Η κρυπτογραφία, η επιστήμη σύνταξης κωδικών και κρυπτογραφήσεων για ασφαλή επικοινωνία είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία που καθιστούν δυνατά τα σύγχρονα κρυπτονομίσματα και blockchain. Ωστόσο, οι κρυπτογραφικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι το αποτέλεσμα μιας απίστευτα μακράς ιστορικής ανάπτυξης. Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν την κρυπτογραφία για να μεταδίδουν πληροφορίες με ασφαλή τρόπο. Ακολουθεί η συναρπαστική ιστορία της κρυπτογραφίας που οδήγησε στις προηγμένες και εξελιγμένες μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τις σύγχρονες ψηφιακές κρυπτογραφήσεις.
Οι αρχαίες ρίζες της κρυπτογραφίας
Οι πρωτόγονες τεχνικές κρυπτογράφησης είναι γνωστό ότι υπήρχαν στην αρχαιότητα και οι περισσότεροι πρώιμοι πολιτισμοί φαίνεται ότι χρησιμοποιούσαν την κρυπτογραφία σε κάποιο βαθμό. Η αντικατάσταση συμβόλων, η πιο βασική μορφή κρυπτογραφίας, εμφανίζεται στις αρχαίες γραφές της Αιγύπτου και της Μεσοποταμίας. Το παλαιότερο γνωστό παράδειγμα αυτού του τύπου κρυπτογραφίας βρέθηκε στον τάφο ενός Αιγύπτιου ευγενή με το όνομα Khnumhotep II, ο οποίος έζησε πριν από περίπου 3.900 χρόνια.
Ο σκοπός της αντικατάστασης των συμβόλων στην επιγραφή του Knhumhotep δεν ήταν να αποκρύψει πληροφορίες αλλά να ενισχύσει τη γλωσσική ελκυστικότητά τους. Το πρώτο γνωστό παράδειγμα χρήσης της κρυπτογραφίας για την προστασία ευαίσθητων πληροφοριών σημειώθηκε πριν από περίπου 3.500 χρόνια, όταν ένας γραφέας από τη Μεσοποταμία χρησιμοποίησε την κρυπτογραφία για να αποκρύψει μια φόρμουλα για γυάλισμα κεραμικών, η οποία χρησιμοποιούνταν σε πήλινες πλάκες.
Σε μεταγενέστερες περιόδους της αρχαιότητας, η κρυπτογραφία χρησιμοποιήθηκε ευρέως για την προστασία σημαντικών στρατιωτικών πληροφοριών, έναν σκοπό που εξυπηρετεί ακόμη και σήμερα. Στην ελληνική πόλη-κράτος της Σπάρτης, τα μηνύματα κρυπτογραφούνταν γράφοντας σε περγαμηνή που τοποθετούνταν πάνω σε κύλινδρο συγκεκριμένου μεγέθους, καθιστώντας το μήνυμα μη αποκρυπτογραφημένο έως ότου ο παραλήπτης το τυλίξει γύρω από έναν παρόμοιο κύλινδρο. Με παρόμοιο τρόπο, οι κατάσκοποι στην αρχαία Ινδία είναι γνωστό ότι χρησιμοποιούσαν κωδικοποιημένα μηνύματα ήδη από τον 2ο αιώνα π.Χ.
Ίσως η πιο προηγμένη κρυπτογραφία στον αρχαίο κόσμο επιτεύχθηκε από τους Ρωμαίους. Ένα σημαντικό παράδειγμα της ρωμαϊκής κρυπτογραφίας, γνωστό ως κρυπτογράφηση του Καίσαρα, περιελάμβανε τη μετατόπιση των γραμμάτων ενός κρυπτογραφημένου μηνύματος κατά έναν ορισμένο αριθμό θέσεων στο λατινικό αλφάβητο. Γνωρίζοντας αυτό το σύστημα και τον αριθμό των θέσεων μετατόπισης των γραμμάτων, ο παραλήπτης μπορούσε να αποκωδικοποιήσει επιτυχώς το κατά τα άλλα δυσανάγνωστο μήνυμα.
