Mật mã học, khoa học viết mã và mật mã nhằm đảm bảo an toàn thông tin, là một trong những yếu tố quan trọng nhất góp phần tạo ra các đồng tiền điện tử và blockchain ngày nay. Tuy nhiên, các kỹ thuật mã hóa được sử dụng ngày nay là kết quả của một lịch sử phát triển cực kỳ lâu dài. Từ thời xa xưa, người ta đã sử dụng mật mã để truyền thông tin an toàn. Sau đây là lịch sử thú vị của mật mã học đã dẫn đến các phương pháp tiên tiến và tinh vi được sử dụng trong ngành mã hóa kỹ thuật số hiện đại.
Khởi nguồn từ thời cổ đại
Các kỹ thuật mã hóa sơ khai được biết đến sự tồn tại trong thời cổ đại, khi mà hầu hết các nền văn minh ban đầu dường như đã sử dụng mật mã học ở một mức độ nào đó. Sự thay thế bằng biểu tượng, hình thức mã hóa cơ bản nhất, xuất hiện trong cả hai chữ viết của Ai Cập và Lưỡng Hà cổ đại. Ví dụ đầu tiên được biết đến về loại mật mã này được tìm thấy trong ngôi mộ của một quý tộc Ai Cập tên là Khnumhotep II, sống khoảng 3.900 năm trước.
Mục đích của việc thay thế biểu tượng trong văn bản khắc trên mộ của Knhumhotep không nhằm che giấu thông tin, mà làm tăng thêm sức hấp dẫn về mặt ngôn ngữ của nó. Ví dụ đầu tiên được biết đến về việc mật mã được sử dụng để bảo vệ thông tin nhạy cảm là vào khoảng 3.500 năm trước khi một người ghi chép từ Lưỡng Hà sử dụng mật mã để giấu một công thức men gốm, được sử dụng trên các bảng tính bằng đất sét.
Sau thời kỳ cổ đại, mật mã đã được sử dụng rộng rãi để bảo vệ thông tin quân sự quan trọng, mật mã vẫn đừng dùng cho mục đích này cho đến ngày nay. Tại thành bang Sparta của Hy Lạp, các thông điệp được mã hóa bằng cách viết lên trên một băng giấy da được quấn quanh một cây gậy mã hóa có kích thước cụ thể, làm cho thông điệp không thể giải mã cho đến khi được người nhận giải bằng cách sử dụng một cây gậy tương tự. Tương tự như vậy, gián điệp ở Ấn Độ cổ đại được biết là đã sử dụng các thông điệp được mã hóa vào đầu thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên.
Có lẽ mật mã tiên tiến nhất trong thế giới cổ đại được ghi nhận là do người La Mã. Một ví dụ nổi bật là mật mã La Mã, được gọi là mật mã Caesar, trong đó mỗi ký tự trong thông điệp được thay thế bằng một ký tự cách nó một đoạn trong bảng chữ cái Latin. Bằng cách biết cơ chế này và khoảng cách dịch chuyển các chữ cái, người nhận có thể giải mã thành công thông điệp.
Phát triển trong thời Trung cổ và Phục hưng
Trong suốt thời Trung cổ, mật mã học ngày càng trở nên quan trọng, nhưng mật mã thay thế, với mật mã Caesar làm ví dụ, vẫn là tiêu chuẩn. Cryptanalysis, ngành khoa học nghiên cứu các phương thức để thu được ý nghĩa của thông tin đã được mã hóa, đã bắt đầu bắt kịp với khoa học mật mã vẫn còn tương đối nguyên thủy. Al-Kindi, một nhà toán học Ả Rập nổi tiếng, đã phát triển một kỹ thuật được gọi là phân tích tần suất vào khoảng năm 800 sau Công nguyên, cho thấy rằng mật mã thay thế dễ bị giải. Lần đầu tiên, những người làm công việc giải mã các thông điệp được mã hóa được tiếp cận một phương pháp giải mã có hệ thống. Điều này thúc đẩy mật mã học phải tiến xa hơn nữa để duy trì tính hữu ích của nó.
