fâșia părea să poarte un șir de caractere aleatorii, dar dacă se înfășura în jurul unui personal de o anumită dimensiune, literele se aliniau în cuvinte. Această tehnică de amestecare a literelor este cunoscută sub numele de cifră de transpunere.
Kama Sutra menționează un algoritm alternativ, cunoscut sub numele de substituție, recomandând femeilor să învețe metoda de a ține evidența legăturilor lor ascunse, a raportat The Atlantic. Pentru a utiliza înlocuirea, expeditorul schimbă fiecare scrisoare într-un mesaj pentru alta; de exemplu, o „A” ar putea deveni o „Z” și așa mai departe. Pentru a decripta un astfel de mesaj, expeditorul și destinatarul trebuie să fie de acord cu privire la ce scrisori vor fi schimbate, la fel cum soldații spartani aveau nevoie să dețină o scară de aceeași dimensiune.
Primii criptanalisti
Cunoașterea specifică necesară pentru a transforma un text în text în text, cunoscut sub numele de cheie, trebuie păstrată secretă pentru a asigura securitatea unui mesaj. A crăpa un cifru fără cheia ei necesită cunoștințe și abilități deosebite.
Cifra de înlocuire a rămas neclintită în primul mileniu A.D. - până când matematicianul arab al-Kindi și-a dat seama de slăbiciunea sa, potrivit Simon Singh, autorul „The Code Book” (Random House, 2011). Menționând că anumite litere sunt folosite mai frecvent decât altele, al-Kindi a fost capabil să înlocuiască substituțiile analizând ce litere decupate cel mai des într-un text de text. Savanții arabi au devenit principalii criptaliști ai lumii, forțând criptografii să își adapteze metodele.
Pe măsură ce metodele de criptografie avansau, criptanalistii au urcat pentru a-i provoca. Printre cele mai faimoase derapaje din această luptă continuă a fost efortul Aliat de a sparge mașina Enigma germană în timpul celui de-al doilea război mondial. Mașina Enigma a criptat mesajele folosind un algoritm de substituție a cărui cheie complexă s-a schimbat zilnic; la rândul său, criptanalistul Alan Turing a dezvoltat un dispozitiv numit „bomba” pentru a urmări setările schimbătoare ale Enigmei, potrivit Agenției Centrale de Informații din SUA.
Criptografia în epoca internetului
În era digitală, obiectivul criptografiei rămâne același: prevenirea schimbului de informații între două părți de către un adversar. Oamenii de informatică se referă adesea la cele două părți drept „Alice și Bob”, entități fictive introduse pentru prima dată într-un articol din 1978 care descrie o metodă de criptare digitală. Alice și Bob sunt în mod constant deranjați de un ascultător neplăcut numit „Eve”.
Tot felul de aplicații utilizează criptare pentru a păstra datele noastre în siguranță, inclusiv numere de carduri de credit, înregistrări medicale și criptocurrențe precum Bitcoin. Blockchain, tehnologia din spatele Bitcoin, conectează sute de mii de computere printr-o rețea distribuită și folosește criptografia pentru a proteja identitatea fiecărui utilizator și a menține un jurnal permanent al tranzacțiilor sale.
Apariția rețelelor de calculatoare a introdus o nouă problemă: dacă Alice și Bob sunt situate în părțile opuse ale globului, cum împărtășesc o cheie secretă fără ca Eve să o înfunde? Criptografia cu cheie publică a apărut ca o soluție, potrivit Academiei Khan. Schema profită de funcții unidirecționale - matematică ușor de efectuat, dar dificil de inversat fără informații cheie. Alice și Bob își schimbă cifra de text și o cheie publică sub privirea atentă a Evei, dar fiecare păstrează o cheie privată pentru ei înșiși. Prin aplicarea ambelor chei private la cifră de text, perechea ajunge la o soluție partajată. Între timp, Eve se luptă să le descifreze indiciile rare.
O formă utilizată pe scară largă a criptografiei cu cheie publică, numită criptare RSA, se aplică în natura complicată a factorizării prime - găsirea a două numere prime care se înmulțesc pentru a vă oferi o soluție specifică. Înmulțirea a două numere prime nu necesită deloc timp, dar chiar și cele mai rapide computere de pe Pământ pot dura sute de ani pentru a inversa procesul. Alice selectează două numere pe care să-și construiască cheia de criptare, lăsându-i lui Eve sarcina inutilă de a săpa aceste cifre pe calea cea grea.
Făcând un salt cuantic
În căutarea unui cifru de neînfrânt, criptografii de astăzi caută fizica cuantică. Fizica cuantică descrie comportamentul ciudat al materiei la scări incredibil de mici. La fel ca faimoasa pisică a lui Schrödinger, particulele subatomice există în multe state simultan. Dar când cutia este deschisă, particulele se fixează într-o stare observabilă. În anii ’70 -’80, fizicienii au început să folosească această proprietate funky pentru criptarea mesajelor secrete, o metodă cunoscută acum sub numele de „distribuție cuantică a cheilor”.
La fel cum tastele pot fi codificate în octeți, fizicienii codifică acum cheile în proprietățile particulelor, de obicei fotoni. Un spălător neplăcut trebuie să măsoare particulele pentru a fura cheia, dar orice încercare de a face acest lucru modifică comportamentul fotonilor, avertizând Alice și Bob cu privire la încălcarea securității. Acest sistem de alarmă încorporat face ca distribuția cheilor cuantice să fie „probabil sigură”, a raportat Wired.
Cheile cuantice pot fi schimbate pe distanțe lungi prin fibre optice, dar o cale alternativă de distribuție a suscitat interesul fizicienilor în anii '90. Propusă de Artur Ekert, tehnica permite doi fotoni să comunice pe distanțe mari, datorită unui fenomen numit „înțelegere cuantică”.
"Obiectele cuantice au această proprietate uimitoare, în cazul în care dacă le separați, chiar și peste sute de kilometri, se pot simți unii pe alții", a declarat Ekert, acum profesor Oxford și director al Centrului pentru tehnologii cuantice de la Universitatea Națională din Singapore. Particulele încurcate se comportă ca o unitate, permițându-i lui Alice și Bob să creeze o cheie partajată, luând măsurători pe fiecare capăt. Dacă un ascultător încearcă să intercepteze cheia, particulele reacționează și măsurătorile se schimbă.
Criptografia cuantică este mai mult decât o noțiune abstractă; În 2004, cercetătorii au transferat 3.000 de euro într-un cont bancar prin fotoni încurcați, a informat Popular Science. În 2017, cercetătorii au filmat doi fotoni încurcați pe Pământ de pe satelitul Micius, menținându-și conexiunea pe un record de 747 de mile (1,203 kilometri), potrivit New Scientist. Multe companii sunt acum blocate într-o cursă pentru dezvoltarea criptografiei cuantice pentru aplicații comerciale, cu un succes până acum.
Pentru a garanta viitorul cibersecurității, pot fi, de asemenea, într-o cursă contra cronometru.
"Dacă există un computer cuantic, sistemele de criptografie existente, inclusiv cele care stau la baza criptomonedelor, nu vor mai fi sigure", a declarat Ekert pentru Live Science. „Nu știm exact când vor fi construite - am fi bine să începem să facem ceva acum”.