Εξελίξεις στον Μεσαίωνα και την Αναγέννηση
Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα, η κρυπτογραφία γινόταν όλο και πιο σημαντική, αλλά η αντικατάσταση κρυπτογραφημάτων, ένα παράδειγμα των οποίων είναι η κρυπτογράφηση του Καίσαρα, παρέμειναν το πρότυπο. Η κρυπτανάλυση, η επιστήμη με την οποία σπάνε οι κώδικες και οι κρυπτογραφήσεις, άρχισε να πλησιάζει την ακόμη σχετικά πρωτόγονη επιστήμη της κρυπτογραφίας. Ο Αλ Κίντι, ένας γνωστός Άραβας μαθηματικός, ανέπτυξε μια τεχνική γνωστή ως ανάλυση συχνότητας γύρω στο 800 μ.Χ., η οποία έκανε την αντικατάσταση των κρυπτογραφημάτων ευάλωτη στην αποκρυπτογράφηση. Για πρώτη φορά, οι άνθρωποι που προσπαθούσαν να αποκρυπτογραφήσουν κρυπτογραφημένα μηνύματα απέκτησαν πρόσβαση σε μια συστηματική μέθοδο για να το κάνουν, καθιστώντας αναγκαία την περαιτέρω πρόοδο της κρυπτογραφίας προκειμένου να παραμείνει χρήσιμη.
Το 1465, ο Λιόνι Αλμπέρτι ανέπτυξε την πολυαλφαβητική κρυπτογράφηση, η οποία θεωρείται η λύση έναντι της τεχνικής ανάλυσης συχνότητας του Αλ Κάντι. Σε μια πολυαλφαβητική κρυπτογράφηση, ένα μήνυμα κωδικοποιείται χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικά αλφάβητα. Το ένα είναι το αλφάβητο στο οποίο είναι γραμμένο το αρχικό μήνυμα, ενώ το δεύτερο είναι ένα εντελώς διαφορετικό αλφάβητο στο οποίο εμφανίζεται το μήνυμα μετά την κωδικοποίησή του. Σε συνδυασμό με τις παραδοσιακές τεχνικές αντικατάστασης κρυπτογραφήσεων, οι πολυαλφαβητικές κρυπτογραφήσεις αύξησαν σημαντικά την ασφάλεια των κωδικοποιημένων πληροφοριών. Αν ο αναγνώστης δεν γνώριζε το αλφάβητο με το οποίο είχε αρχικά γραφτεί το μήνυμα, η τεχνική της ανάλυσης συχνότητας δεν είχε καμία χρησιμότητα.
Νέες μέθοδοι κωδικοποίησης πληροφοριών αναπτύχθηκαν επίσης κατά την περίοδο της Αναγέννησης, συμπεριλαμβανομένης μιας δημοφιλούς πρώιμης μεθόδου δυαδικής κωδικοποίησης που εφευρέθηκε από τον γνωστό πολυμαθή Σερ Φράνσις Μπέικον το 1623.
Εξελίξεις των πιο πρόσφατων αιώνων
Η επιστήμη της κρυπτογραφίας συνέχισε να εξελίσσεται προοδευτικά κατά τη διάρκεια των αιώνων. Μια σημαντική ανακάλυψη στην κρυπτογραφία περιγράφηκε, αν και ίσως δεν αναπτύχθηκε ποτέ, από τον Τόμας Τζέφερσον τη δεκαετία του 1790. Η εφεύρεσή του, γνωστή ως τροχός κρυπτογράφησης, αποτελούνταν από 36 δακτυλίους γραμμάτων σε κινούμενους τροχούς που μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη σύνθετης κωδικοποίησης. Αυτή η ιδέα ήταν τόσο προηγμένη που θα αποτελούσε τη βάση της αμερικανικής στρατιωτικής κρυπτογραφίας μέχρι και τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο.
