מה זה קריפטוגרפיה?

מאז ימי קדם, אנשים הסתמכו על קריפטוגרפיה, אומנות הכתיבה והפתרון של הודעות מקודדות, כדי לשמור על סודותיהם מאובטחים. במאה החמישית הודבקו הודעות מוצפנות על עור או נייר והועברו על ידי שליח אנושי. כיום הצ’פרים עוזרים להגן על הנתונים הדיגיטליים שלנו בזמן שהם רוכזים דרך האינטרנט. מחר, השדה עשוי לעשות קפיצת מדרגה נוספת; עם מחשבים קוונטיים באופק, קריפטוגרפים מקישים את כוחה של הפיזיקה לייצר את הצ’יפים הבטוחים ביותר עד כה.
שיטות היסטוריות לשמירת סוד

המלה “קריפטוגרפיה” נגזרת מהמילים היווניות “קריפטוס”, שמשמעותה נסתרת, ו”גראפיין “, לכתיבה. במקום להסתיר פיזית מסר מעיני האויב, הקריפטוגרפיה מאפשרת לשני הצדדים לתקשר בפראות אך בשפה שיריבם אינו יכול לקרוא.

כדי להצפין הודעה, על השולח לתפעל את התוכן בשיטה שיטתית כלשהי, המכונה אלגוריתם. ההודעה המקורית, המכונה פשוט טקסט, עשויה להיות מקושקשת כך שהאותיות שלה מתיישרות בסדר לא מובן או שכל אות תוחלף באחרת. הג’יבריש שהתקבל מכונה “צופן טקסט”, על פי מדעי המחשב של קורס מזורז.

בתקופה Grecian, הצבא הספרטני הצפין הודעות באמצעות מכשיר שנקרא סקייטייל, שהורכב מרצועת עור רזה פצוע סביב צוות עץ, על פי המרכז להיסטוריה קריפטולוגית. הרצועה נפרשה כמי שנשאה מחרוזת של תווים אקראיים, אך אם היא מתפתלת סביב צוות בגודל מסוים, האותיות יישרו למילים. טכניקה זו של דשדוש אותיות ידועה כצופן טרנספוזיציה.

קמה סוטרהמזכיר אלגוריתם חלופי, המכונה החלפה, וממליץ לנשים ללמוד את השיטה כדי לשמור על תיעוד של קשרי הקשר שלהן, כך דווח באטלנטיק. כדי להשתמש בהחלפה, השולח מחליף כל אות בהודעה עבור הודעה אחרת; למשל, “A” עשוי להפוך ל- “Z” וכן הלאה. כדי לפענח הודעה כזו, השולח והנמען צריכים להסכים על אילו אותיות יוחלפו, בדיוק כמו שחיילים ספרטנים היו צריכים להחזיק באותו שטח קטן.
הקריפטנליסטים הראשונים

יש לשמור בסוד את הידע הספציפי הדרוש כדי להחזיר קידוד לטקסט הפשוט, המכונה המפתח, כדי להבטיח את אבטחת ההודעה. לפיצוח צופן ללא המפתח שלו דורש ידע ומיומנות רבה.

צופן ההחלפה לא נקרק במהלך האלף הראשון A.D. – עד שהמתמטיקאי הערבי אל-קינדי הבין את חולשתו, לפי סימון סינג, מחבר הספר “ספר הקוד” (בית אקראי, 2011). בציין כי אותיות מסוימות משמשות בתדירות גבוהה יותר מאחרות, אל-קינדי הצליח לשנות תחליפים על ידי ניתוח אילו אותיות צצות בתדירות הגבוהה ביותר בצפורת טקסט. חוקרים ערבים הפכו להיות הקריפטנליטיקאים הגדולים בעולם, ואילצו את הקריפטוגרפים להתאים את שיטותיהם.

ככל שמתקדמות שיטות קריפטוגרפיה, הצליחו הקריפטנליסטים לאתגר אותם. בין ההתכתשויות הידועות ביותר בקרב מתמשך זה היה המאמץ של בעלות הברית לשבור את מכונת האניגמה הגרמנית במלחמת העולם השנייה. מכונת אניגמה הצפינה הודעות באמצעות אלגוריתם החלפה שהמפתח המורכב שלו השתנה מדי יום; בתורו, הקריפטנליסט אלן טיורינג פיתח מכשיר בשם “הפצצה” כדי לעקוב אחר ההגדרות המשתנות של אניגמה, על פי סוכנות הביון המרכזית של ארה”ב.

שולח ההודעה הסודית צריך להמציא שיטה שיטתית לתמרן את הקשר ההודעה, שרק הנמען יכול לפענח. המסר המהולל ידוע כצופן טקסט.

קריפטוגרפיה בעידן האינטרנט

בעידן הדיגיטלי, מטרת הקריפטוגרפיה נותרה זהה: למנוע שהמידע שהוחלף בין שני מפלגות מוחלף על ידי יריב. מדעני מחשבים מתייחסים לרוב לשתי המפלגות כאל “אליס ובוב”, ישויות בדיוניות שהוצגו לראשונה במאמר משנת 1978 המתאר שיטת הצפנה דיגיטלית. אליס ובוב מוטרדים כל הזמן מצותת-עור ​​מצולקת בשם “חוה”.

כל מיני אפליקציות משתמשות בהצפנה לשמירה על אבטחת הנתונים שלנו, כולל מספרי כרטיסי אשראי, רשומות רפואיות ו cryptocur מטבעות כמו ביטקוין. Blockchain, הטכנולוגיה שעומדת מאחורי ביטקוין, מחברת מאות אלפי מחשבים באמצעות רשת מבוזרת ומשתמשת בקריפטוגרפיה כדי להגן על זהותו של כל משתמש ולשמור על יומן קבוע של העסקאות שלהם.

הופעתן של רשתות מחשבים הציגה בעיה חדשה: אם אליס ובוב נמצאים משני צדי העולם, איך הם חולקים מפתח סודי מבלי שחווה תיתן אותו? על פי נתוני האקדמיה של חאן, הקריפטוגרפיה של המפתח הציבורי הופיעה כפתרון. התוכנית מנצלת פונקציות חד כיווניות – מתמטיקה שקל לבצע אך קשה להפוך אותה ללא פיסות מידע מרכזיות. אליס ובוב מחליפים את הצופן שלהם ואת המפתח הציבורי תחת מבטה הפקוח של חוה, אך כל אחד מהם שומר על מפתח פרטי לעצמם. על ידי החלת שני המפתחות הפרטיים על הצופן, הזוג מגיע לפיתרון משותף. בינתיים, חווה נאבקת לפענח את הרמזים הדלילים שלהם.

צורה שנמצאת בשימוש נרחב של קריפטוגרפיה של מפתח ציבורי, המכונה הצפנת RSA, מתהדרת באופי המסובך של פקטורזציה ראשונית – למצוא שני מספרים ראשוניים שמתרבים יחד בכדי לתת לך פיתרון ספציפי. הכפלת שני מספרים ראשוניים לא לוקח זמן, אבל אפילו המחשבים המהירים ביותר בכדור הארץ יכולים לקחת מאות שנים להפוך את התהליך. אליס בוחרת שני מספרים עליהם לבנות את מפתח ההצפנה שלה, ותשאיר לחווה את המשימה חסרת התוחלת לחפור את הספרות הללו בדרך הקשה.

לוקח קפיצת מדרגה

בחיפוש אחר צופן בלתי ניתן לשבירה, הקריפטוגרפים של ימינו מחפשים את הפיזיקה הקוונטית. פיזיקת הקוונטים מתארת ​​את התנהגותם המוזרה של החומר בסולמות קטנים להפליא. כמו החתול המפורסם של שרדינגר, חלקיקים תת-אטומיים קיימים במדינות רבות בו זמנית. אך עם פתיחת התיבה החלקיקים עוברים למצב נצפה אחד. בשנות השבעים והשמונים החלו הפיזיקאים להשתמש בנכס פאנקי זה כדי להצפין הודעות סודיות, שיטה הידועה כיום בשם “חלוקת מפתח קוונטי”.

כשם שניתן לקודד מפתחות בבתים, כעת פיזיקאים מקודדים מפתחות בתכונות של חלקיקים, לרוב פוטונים. מצותת-ציפורניים חייבת למדוד את החלקיקים בכדי לגנוב את המפתח, אך כל ניסיון לעשות זאת משנה את התנהגות הפוטונים, ומתריע על אליס ובוב להפרצת האבטחה. מערכת אזעקה מובנית זו הופכת את הפצת מפתחות קוונטית ל”מאובטחת לעין “, דיווחה Wired.

ניתן להחליף מפתחות קוונטיים למרחקים ארוכים באמצעות סיבים אופטיים, אך דרך חלוקה חלופית עוררה את התעניינותם של הפיזיקאים בשנות התשעים. הטכניקה, שהציע ארטור אקרט, מאפשרת לשני פוטונים לתקשר לאורך מרחקים גדולים בזכות תופעה המכונה “הסתבכות קוונטית”.

“לאובייקטים קוונטיים [מסובכים] יש את המאפיין המדהים הזה, שאם אתה מפריד ביניהם, אפילו על פני מאות קילומטרים, הם יכולים להרגיש זה את זה”, אמר אקרט, כיום פרופסור באוקספורד ומנהל המרכז לטכנולוגיות קוונטיות באוניברסיטה הלאומית. של סינגפור. חלקיקים מסובכים מתנהגים כיחידה אחת, ומאפשרים לאליס ולבוב ליצור מפתח משותף על ידי ביצוע מדידות בכל קצה. אם ציפורן מנסה ליירט את המפתח, החלקיקים מגיבים והמדידות משתנות.

Leave a Comment