Sejak zaman purba, orang telah bergantung kepada kriptografi, seni menulis dan menyelesaikan mesej berkod, untuk mengekalkan rahsia mereka. Pada abad kelima, mesej yang tersirat ditulis pada kulit atau kertas dan dihantar oleh utusan manusia. Hari ini, ciphers membantu melindungi data digital kami kerana ia meluncur melalui internet. Esok, ladang boleh membuat lompatan lain; dengan komputer kuantum di kaki langit, cryptographers sedang mengetuk kuasa fizik untuk menghasilkan ciphers yang paling selamat setakat ini.
Kaedah-kaedah sejarah penyimpanan rahsia
Perkataan "kriptografi" berasal daripada perkataan Yunani "kryptos," yang bermaksud tersembunyi, dan "graphein," untuk menulis. Daripada menyembunyikan mesej secara fizikal dari mata musuh, kriptografi membolehkan kedua-dua pihak berkomunikasi dengan mudah tetapi dalam bahasa yang tidak dapat dibaca oleh musuh mereka.
Untuk menyulitkan mesej, pengirim mesti memanipulasi kandungan menggunakan beberapa kaedah sistematik, yang dikenali sebagai algoritma. Mesej asal, yang dipanggil plaintext, boleh digagalkan supaya hurufnya selaras dengan susunan yang tidak difahami atau setiap huruf mungkin diganti dengan yang lain. Kesilapan yang dihasilkan dikenali sebagai ciphertext, menurut Sains Komputer Kursus Crash.
Di zaman Grecian, mesej rahsia Spartan yang disulitkan dengan menggunakan alat yang disebut scytale, yang terdiri daripada jalur kulit yang kurus di sekitar kakitangan kayu, menurut Pusat Sejarah Cryptologic. Tak terkalahkan, jalur itu seolah-olah menanggung satu rentetan watak rawak, tetapi jika luka di sekeliling kakitangan dengan saiz tertentu, huruf itu sejajar dengan kata-kata. Teknik penggilapan huruf ini dikenali sebagai cipher transposisi.
Kama Sutra menyebut satu algoritma alternatif, yang dikenali sebagai penggantian, mencadangkan supaya wanita mempelajari kaedah untuk menyimpan rekod dari kenalan mereka yang tersembunyi, The Atlantic melaporkan. Untuk menggunakan penggantian, pengirim menukar setiap huruf dalam mesej yang lain; contohnya, "A" mungkin menjadi "Z," dan sebagainya. Untuk menyahsulit mesej sedemikian, pengirim dan penerima perlu menyepakati huruf mana yang akan ditukar, sama seperti askar Spartan diperlukan untuk memiliki scytale saiz yang sama.
Cryptanalyst pertama
Pengetahuan tertentu yang diperlukan untuk memulihkan ciphertext menjadi plaintext, yang dikenali sebagai kunci, mesti disimpan rahsia untuk memastikan keselamatan mesej. Untuk memecahkan cipher tanpa kuncinya memerlukan pengetahuan dan kemahiran yang hebat.
Penggantian cipher tidak diselesaikan melalui milenium pertama A.D. - sehingga ahli matematik Arab al-Kindi menyedari kelemahannya, menurut Simon Singh, pengarang "The Code Book" (Random House, 2011). Memandangkan huruf-huruf tertentu digunakan lebih kerap daripada yang lain, al-Kindi mampu membalikkan penggantian dengan menganalisis huruf-huruf mana yang paling sering timbul dalam ciphertext. Para cendekiawan Arab menjadi cryptanalysts terkemuka dunia, memaksa cryptographers untuk menyesuaikan kaedah mereka.
Sebagai kaedah kriptografi maju, cryptanalysts melangkah untuk mencabar mereka. Antara perbalahan yang paling terkenal dalam pertempuran yang sedang berlangsung ini adalah usaha Allied untuk memecahkan mesin Enigma Jerman semasa Perang Dunia II. Mesej Enigma yang disulitkan dengan menggunakan algoritma penggantian yang kunci rumit berubah setiap hari; pada gilirannya, cryptanalyst Alan Turing telah membangunkan sebuah peranti yang dipanggil "bombe" untuk mengesan tetapan Enigma yang berubah, menurut Agensi Perisikan Pusat A.S..
Kriptografi dalam zaman internet
Dalam era digital, matlamat kriptografi tetap sama: untuk mengelakkan maklumat yang ditukar antara dua pihak yang dialihkan oleh musuh. Ahli sains komputer sering merujuk kepada kedua-dua pihak sebagai "Alice and Bob," entiti fiksyen pertama kali diperkenalkan dalam artikel 1978 yang menerangkan kaedah penyulitan digital. Alice dan Bob sentiasa diganggu oleh eavesdropper yang menjengkelkan bernama "Hawa."
