Κρυπτογραφία και κρυπτανάλυση από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα

Abstract

Η παρακάτω εργασία αναφέρεται στη διαχρονική εξέλιξη μεθόδων κρυπτογραφίας και κρυπτανάλυσης στις παρακάτω περιόδους και την συμβολή της κρυπτογραφίας τόσο κατά την περίοδο των πολέμων όσο και κατά την περίοδο της ειρήνης. H λέξη κρυπτογραφία προέρχεται από τα συνθετικά κρυπτός + γράφω και είναι ένας επιστημονικός κλάδος που ασχολείται με τη μελέτη, την ανάπτυξη και την χρήση τεχνικών κρυπτογράφησης, με σκοπό την απόκρυψη του περιεχομένου των μηνυμάτων. Η κρυπτογραφία είναι ένας κλάδος της επιστήμης της κρυπτολογίας, η οποία ασχολείται με τη μελέτη της ασφαλούς επικοινωνίας. Ο κύριος στόχος της είναι να παρέχει μηχανισμούς για 2 ή περισσότερα μέλη να επικοινωνήσουν χωρίς κάποιος άλλος να είναι ικανός να διαβάζει την πληροφορία εκτός από τα μέλη. Η λέξη κρυπτολογία αποτελείται από την ελληνική λέξη κρυπτός και τη λέξη λόγος και χωρίζεται σε δύο κλάδους : Την Κρυπτογραφία και την Κρυπτανάλυση. Ιστορικά η κρυπτογραφία χρησιμοποιήθηκε για την κρυπτογράφηση μηνυμάτων, δηλαδή μετατροπή της πληροφορίας από μια κατανοητή μορφή σε ένα γρίφο, που χωρίς τη γνώση του κρυφού μετασχηματισμού θα παρέμενε ακατανόητος. Κύριο χαρακτηριστικό των παλαιότερων μορφών κρυπτογράφησης ήταν ότι η επεξεργασία γινόταν πάνω στη γλωσσική δομή. Στις νεότερες μορφές κρυπτογραφίας η έμφαση έχει μεταφερθεί σε διάφορα πεδία των μαθηματικών, όπως διακριτά μαθηματικά, θεωρία αριθμών, στατιστική και συνδυαστική ανάλυση.

Η κρυπτογραφία έχει 4 βασικές λειτουργίες :

• Εμπιστευτικότητα : Η πληροφορία προς μετάδοση είναι προσβάσιμη μόνο στα εξουσιοδοτημένα μέλη και είναι ακατανόητη σε κάποιον τρίτο. • Ακεραιότητα : Η πληροφορία μπορεί να αλλοιωθεί μόνο από τα εξουσιοδοτημένα μέλη και δεν μπορεί να αλλοιώνεται χωρίς την ανίχνευση της αλλοίωσης. • Μη απάρνηση : Ο αποστολέας ή ο παραλήπτης της πληροφορίας δεν μπορεί να αρνηθεί την αυθεντικότητα της μετάδοσης ή της δημιουργίας της. • Πιστοποίηση : Οι αποστολέας και παραλήπτης μπορούν να εξακριβώνουν τις ταυτότητές τους καθώς και την πηγή και τον προορισμό της πληροφορίας με διαβεβαίωση ότι οι ταυτότητές τους δεν είναι πλαστές.

Η ιστορία της κρυπτογραφίας μπορεί κατά προσέγγιση να διαιρεθεί σε 3 στάδια. Στο πρώτο στάδιο οι διαδικασίες κρυπτογράφησης αφορούσαν τον τρόπο της έντυπης απεικόνισης (μελάνι και χαρτί). Έλαβαν τη μορφή αντικατάστασης και αναδιάταξης των γραμμάτων της αλφαβήτου. Σαν δεύτερο στάδιο αναφέρεται αυτό των κρυπτογραφικών μηχανών, ιδίως στην περίοδο του Β΄ παγκοσμίου πολέμου(η γερμανική μηχανή Enigma). Τελευταίο στάδιο θεωρείται το σύγχρονο κρυπτογραφικό σύστημα, απόρροια της αμοιβαίας αλληλεπίδρασης των μαθηματικών και των υπολογιστών ( οι υπολογιστές επέτρεψαν τη χρήση περιπλοκότερων αλγορίθμων κρυπτογράφησης και τα μαθηματικά προσέφεραν τον σχεδιασμό).

