Die Kryptographie, die Wissenschaft des Schreibens von Codes und Chiffren für eine sichere Kommunikation, ist eines der wichtigsten Elemente, um moderne Kryptowährungen und Blockchains zu realisieren. Die heute verwendeten kryptographischen Techniken sind jedoch das Ergebnis einer unglaublich langen Entwicklungsgeschichte. Seit der Antike verwenden Menschen die Kryptographie, um Informationen auf sichere Weise zu übertragen. Im Folgenden folgt die faszinierende Geschichte der Kryptographie, die zu den fortschrittlichen und ausgeklügelten Verfahren der heutigen digitalen Verschlüsselung geführt hat.
Die antiken Wurzeln der Kryptographie
Primitive kryptographische Techniken gab es bekanntlich schon in der Antike, und die meisten frühen Zivilisationen scheinen bis zu einem gewissen Grad Kryptographie verwendet zu haben. Symbolersatz, die grundlegendste Form der Kryptographie, kommt sowohl in altägyptischen als auch in mesopotamischen Schriften vor. Das früheste bekannte Beispiel für diese Art der Kryptographie wurde im Grab eines ägyptischen Adligen namens Khnumhotep II. gefunden, der vor etwa 3.900 Jahren lebte.
Der Zweck der Symbolersetzung in der Knhumhotep Inschrift war nicht, Informationen zu verbergen, sondern die linguistische Attraktivität zu erhöhen. Das früheste bekannte Beispiel für die Verwendung von Kryptographie zum Schutz sensibler Informationen ist von vor etwa 3.500 Jahren, als ein mesopotamischer Schriftgelehrter auf Tontafeln mit Hilfe von Kryptographie eine Rezeptur für Keramikglasur verbarg.
In späteren Perioden der Antike wurde Kryptographie häufig zum Schutz wichtiger militärischer Informationen eingesetzt, ein Zweck, dem sie bis heute dient. Im griechischen Stadtstaat Sparta wurden die Nachrichten verschlüsselt, indem sie auf Pergament geschrieben wurden, das auf einen Zylinder einer bestimmten Größe gelegt wurde. Dadurch war die Nachricht nur dann entzifferbar, wenn sie vom Empfänger um einen ähnlichen Zylinder gewickelt wurde. Ebenso ist bekannt, dass Spione im alten Indien bereits im 2. Jahrhundert v. Chr. kodierte Nachrichten verwendet haben.
Die vielleicht fortschrittlichste Kryptographie der Antike wurde von den Römern geschaffen. Ein prominentes Beispiel der römischen Kryptographie, die so genannte Caesar-Chiffre, bestand darin, die Buchstaben einer verschlüsselten Nachricht um eine bestimmte Anzahl von Stellen im lateinischen Alphabet zu verschieben. In Kenntnis dieses Systems und der Anzahl an Stellen, in denen die Buchstaben verschoben werden müssen, konnte ein Empfänger die ansonsten unleserliche Nachricht erfolgreich entschlüsseln.
Entwicklungen im Mittelalter und in der Renaissance
Im Laufe des Mittelalters wurde die Kryptographie immer wichtiger, aber Substitutions-Chiffren, von denen die Caesar-Chiffre ein Beispiel ist, blieben der Standard. Die Kryptoanalyse, die Wissenschaft, mit der Codes und Chiffren geknackt werden, begann, die noch relativ primitive Wissenschaft der Kryptographie einzuholen. Al-Kindi, ein bekannter arabischer Mathematiker, entwickelte um 800 n. Chr. eine Technik, die als Frequenzanalyse bekannt ist und Substitutions-Chiffren anfällig für Entschlüsselungen machte. Erstmals erhielten Menschen, die versuchten, verschlüsselte Nachrichten zu entschlüsseln, Zugang zu einem systematischen Verfahren, wodurch es notwendig wurde, dass die Kryptographie weiter voranschritt, um weiterhin nützlich zu bleiben.
1465 entwickelte Leone Alberti die polyalphabetische Chiffre, die als Lösung gegen Al-Kindis Frequenzanalyseverfahren gilt. In einer polyalphabetischen Chiffre wird eine Nachricht mit zwei verschiedenen Alphabeten kodiert. Das eine ist das Alphabet, in dem die ursprüngliche Nachricht geschrieben wird, während das zweite ein völlig anderes Alphabet ist, in dem die Nachricht nach der Verschlüsselung erscheint. In Kombination mit traditionellen Substitutions-Chiffren erhöhten polyalphabetische Chiffren die Sicherheit verschlüsselter Informationen erheblich. Sofern ein Leser nicht das Alphabet kannte, in dem die Nachricht ursprünglich geschrieben worden war, war die Frequenzanalyse-Technik nutzlos.
Auch in der Renaissance wurden neue Methoden zur Kodierung von Informationen entwickelt, darunter eine beliebte frühe Methode der binären Kodierung, die 1623 vom bekannten Universalgelehrten Sir Francis Bacon erfunden wurde.
Fortschritte in jüngeren Jahrhunderten
Die Wissenschaft der Kryptographie entwickelte sich im Laufe der Jahrhunderte immer weiter. Ein großer Durchbruch in der Kryptographie wurde von Thomas Jefferson in den 1790er Jahren beschrieben, wenn auch vielleicht nie gebaut. Seine Erfindung, die als Chiffrierrad bekannt ist, bestand aus 36 Buchstabenringen auf beweglichen Rädern, mit denen eine komplexe Kodierung erreicht werden konnte. Dieses Konzept war so fortschrittlich, dass es bis zum Zweiten Weltkrieg als Grundlage für die amerikanische militärische Kryptographie dienen sollte.
Im Zweiten Weltkrieg wurde dann das perfekte Beispiel für analoge Kryptographie, bekannt als Enigma-Maschine, geschaffen. Wie das Chiffrierrad verwendet auch diese, von den Achsenmächten verwendete Vorrichtung, rotierende Räder, um eine Nachricht zu kodieren, was es praktisch unmöglich macht, sie ohne ein weiteres Enigma zu lesen. Erste Computertechnologien wurden schließlich eingesetzt, um die Enigma-Chiffre zu brechen, und die erfolgreiche Entschlüsselung der Enigma-Nachrichten gilt nach wie vor als kritischer Bestandteil des späteren Sieges der Alliierten.
Kryptographie im Computerzeitalter
Mit dem Aufkommen der Computer wurde die Kryptographie weitaus fortschrittlicher als in der analogen Ära. 128-Bit mathematische Verschlüsselung, weitaus stärker als jede alte oder mittelalterliche Chiffre, ist heute der Standard für viele empfindliche Geräte und Computersysteme. Ab 1990 wurde eine völlig neue Form der Kryptographie, die so genannte Quantenkryptographie, von Informatikern entwickelt, die das Schutzniveau moderner Verschlüsselung wieder erhöhen wollten.
In jüngster Zeit wurden kryptographische Techniken zudem eingesetzt, um Kryptowährungen zu kreieren. Kryptowährungen nutzen mehrere fortschrittliche kryptografische Techniken, darunter Hash-Funktionen, Public-Key-Kryptographie und digitale Signaturen. Diese Techniken werden in erster Linie eingesetzt, um die Sicherheit der in Blockchains gespeicherten Daten zu gewährleisten und Transaktionen zu authentifizieren. Eine spezielle Form der Kryptographie, bekannt als Elliptical Curve Digital Signature Algorithmus (ECDSA), unterstützt Bitcoin und andere Kryptowährungssysteme, um zusätzliche Sicherheit zu bieten und sicherzustellen, dass Gelder nur von ihren rechtmäßigen Eigentümern verwendet werden können.
Die Kryptographie hat in den letzten 4.000 Jahren einen langen Weg zurückgelegt, und sie wird wahrscheinlich nicht so schnell anhalten. Solange sensible Daten geschützt werden müssen, wird die Kryptographie weiter voranschreiten. Obwohl die kryptographischen Systeme, die in Blockchains von Kryptowährungen verwendet werden, heute einige der fortschrittlichsten Formen dieser Wissenschaft darstellen, sind sie auch Teil einer Tradition, die sich über einen großen Teil der Menschheitsgeschichte erstreckt.