Στον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο θα παρουσιαστεί επίσης το τέλειο παράδειγμα αναλογικής κρυπτογραφίας, γνωστό ως μηχανή Enigma. Όπως και ο τροχός κρυπτογράφησης αυτή η συσκευή, που χρησιμοποιήθηκε από τις δυνάμεις του Άξονα, χρησιμοποιούσε περιστρεφόμενους τροχούς για την κωδικοποίηση ενός μηνύματος, καθιστώντας πρακτικά αδύνατη την ανάγνωσή του χωρίς άλλη μηχανή Enigma. Η πρώιμη τεχνολογία των ηλεκτρονικών υπολογιστών χρησιμοποιήθηκε τελικά για να σπάσει την κρυπτογράφηση του Enigma και η επιτυχής αποκρυπτογράφηση των μηνυμάτων Enigma εξακολουθεί να θεωρείται κύριο στοιχείο για την τελική νίκη των Συμμάχων.
Η κρυπτογραφία στην εποχή των υπολογιστών
Με την εμφάνιση και εξέλιξη των υπολογιστών, η κρυπτογραφία έγινε πολύ πιο προηγμένη από ό,τι ήταν στην αναλογική εποχή. Η μαθηματική κρυπτογράφηση 128 bit, πολύ ισχυρότερη από οποιαδήποτε αρχαία ή μεσαιωνική κρυπτογράφηση, αποτελεί πλέον το πρότυπο για πολλές ευαίσθητες συσκευές και συστήματα υπολογιστών. Από τις αρχές του 1990, μια εντελώς νέα μορφή κρυπτογραφίας, που ονομάστηκε κβαντική κρυπτογραφία, βρισκόταν υπό ανάπτυξη από επιστήμονες πληροφορικής που ήλπιζαν να ανεβάσουν και πάλι το επίπεδο προστασίας που προσφέρει η σύγχρονη κρυπτογράφηση.
Πιο πρόσφατα, χρησιμοποιήθηκαν κρυπτογραφικές τεχνικές για να καταστήσουν δυνατή τη δημιουργία κρυπτονομισμάτων. Τα κρυπτονομίσματα αξιοποιούν πολλές προηγμένες κρυπτογραφικές τεχνικές, όπως τις συναρτήσεις hash, η κρυπτογραφία με δημόσιο κλειδί και οι ψηφιακές υπογραφές. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούνται κυρίως για να διασφαλιστεί η ασφάλεια των δεδομένων που αποθηκεύονται στα blockchain και για την αυθεντικότητα των συναλλαγών. Μια εξειδικευμένη μορφή κρυπτογραφίας, γνωστή ως αλγόριθμος ψηφιακής υπογραφής ελλειπτικής καμπύλης (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm ή ECDSA), υποστηρίζει το Bitcoin και άλλα συστήματα κρυπτονομισμάτων ως μέσο παροχής επιπλέον ασφάλειας και διασφάλισης ότι τα κεφάλαια μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο από τους νόμιμους κατόχους τους.
Η κρυπτογραφία έχει εξελιχθεί πολύ τα τελευταία 4.000 χρόνια και δεν φαίνεται ότι θα σταματήσει σύντομα. Όσο τα ευαίσθητα δεδομένα απαιτούν προστασία, η κρυπτογραφία θα συνεχίσει να εξελίσσεται. Παρόλο που τα κρυπτογραφικά συστήματα που χρησιμοποιούνται σήμερα στα blockchain κρυπτονομισμάτων αντιπροσωπεύουν μερικές από τις πιο προηγμένες μορφές αυτής της επιστήμης, αποτελούν επίσης μέρος μιας παράδοσης που εκτείνεται σε μεγάλο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας.