A kriptográfia művészete már az ókori Babilóniában megjelent, de az évezredek során a titkosítás módszerei forradalmi fejlődésen mentek keresztül.
A korai próbálkozások
A titkosítás művészete nem a modern kor találmánya. Az információ elrejtése, kódolása évezredekkel ezelőtt is létezett. A babilóniaiak ékírásukban titkos jeleket használtak, az ókori egyiptomi papok pedig hieratikus írással közvetítettek üzeneteket, amelyeket a hétköznapi nép nem értett. Az egyiptomiak célja ugyan nem a titkosítás volt, de mellékesen ezt is elérték. Héber írástudók Kr. e. 600–500 között az ábécé megfordításával rejtették el mondanivalójukat.
A kriptográfia korai példái közé tartozik a spártaiak skytala nevű eszköze, amelyet mintegy 2400 évvel ezelőtt használtak. A skytala egy egyszerű, de ötletes megoldás volt a titkos üzenetek továbbítására, egy bőr- vagy papiruszcsíkot spirálisan egy hengeres botra tekertek, majd a szalag felületére, hosszanti irányban írták az üzenetet. Amikor a csíkot letekerték a botról, a szöveg töredezetté vált, a betűk sorrendje összekeveredett, így az üzenet értelmetlennek tűnt a kívülállók számára.
A titkosítás megfejtéséhez a címzettnek ugyanolyan átmérőjű és hosszúságú botra volt szüksége. Ha erre feltekerte a szalagot, a betűk újra a megfelelő sorrendbe kerültek, és az eredeti üzenet olvashatóvá vált. A módszer technikailag transzpozíciós rejtjelezés volt, amely a betűk sorrendjét változtatta meg anélkül, hogy maguk a betűk megváltoztak volna.
Bár a skytala egyszerű eszköznek tűnik, a maga korában hatékony és praktikus megoldásnak számított a csatatéren vagy bizalmas üzenetek továbbításában.
Julius Caesar is fejlesztett titkosítási módszert, az úgynevezett Caesar-kódot. Ebben a betűk az ábécében bizonyos számú hellyel eltolódnak. Például az A-ból D lesz, a B-ből E, és így tovább. A kód kulcsa az eltolás mértéke, de ennek is megvolt a gyengesége, a kulcsot előre el kellett juttatni a címzetthez.
Az arab kriptográfia áttörése, Al-Kindi és a frekvenciaanalízis forradalma
A kriptográfia történetében mérföldkőnek számít a 9. század, amikor a bagdadi Bölcsesség Házában tevékenykedő arab tudós, al-Kindi (teljes nevén Abu Yusuf Yaqub ibn Ishaq al-Sabbah al-Kindi) megalkotta a kriptoanalízis tudományát.
Al-Kindi a matematika, a filozófia, az orvostudomány és a zene területén is jelentős tudós volt, de a titkosítás feltörésének módszertanát kidolgozó írása, A titkosított üzenetek megfejtésének kézikönyve, új korszakot nyitott a rejtjelezés történetében.
Ebben a művében al-Kindi leírta, hogyan lehet egy monoalfabetikus helyettesítő kód – vagyis olyan rejtjel, amely minden egyes betűt mindig ugyanarra cserél – titkát feltörni a frekvenciaanalízis segítségével. A módszer lényege, hogy minden nyelvben bizonyos betűk gyakrabban fordulnak elő, mint mások. Például az arab nyelvben a leggyakoribb betűk között van az alif (a hangot jelölő betű), míg a ritkábban előforduló betűk, mint például a dzsím vagy a dzsá, jóval kevesebbszer jelennek meg a szövegekben.
Al-Kindi felismerte, hogy ha elegendő hosszúságú titkosított szöveget elemezünk, akkor a betűk gyakorisága – vagyis hányszor szerepel egy adott betű a szövegben – követi az eredeti nyelv statisztikai mintázatát. Ha például egy rejtjelben a leggyakrabban előforduló betűt megfigyeljük, akkor az valószínűleg megfelel az eredeti szöveg leggyakoribb betűjének. Így, ha ismerjük az adott nyelv statisztikai jellemzőit, például melyik betű hányszor fordul elő, visszakövetkeztethetünk a titkosítás nélküli szöveg egyes elemeire.
Ez a felismerés forradalmi volt, mert először tette lehetővé tudományos módszerekkel a rejtjelek feltörését. A frekvenciaanalízis módszerét a későbbi évszázadok kriptográfusai is alkalmazták, például a középkori Európában és a reneszánsz Itáliában. Még ma is – bár jóval bonyolultabb titkosítási rendszerekkel dolgozunk – a frekvenciaanalízis alapelvei fontos szerepet játszanak a kriptoanalízisben és a titkosítás biztonsági értékelésében.
