Kryptografia, eli tiede koodien ja salakirjoitusten kirjoittamisesta turvallisen viestinnän takaamiseksi, on yksi tärkeimmistä elementeistä, joka mahdollistaa nykyaikaiset kryptot ja lohkoketjut. Nykyään käytetyt kryptografiatekniikat ovat kuitenkin tulosta uskomattoman pitkästä kehityshistoriasta. Muinaisista ajoista alkaen ihmiset ovat käyttäneet kryptografiaa tietojen lähettämiseen turvallisella tavalla. Esittelemme kryptografian kiehtovaa historiaa, joka on johtanut edistyneisiin ja kehittyneisiin menetelmiin, joita käytetään nykyaikaiseen digitaaliseen salaukseen.
Kryptografian muinaiset juuret
Primitiivisiä kryptografiatekniikoita tiedetään olleen olemassa muinaisina aikoina, ja useimmat varhaiset sivilisaatiot näyttävät käyttäneen kryptografiaa jossain määrin. Symbolien korvaamista, joka on kryptografian perusmuoto, esiintyy sekä muinaisissa egyptiläisissä että mesopotamialaisissa kirjoituksissa. Varhaisin tunnettu esimerkki tämän tyyppisestä kryptografiasta löydettiin noin 3 900 vuotta sitten eläneen egyptiläisen aatelisen Khnumhotep II:n haudasta.
Knhumhotepin hautakirjoituksen symbolien korvaamisen tarkoituksena ei ollut salata tietoja, vaan lisätä sen kielellistä vetovoimaa. Varhaisin tunnettu esimerkki kryptografian käytöstä arkaluonteisten tietojen suojaamiseen tapahtui noin 3 500 vuotta sitten, kun mesopotamialainen kirjuri käytti kryptografiaa salatakseen savitauluissa käytetyn keramiikkalasituksen kaavan.
Myöhempinä antiikin aikoina kryptografiaa käytettiin laajalti tärkeiden sotilaallisten tietojen suojaamiseen – tarkoitukseen, jota se palvelee edelleen tänäkin päivänä. Kreikan Spartan kaupunkivaltiossa viestit salattiin kirjoittamalla ne pergamentille, joka asetettiin tietyn kokoisen sylinterin päälle, mikä teki viestistä mahdottoman lukea, kunnes vastaanottaja kietoi sen samanlaisen sylinterin ympärille. Samoin vakoojien tiedetään muinaisessa Intiassa käyttäneen koodattuja viestejä jo 200-luvulla eaa.
Kuitenkin roomalaiset saavuttivat ehkäpä muinaisen maailman edistyneimmät kryptografiataidot. Merkittävä esimerkki roomalaisesta kryptografiasta, joka tunnetaan nimellä Caesar-salakirjoitus, käsitti salatun viestin kirjainten siirtämisen tietyllä määrällä paikkoja latinalaisia aakkosia pitkin. Jos vastaanottaja tunsi tämän järjestelmän ja tiesi kirjainten siirtopaikkojen määrän, hän onnistui purkamaan muuten lukukelvottoman viestin.
Keski- ja renessanssiajan kehitys
Keskiajalla kryptografiasta tuli yhä tärkeämpää, mutta korvaussalakirjoitukset, joista Caesar-salakirjoitus on yksi esimerkki, pysyivät standardina. Kryptografinen analyysi, eli tieteenala, jolla koodit ja salakirjoitukset murretaan, alkoi saavuttaa vielä suhteellisen primitiivisen kryptografian tieteen. Al-Kindi, tunnettu arabimatemaatikko, kehitti taajuusanalyysinä tunnetun tekniikan noin 800 jaa., mikä teki korvaussalakirjoituksista alttiita salauksen purkamiselle. Ensimmäistä kertaa ihmiset, jotka yrittivät tulkita salattuja viestejä, pystyivät käyttämään järjestelmällistä menetelmää salauksen purkamiseksi, minkä vuoksi kryptografian oli edettävä vieläkin pidemmälle, jotta se pysyi hyödyllisenä.