Χρονολογικά οι 3 περίοδοι της κρυπτογραφίας είναι: • 1900 π.Χ – 1900 μ. Χ • 1900 μ. Χ – 1950 μ. Χ • 1950 μ. Χ – Σήμερα

Αρχαιότητα: Κατά την διάρκεια αυτής της περιόδου αναπτύχθηκε μεγάλο πλήθος μεθόδων και αλγορίθμων κρυπτογράφησης, που βασίζονταν κυρίως σε απλές αντικαταστάσεις γραμμάτων και οι οποίες στηρίζονταν στην ευφυΐα και την ευρηματικότητα των δημιουργών τους. Η απαρχή αυτών των μεθόδων και κατά συνέπεια της χρήσης της κρυπτογραφίας τοποθετείται από τους ιστορικούς περίπου στα 1900 π.Χ. στην αιγυπτιακή πόλη Menet-Khufu. Χαρακτηριστικά μέσα κρυπτογραφίας τη συγκεκριμένη εποχή είναι η σκυτάλη, μια εφεύρεση των Σπαρτιατών, η δημιουργία ενός πίνακα ο οποίος αντιστοιχεί σε αριθμούς από τον Πολύβιο το 170 π.Χ, αλλά και το κρυπτοσύστημα αντικατάστασης του Καίσαρα τα οποία θα περιγραφούν αναλυτικά παρακάτω. Μεσαίωνας: Στην διάρκεια του Μεσαίωνα, η κρυπτολογία όπως και όλες οι επιστήμες ήταν κάτι το απαγορευμένο και αποτελούσε μια μορφή αποκρυφισμού και μαύρης μαγείας, κάτι που συντέλεσε στην καθυστέρηση της ανάπτυξης της. Η εξέλιξη, τόσο της κρυπτολογίας, όπως και των μαθηματικών, συνεχίζεται στον Αραβικό κόσμο. Οι Άραβες είναι οι πρώτοι που επινόησαν αλλά και χρησιμοποίησαν μεθόδους κρυπτανάλυσης. Χαρακτηριστικό επίσης αυτής της εποχής είναι η εμφάνιση της πρώτης μηχανικής κρυπτοσυσκευής καθώς και η αποκρυπτογράφηση των αιγυπτιακών ιερογλυφικών. Γνωστότερος εκπρόσωπος της αραβικής κρυπτολογίας είναι ο Αλ Κιντί.

Περίοδος των δύο παγκοσμίων πολέμων: Η επόμενη περίοδος της κρυπτογραφίας τοποθετείται στις αρχές του 20ου αιώνα και φτάνει μέχρι το 1950.Καλύπτει, επομένως, τους δύο παγκόσμιους πολέμους καθώς και το χρονικό διάστημα μεταξύ αυτών στο οποίο εντάσσεται η Οκτωβριανή επανάσταση. Εξαιτίας των πολέμων (λόγω της εξαιρετικά μεγάλης ανάγκης που υπήρξε για ασφάλεια κατά την μετάδοση ζωτικών πληροφοριών μεταξύ των στρατευμάτων των χωρών) αναπτύχθηκε η κρυπτογραφία τόσο όσο δεν είχε αναπτυχθεί τα προηγούμενα 3000 χρόνια. Τα κρυπτοσυστήματα αυτής της περιόδου αρχίζουν να γίνονται πολύπλοκα, και να αποτελούνται από μηχανικές και ηλεκτρομηχανικές κατασκευές, οι οποίες ονομάζονται «κρυπτομηχανές». Η κρυπτανάλυση τους, απαιτεί μεγάλο αριθμό προσωπικού, το οποίο εργαζόταν επί μεγάλο χρονικό διάστημα ενώ ταυτόχρονα γίνεται εξαιρετικά αισθητή η ανάγκη για μεγάλη υπολογιστική ισχύ. Παρά την πολυπλοκότητα που αποκτούν τα συστήματα κρυπτογράφησης κατά την διάρκεια αυτής της περιόδου η κρυπτανάλυση τους είναι συνήθως επιτυχημένη.

Ψυχρός Πόλεμος-Σήμερα: Η περίοδος αυτή ξεκινάει με τους πολέμους στην Κορέα και στο Βιετνάμ, ακολουθεί η κρίση στην Κούβα και η περίοδος περεστρόικας και καταλήγει στη σημερινή εποχή η οποία χαρακτηρίζεται από την έξαρση της ανάπτυξης στους επιστημονικούς κλάδους των μαθηματικών, της μικροηλεκτρονικής και των υπολογιστικών συστημάτων. Η εποχή της σύγχρονης κρυπτογραφίας αρχίζει ουσιαστικά με τον Claude Shannon, αναμφισβήτητα ο πατέρας των μαθηματικών συστημάτων κρυπτογραφίας.