Al-Kindi munkája bizonyította, hogy a rejtjelezés nem pusztán művészet, hanem tudományos megközelítéssel is feltörhető, és ezzel megalapozta a modern kriptográfia egyik legfontosabb alapelvét: minden titkosítási rendszer csak addig biztonságos, amíg a kulcs titkos marad.
Alberti korongja és a polialfabétikus rejtjelek
A 15. században a kriptográfia történetében mérföldkövet jelentett Leon Battista Alberti találmánya, az Alberti-korong. Ez a szerkezet két, egymásba illesztett, tengely körül elforgatható fémgyűrűből állt. Az egyik gyűrű – a rögzített – a latin ábécé nagybetűit tartalmazta, a másik, mozgatható gyűrű kisbetűket vagy más jeleket.
Az üzenet titkosításához a gyűrűket el kellett forgatni egymáshoz képest, így a betűk megfeleltetése folyamatosan változott. Ez a módszer az első polialfabétikus rejtjel volt, amely a titkosítás során többféle betűhelyettesítést alkalmazott, és jelentősen megnehezítette a feltörést. Alberti újítása az volt, hogy a kódolás nem egyetlen, fix szabály alapján történt, hanem a betűk cseréje a kulcsszó, a gyűrűk állása vagy egy előre meghatározott algoritmus szerint folyamatosan változott.
Az Alberti-korong a kriptográfia egyik legfontosabb mérföldköve lett, mivel elsőként tette lehetővé a dinamikus titkosítást, amely az üzenet biztonságát a változó kódolás révén növelte.
A Playfair-rejtjelezés és a háborús alkalmazások
A 19. század közepén Sir Charles Wheatstone brit tudós alkotta meg a Playfair-rejtjelezést, amely új megközelítést hozott a titkosításban. A Playfair-módszer a betűpárok, vagyis digráfok helyettesítésén alapult, nem pedig az egyes betűkön. A kulcs egy előre egyeztetett szó vagy kifejezés, amely alapján egy 5×5-ös mátrixot állítottak fel az ábécé betűiből.
Az üzenet betűit párokba osztották, és ezek helyettesítését a mátrix szabályai szerint végezték. Bár Wheatstone volt a rejtjelezés megalkotója, a módszert Lord Playfair, a befolyásos politikus és diplomata népszerűsítette, így a kód róla kapta a nevét.
A Playfair-rejtjelezés előnye a komplexitás növelése volt, mivel nem egyedi betűket, hanem betűpárokat kódolt, sokkal nehezebb volt frekvenciaanalízissel feltörni. A módszer annyira hatékony volt, hogy az első és olykor még a második világháború során is használták a brit és más hadseregek titkos üzeneteinek továbbítására.
Az Enigma és a második világháború
A 20. század elején Edward Hugh Hebern rotoros gépet tervezett, amely minden leütéssel változó kódot generált. Ezt továbbfejlesztve készült el a német Enigma-gép, amely a második világháború egyik legfontosabb titkosító eszközévé vált.
Az Enigma mechanizmusa bonyolult volt, a betűk beütésekor elektromos áramkörök aktiválódtak, és a rotorok elfordulása miatt minden új leütés más-más kódot hozott létre. A gép 105 456 betűkombinációt és 100 milliárdnál is több bekötési lehetőséget kínált. Az Enigma titkát a lengyel matematikus Marian Rejewski és munkatársai kezdték el megfejteni 1932-ben.
Az ő munkájukat és technikai fejlesztéseiket felhasználva (a lengyelek kezdték fejleszteni a „Bomba” gépet) Alan Turing és munkatársai létrehozták a saját „Bombe” nevű gépüket, mely végül segített feltörni a német rejtjelezést.
1945-ben Claude Shannon publikálta a kriptográfia matematikai elméletét. Ez volt a modern titkosítás alapja. Az 1970-es években megjelent a Data Encryption Standard (DES), amely 56 bites kulcsot használt, majd a még biztonságosabb AES (Advanced Encryption Standard) váltotta fel.
A modern kriptográfia szimmetrikus és aszimmetrikus kulcsokat, valamint integritáskódokat használ. Az internet korában a titkosítás mindenhol jelen van, és a biztonságos kommunikáció alapja.
Forrás:mult-kor.hu
Tovább a cikkre »