Vuonna 1465 Leone Alberti kehitti moniaakkosellisen salakirjoituksen, jota pidetään vastauksena Al-Kindin taajuusanalyysitekniikalle. Moniaakkosellisessa salakirjoituksessa viesti koodataan kaksin erillisin aakkosin. Yksi on aakkoset, joilla alkuperäinen viesti on kirjoitettu, kun taas toinen on täysin erilainen aakkosto, jossa viesti näkyy koodauksen jälkeen. Yhdessä perinteisten korvaussalakirjoitusten kanssa moniaakkoselliset salakirjoitukset lisäsivät huomattavasti koodatun tiedon turvallisuutta. Ellei lukija tiennyt aakkosia, joilla viesti oli alun perin kirjoitettu, taajuusanalyysitekniikasta ei ollut hyötyä.
Renessanssin aikana kehitettiin myös uusia menetelmiä tiedon koodaamiseksi, mukaan lukien suosittu varhainen binäärikoodausmenetelmä, jonka keksi tunnettu yleisnero Sir Francis Bacon vuonna 1623.
Edistyminen viime vuosisatojen aikana
Kryptografiatiede eteni edelleen asteittain vuosisatojen ajan. 1790 -luvulla Thomas Jefferson kuvaili suurta läpimurtoa kryptografiassa, vaikka sitä ei ehkä koskaan luotu. Hänen keksintönsä, joka tunnetaan nimellä salakirjoituskiekko, koostui 36 renkaasta kirjaimia liikkuvissa kiekoissa, joita voitiin käyttää monimutkaisen koodauksen saavuttamiseen. Tämä konsepti oli niin edistynyt, että se toimisi perustana amerikkalaiselle sotilaalliselle kryptografialle vasta toisen maailmansodan aikana.
Toisen maailmansodan aikana koettiin myös täydellinen esimerkki analogisesta kryptografiasta, joka tunnetaan nimellä Enigma-laite. Salakirjoituskiekon tapaan tämä akselivaltojen käyttämä laite hyödynsi pyöriviä kiekkoja viestin koodaamiseen, mikä teki viestin lukemisesta käytännössä mahdotonta ilman toista Enigma-laitetta. Varhaista tietotekniikkaa käytettiin lopulta Enigman salakirjoituksen murtamiseen, ja Enigma-viestien onnistunutta salauksen purkamista pidetään edelleen kriittisenä osana liittoutuneiden lopullista voittoa.
Kryptografia tietokoneiden aikakaudella
Tietokoneiden nousun myötä kryptografiasta tuli huomattavasti kehittyneempää kuin analogisen aikakauden aikana. 128-bittinen matemaattinen salaus, joka on paljon vahvempi kuin mikään muinainen tai keskiaikainen salakirjoitus, on nyt standardi monille herkille laitteille ja tietokonejärjestelmille. Vuodesta 1990 lähtien tietojenkäsittelytieteilijät ovat kehittäneet täysin uutta kryptografian muotoa, nimeltään kvanttikryptografia, toivoen voivansa jälleen nostaa nykyaikaisen salauksen tarjoamaa suojaustasoa.
Viime aikoina kryptografiatekniikoita on käytetty myös kryptojen luomiseen. Kryptot hyödyntävät useita kehittyneitä kryptografiatekniikoita, mukaan lukien hajautustoimintoja, julkisen avaimen kryptografiaa ja digitaalisia allekirjoituksia. Näitä tekniikoita käytetään ensisijaisesti lohkoketjuihin tallennettujen tietojen turvallisuuden varmistamiseen ja transaktioiden todentamiseen. Erikoistunut kryptografiamuoto, joka tunnetaan nimellä Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), tukee Bitcoinia ja muita kryptojärjestelmiä keinona tarjota ylimääräistä turvallisuutta ja varmistaa, että varoja voivat käyttää vain niiden lailliset omistajat.
Kryptografia on edennyt pitkälle viimeisen 4 000 vuoden aikana, eikä tämä kehitys tule todennäköisesti loppumaan lähiaikoina. Niin kauan kuin arkaluontoiset tiedot vaativat suojausta, kryptografia tulee kehittymään edelleen. Vaikka kryptolohkoketjuissa nykyään käytetyt kryptografiajärjestelmät edustavat joitain tämän tieteen edistyneimmistä muodoista, ne ovat myös osa perinnettä, joka kattaa suuren osan ihmiskunnan historiasta.