مروری بر تاریخچه رمزنگاری و انواع روش‌های آن

علم کدنویسی و رمزنگاری برای ایجاد ارتباطات امن، یکی از مهم‌ترین عناصری ست که پیدایش بلاک چین و ارزهای دیجیتال را امکان‌پذیر ساخته است. روش‌های رمزنگاری که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، نتیجه یک تاریخچه طولانی از توسعه و پیشرفت روش‌های قدیمی‌تر بوده‌اند. از زمان‌های قدیم، مردم از رمزنگاری برای ارسال اطلاعات به صورت امن استفاده می‌کردند. در ادامه این مقاله، تاریخ شگفت‌انگیزی از رمزنگاری، که منجر به پیدایش روش‌های پیشرفته‌تر و پیچیده‌تری برای رمزنگاری دیجیتالی مدرن شده است را مرور می‌کنیم.

ریشه‌های کهن شکل‌گیری رمزنگاری

روش‌های رمزنگاری ابتدایی از دوران باستان وجود داشته است و به نظر می‌رسد بیشتر تمدن‌های اولیه در ارتباطات خود به نحوی از روش‌های کدگذاری استفاده می‌کرده‌اند. جایگزینی نماد، که به نوعی ساده‌ترین شکل رمزنگاری به حساب می‌آید، در نوشته‌های به جا مانده از مصریان و ساکنین بین‌النهرین، دیده می‌شود. در اینگونه از رمزنگاری به جای هرکدام از حروف یک نماد قرار می گرفته است. اولین نمونه از این نوع کدگذاری در آرامگاه مربوط به یکی از اشراف مصری به نام خنوم‌هتپ دوم (Khnumhotep II) که در حدود ۳۹۰۰ سال پیش زندگی می‌کرده، پیدا شده است.

هدف از جایگزینی نماد در کتیبه‌های مربوط به خنم‌هتپ، پنهان کردن اطلاعات نبوده، بلکه افزایش جذابیت کتیبه‌ها از نظر زیبایی زبان‌شناسی بوده است. اولین نمونه شناخته شده از رمزنگاری که با هدف محافظت از اطلاعات حساس مورد استفاده قرار گرفته، در حدود ۳۵۰۰ سال پیش، در زمانی که یکی از ساکنین بین‌النهرین از رمزنگاری برای پنهان کردن فرمول‌هایی برای تهیه ظروف سفالی از خاک رس، استفاده می‌کردند، دیده شده است.

در دوره‌های بعد از باستان، رمزنگاری به طور گسترده‌ای برای محافظت از اطلاعات مهم مورد استفاده قرار گرفته، هدفی که در حال حاضر نیز مورد توجه است.

در یکی از شهرهای یونان باستان به نام اسپارتا، پیام‌ها از طریق نوشته شدن روی یک نوار کاغذی و پیچیدن آن دور یک استوانه‌ی با قطر مشخص رمزگذاری ‌می‌شدند. نوار کاغذی تا زمانی که توسط گیرنده آن، روی یک استوانه با همان قطر قرار نمی‌گرفت، به صورت ناخوانا باقی می‌ماند. به همین ترتیب، جاسوس‌ها در هند باستان در دو قرن قبل از میلاد به استفاده از پیام‌های کدگذاری شده مشهور بودند.

رمزنگاری باستانی در یونان. پیام فقط وقتی قابل خواندن است که نوار کاغذی روی یک استوانه با قطر و اندازه خاص بسته شود. به نوعی اولین رمزنگاری تاریخ که نیاز به سخت افزار داشت!

شاید پیشرفته‌ترین نوع رمزنگاری در دوران باستان توسط رومی‌ها انجام می‌گرفته است. یک نمونه برجسته از رمزنگاری رومی‌ها، که به عنوان رمزنگاری سزار (Caesar cipher) معروف است، شامل جابجایی حروف برای ایجاد یک پیام رمزنگاری شده است.

ساختار رمزنگاری سزار

با آشنایی با این سیستم و همچنین دانستن تعداد جابجایی‌های که برای حروف انجام شده، گیرنده می‌توانست با موفقیت پیام رمزنگاری شده غیرقابل خواندن را رمزگشایی کرده و بخواند.

تحولات قرون وسطی و رنسانس

در طول قرون وسطی، رمزنگاری به شکل فزاینده‌ای اهمیت پیدا کرد، اما رمزگذاری‌هایی که از طریق جابجایی حروف انجام می شد، مانند رمزگذاری سزار، به عنوان استانداردی برای رمزنگاری مورد تایید قرار گرفت. الکندی، ریاضیدان برجسته عرب در سال در قرن هشتم میلادی، روشی با نام تحلیل فراوانی (frequency analysis) ابداع کرده بود که روش رمزنگاری توسط جابجایی حروف را نسبت به کدگشایی آسیب‌پذیر می‌کرد. برای اولین بار، افرادی که برای کدگشایی پیام‌های رمزگذاری شده تلاش می‌کردند، به یک روش اصولی برای انجام این کار دست پیدا کردند، که برای پیشبرد رمزنگاری برای اینکه همچنان مفید باقی بماند، ضروری بود.

در سال ۱۴۶۵، لئون آلبرتی، رمزنگاری چندالفبایی (polyalphabetic cipher) را توسعه داد که به عنوان راه‌حلی در برابر روش تحلیل فراوانی آل‌-کندی به حساب می‌آمد.

در یک رمزنگاری چندالفبایی، یک پیام، با استفاده از دو الفبای مجزا رمزگذاری می‌شود. یکی الفبایی ست که در آن پیام اصلی نوشته می‌شود و دومی الفبای کاملا متفاوتی ست که در آن پیام پس از رمزگذاری، ظاهر می‌شود. با ترکیب روش سنتی رمزگذاری با روش جابجایی حروف و روش رمزگذاری چند الفبایی، امنیت اطلاعات کدگذاری شده به طرز قابل توجهی افزایش می‌یابد. به استثنای حالتی که خواننده حروف الفبایی که پیام اصلی با استفاده از آن نوشته شده است را می‌دانست، روش تجزیه و تحلیل فراوانی استفاده‌ای نداشت.

روش‌های جدید رمزگذاری اطلاعات در دوره رنسانس نیز بیشتر توسعه یافت، از جمله اینکه یک روش محبوب کدگذاری باینری توسط فرانسیس بیکن در سال ۱۶۲۳ ابداع شد.

پیشرفت‌های قرون اخیر

علم رمزنگاری در طول قرن‌های متمادی به طور مداوم پیشرفت کرده است. یک پیشرفت عمده که در حوزه رمزنگاری توصیف شده، توسط توماس جفرسون در سال ۱۷۹۰ ارائه شده بود، هر چند شاید هیچ‌گاه ساخته نشد. ابداع او که به عنوان رمزنگاری چرخشی (cipher wheel) شناخته می شود، شامل ۳۶ حلقه از حروفی می‌شود که بر روی یک چرخ در حال حرکت قرار دارند، که این ایده می‌تواند برای دستیابی به یک رمزگذاری پیچیده مورد استفاده قرار گیرد. این ایده و طرح آنقدر پیشرفته بود که به عنوان پایه رمزنگاری ارتش آمریکا تا پایان جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت.

رمزنگاری چرخشی ابداعی توماس جفرسون

رمزنگاری استفاده شده در جنگ جهانی دوم نیز نمونه‌ای کامل از رمزنگاری آنالوگ است که با نام ماشین انیگما (Enigma) شناخته می‌شود. همانند رمزنگاری چرخشی، این دستگاه نیز با بکارگیری نیروهای محور چرخ، از چرخ‌های در حال چرخیدن برای کدگذاری یک پیام استفاده می‌کند، که این نوع رمزنگاری تقریبا خواندن آن پیام توسط هر ماشین دیگری را غیرممکن می‌سازد.

ماشین انیگما

در نهایت، تکنولوژی کامپیوترهای اولیه برای کمک به شکستن رمز ماشین انیگما مورد استفاده قرار گرفت و رمزگشایی پیام‌های انیگما، همچنان به عنوان یکی از مؤلفه‌های مهم در پیروزی نسل جدید رمزنگاری به حساب می‌آید.

رمزنگاری در عصر رایانه‌ها

با پیدایش و افزایش استفاده از کامپیوترها، رمزنگاری به چیزی بسیار پیشرفته تر از آنچه در دوران آنالوگ بود، تبدیل شد. رمزنگاری ۱۲۸ بیتی، بسیار قوی‌تر از هر نوع رمزنگاری دوران باستان یا قرون وسطی ست که در حال حاضر به عنوان استانداردی برای رمزنگاری در بسیاری از افزاره‌های حساس و سیستم‌های کامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سال ۱۹۹۰، یک شکل کاملا جدیدی از رمزنگاری که رمزنگاری کوانتومی نام گرفته است، توسط دانشمندان علوم کامپیوتری در حال توسعه است تا شاید بتوانند سطح امنیت و حفاظت ارائه شده توسط رمزنگاری مدرن را بار دیگر افزایش دهند.

اخیرا، روش‌های رمزنگاری برای ایجاد ارزهای دیجیتال یا به تعبیر دیگری ارزهای رمزگذاری شده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ارزهای دیجیتال از چندین روش پیشرفته رمزنگاری، شامل توابع هش، رمزنگاری کلید عمومی، و امضاهای دیجیتالی استفاده کرده‌اند. این روش‌ها عمدتا برای اطمینان از امنیت اطلاعات ذخیره شده در بلاک‌ چین‌ها و تایید تراکنش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکل خاصی از رمزنگاری که با نام الگوریتم امضای دیجیتال منحنی‌های بیضوی (ECDSA) شناخته می‌شود، از سیستم‌های بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال، به عنوان ابزاری برای ارائه امنیت بیشتر، پشتیبانی می‌کند.

رمزنگاری در ۴۰۰۰ سال گذشته راه درازی را پیموده است و به نظر می‌رسد به این زودی‌ها متوقف نشود. تا زمانی که داده های مهم و حساسی وجود داشته باشند که نیاز به حفاظت دارند، پیشرفت در زمینه رمزنگاری ادامه خواهد داشت. سیستم‌های رمزنگاری‌ای که امروزه در بلاک‌ چین‌های ارزهای دیجیتال استفاده می‌شوند، برخی از پیشرفته‌ترین شکل‌های این علم را نشان می‌دهند، علاوه بر این می‌توان گفت آنها بخشی از یک علم و سنت قدیمی هستند که به مرور زمان در تاریخ بشر گسترش یافته است.

منبع: Binance