Semua jenis aplikasi menggunakan penyulitan untuk memastikan data kami selamat, termasuk nombor kad kredit, rekod perubatan dan kriptografi seperti Bitcoin. Blockchain, teknologi di sebalik Bitcoin, menghubungkan beratus-ratus ribu komputer melalui rangkaian diedarkan dan menggunakan kriptografi untuk melindungi identiti setiap pengguna dan mengekalkan log kekal transaksi mereka.
Kemunculan rangkaian komputer memperkenalkan masalah baru: jika Alice dan Bob berada di sisi yang bertentangan di dunia, bagaimanakah mereka berkongsi kunci rahsia tanpa Eve menyerangnya? Kriptografi utama awam muncul sebagai penyelesaian, menurut Khan Academy. Skim ini memanfaatkan fungsi satu hala - matematik yang mudah dilakukan tetapi sukar untuk dibalikkan tanpa kepingan maklumat penting. Alice dan Bob menukar ciphertext mereka dan kunci awam di bawah pandangan hati Eve, tetapi masing-masing menyimpan kunci persendirian untuk diri mereka sendiri. Dengan menggunakan kedua-dua kunci peribadi untuk ciphertext, pasangan itu mencapai penyelesaian bersama. Sementara itu, Eve berjuang untuk menguraikan petunjuk jarang mereka.
Bentuk kriptografi kunci awam yang digunakan secara meluas, yang disebut penyulitan RSA, mengetuk ke dalam sifat rumit penumpukan utama - mencari dua nombor perdana yang membiak bersama untuk memberi anda penyelesaian tertentu. Mengalikan dua nombor perdana tidak mengambil masa sama sekali, tetapi komputer terpantas di Bumi boleh mengambil beratus-ratus tahun untuk membalikkan proses tersebut. Alice memilih dua nombor untuk membina kunci penyulitannya, meninggalkan Eve tugas sia-sia menggali angka itu dengan cara yang sukar.
Mengambil lonjakan kuantum
Untuk mencari cipher yang tidak dapat dipisahkan, kriptografi hari ini mencari fizik kuantum. Fizik kuantum menerangkan tingkah laku yang pelik pada perkara yang sangat kecil. Seperti kucing Schrödinger yang terkenal, zarah subatom wujud di banyak negeri pada masa yang sama. Tetapi apabila kotak dibuka, zarah akan menjadi satu keadaan yang boleh dilihat. Pada tahun 1970an dan '80an, ahli fizik mula menggunakan harta funky ini untuk menyulitkan mesej rahsia, satu kaedah yang kini dikenali sebagai "pengedaran kunci kuantum."
Sama seperti kunci boleh dikodkan dalam bait, ahli fizik kini mengodkan kunci dalam sifat zarah, biasanya foton. Pengesan penyangak yang jahat mesti mengukur zarah-zarah itu untuk mencuri kunci, tetapi sebarang percubaan untuk melakukannya mengubah tingkah laku foton, menyedarkan Alice dan Bob untuk pelanggaran keselamatan. Sistem penggera terbina dalam ini menjadikan pengedaran kunci kuantum "terjamin selamat," dilaporkan Berwayar.
Kekunci kuantum boleh ditukar melalui jarak jauh melalui gentian optik, tetapi laluan pengedaran alternatif menimbulkan minat ahli fizik pada tahun 1990-an. Dicadangkan oleh Artur Ekert, teknik itu membolehkan dua foton untuk berkomunikasi melalui jarak jauh berkat fenomena yang disebut "entanglement kuantum."
"Objek kuantum mempunyai harta yang mengagumkan di mana jika anda memisahkannya, malah lebih dari ratusan batu, mereka boleh saling merasakan antara satu sama lain," kata Ekert, kini seorang profesor dan pengarah Pusat Teknologi Kuantum di Universiti Nasional Singapura. Zarah-zarah yang ditebang berkelakuan sebagai satu unit, membolehkan Alice dan Bob membuat kunci bersama dengan mengambil pengukuran pada setiap hujungnya. Sekiranya seorang eavesdropper cuba untuk memintas kunci, zarah bertindak balas dan pengukuran berubah.
Kriptografi kuantum adalah lebih daripada tanggapan abstrak; pada tahun 2004, para penyelidik telah memindahkan € 3,000 ke dalam akaun bank dengan cara foton terikat, kata Science Science. Pada tahun 2017, para penyelidik menembak dua foton yang terseret ke Bumi dari satelit Micius, mengekalkan sambungannya melebihi rekod 747 batu (1,203 kilometer), menurut New Scientist. Banyak syarikat kini dikunci dalam perlumbaan untuk mengembangkan cryptography kuantum untuk aplikasi komersil, dengan beberapa kejayaan setakat ini.
Untuk menjamin masa depan keselamatan siber, mereka juga mungkin dalam perlumbaan terhadap jam.
"Sekiranya terdapat komputer kuantum, sistem kriptografi yang ada, termasuk mereka yang menyokong kriptografi, tidak lagi selamat," kata Ekert kepada Live Science. "Kami tidak tahu sama ada betul-betul mereka akan dibina - kami lebih baik mula melakukan sesuatu sekarang."