Năm 1465, Leone Alberti đã phát triển mã hóa đa bản thể, được coi là giải pháp chống lại kỹ thuật phân tích tần suất của Al-Kindi. Trong một mật mã đa bản thể, một thông điệp được mã hóa bằng cách sử dụng hai bảng chữ cái riêng biệt. Một là bảng chữ cái dùng để viết thông điệp ban đầu, bảng còn lại là một bảng chữ cái hoàn toàn khác biệt mà qua đó thông điệp ban đầu sẽ được mã hóa. Kết hợp với mật mã thay thế truyền thống, mật mã đa bản thể giúp tăng cường bảo mật cho thông tin được mã hóa. Trừ phi người đọc biết bảng chữ cái mà thông điệp ban đầu dựa vào, kỹ thuật phân tích tần suất sẽ không có tác dụng.
Các phương pháp mã hóa thông tin mới cũng đã được phát triển trong thời kỳ Phục hưng, bao gồm một phương pháp ban đầu của mã hóa nhị phân được phát minh bởi học giả nổi tiếng Sir Francis Bacon vào năm 1623.
Những tiến bộ trong các thế kỷ gần đây
Khoa học mật mã tiếp tục phát triển mạnh trong nhiều thế kỷ. Một bước đột phá lớn trong mật mã học đã được mô tả, mặc dù có lẽ đã không bao giờ được xây dựng, bởi Thomas Jefferson trong thập niên 1790. Phát minh của ông được gọi là bánh xe mã hóa gồm 36 vòng chữ cái trên bánh xe chuyển động được sử dụng để thu được kết quả mã hóa phức tạp. Khái niệm này quá tiên tiến nên đã được dùng làm nền tảng cho mật mã quân sự của Mỹ cho đến cuối Thế chiến thứ hai.
Thế chiến II cũng đã chứng kiến ví dụ tuyệt vời về mật mã tương tự, được gọi là máy Enigma. Giống như bánh xe mã hóa, thiết bị này, được sử dụng bởi phe Phát Xít, sử dụng các bánh xe quay để mã hóa một thông điệp, làm cho nó hầu như không thể đọc được nếu không có một máy Enigma khác. Sau cùng, công nghệ máy tính buổi ban đầu đã được sử dụng để giúp giải mật mã Enigma. Việc giải mã thành công các thông điệp Enigma vẫn được xem là một đóng góp quan trọng vào chiến thắng của phe Đồng Minh.
Mật mã học trong kỷ nguyên máy tính
Với sự nổi lên của máy tính, mật mã đã phát triển hơn rất nhiều so với kỷ nguyên công nghệ tương tự. Mã hóa toán học 128 bit, mạnh hơn rất nhiều so với bất kỳ mật mã cổ đại hay thời trung cổ nào, hiện là tiêu chuẩn cho nhiều thiết bị cảm biến và hệ thống máy tính. Bắt đầu từ năm 1990, một dạng mã hóa hoàn toàn mới, với tên gọi mật mã lượng tử, đã và đang được phát triển bởi các nhà khoa học máy tính với hy vọng một lần nữa sẽ nâng cao mức độ bảo vệ của mã hóa hiện đại.
Gần đây, các kỹ thuật mã hóa cũng đã được áp dụng cho tiền điện tử. Tiền điện tử tận dụng một số kỹ thuật mã hóa tiên tiến, bao gồm hàm băm, mật mã khóa công khai và chữ ký số. Những kỹ thuật này được sử dụng chủ yếu để đảm bảo tính bảo mật của dữ liệu được lưu trữ trên các blockchain và để xác thực giao dịch. Một dạng mã hóa đặc biệt, được gọi là Thuật toán chữ ký điện tử dựa trên đường cong Elliptic (ECDSA), giúp cho Bitcoin và các hệ thống tiền điện tử khác trong tăng thêm tính bảo mật và đảm bảo rằng tiền chỉ có thể được sử dụng bởi chủ sở hữu hợp pháp.
Mật mã hóa đã đi một chặng đường dài trong 4000 năm qua, và không có khả năng sẽ dừng lại sớm. Miễn là có dữ liệu nhạy cảm cần được bảo vệ, mật mã học sẽ tiếp tục phát triển. Mặc dù các hệ thống mã hóa được dùng trong các khối blockchain tiền điện tử ngày nay là một số dạng tiên tiến nhất của ngành khoa học mã hóa, chúng cũng là một phần trong chuỗi dài phát triển từ trước đến nay của lịch sử nhân loại.