کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست؟

• توسط : محبوبه خاوری
• در : ۱۳۹۹-۰۴-۰۲
• در : اخبار تکنولوژِی دانستنیها

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست و آیا تاکنون چیزی راجع به آن شنیده اید؟ از رمزنگاری چه استفاده هایی می شود و از چه زمانی انسان ها به رمزنگاری رو آورده اند؟ در این مقاله می خواهیم ببینیم که کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست و چه استفاده هایی از آن می شود و از چه زمانی استفاده از آن مرسوم شده است.

از زمان های بسیار دور افراد بسیاری با مقاصد مختلف امنیتی به ویژه برای حفظ امنیت اسرار مختلف از کریپتوگرافی یا رمزنگاری استفاده می کرده اند و در راه دو هنر نوشتن و حل و بازگشایی کد ها و رمز ها را با یکدیگر ترکیب کرده و رمز های خاصی خلق می کردند که تنها سازنده آن ها و کسی که کلید رمزگشایی کدها یا حروف رمز را در اختیار داشت قادر به گشایش رمز پنهان شده بود.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

در قرن پنجم پیام های رمزگذاری شده بر روی چرم یا کاغذ حک شده و توسط یک پیام رسان انسانی تحویل داده می شدند اما امروزه رمزنگارها از طریق پیمایش اینترنتی از اطلاعات دیجیتالی ما محافظت می کنند و در آینده نزدیک معلوم نیست عرصه کریپتوگرافی یا رمزنگاری چه تغییرات گسترده ای را به خود ببیند اما پیداست که در آینده شاهد رمزنگاری های بسیار پیچیده و غیر قابل نفوذی باشیم؛ در حال حاضر رمزنگاران عصر فعلی سعی می کنند با کمک رایانه های کوانتومی و با بهره برداری از قدرت فیزیک، ایمن ترین رمزهای ممکن را تولید نمایند.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

روش های تاریخی رمزنگاری و پنهان کردن اطلاعات

کلمه “کریپتوگرافی cryptography” از کلمات یونانی “kryptos” به معنی پنهان و “graphein” به معنای نگاشتن گرفته شده است. رمزنگاری یا کریپتوگرافی شیوه از محافظت از اطلاعات است که در جریان آن به جای پنهان کردن اطلاعات یا پیغام های سری از دید دشمن آن را طوری با استفاده از کد های خاص ایمن می کنند که حتی اگر این اطلاعات حیاتی و مهم به دست دشمن هم بی افتد قادر نیست بدون داشتن کلید گشایش رمز ها چیزی از محتوای اطلاعات و یا پیغام سری سر در بیاورد؛ در این حالت دو طرف پیام رمزنگاری شده (ایجاد کننده پیام رمزی و دریافت کننده آن) به راحتی می توانند ارتباط لازم را برقرار نمایند اما این ارتباط آن ها با کمک رمزنگاری از دید دشمن محفوظ می ماند.

بیشتر بخوانید : گوگل ارث چگونه کار می کند؟

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

برای رمزگذاری پیام فرستنده باید محتوا را با استفاده از روشی منظم، معروف به الگوریتم دستکاری کند. پیام اصلی ممکن است به صورت یک متن ساده دربیاید و یا اینکه بعد رمزگشایی لازم باشد که بعضی از حروف آن جا به جا شوند. مطابق علم کامپیوتر Crash Course Computer به عنوان یک متن رمزگذاری شناخته شده است.

به گفته مرکز تاریخ شناسی کریپتوگرافی ایالات متحده، در یونان باستان ارتش اسپارتان پیام هایی را با استفاده از وسیله ای به نام اسکیتل scytale رمزنگاری می کردند. اسکیتل یک نوار چرمی بود که روی آن حروفی نوشته می شد و بعد به دور یک تکه چوب طوری پیچیده می شد که حروفی روی آن به ترتیب قرار می گرفت و نمایانگر رمز پنهان شده بود. خوب است بدانید که روی این نوار چرمی یک سری حروف یا کارکتر تصادفی نوشته شده بود و به سادگی نمی شد رمز درون آن را شکست و تنها با استفاده از تکه چوبی که برای آن در نظر گرفته شده بود و اندازه و قطر مشخصی داشت می شد به معنای پیغام دست یافت.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

به گزارش Atlantic در کتاب تاریخی کاما ساتورا از نوعی کریپتوگرافی یاد می شود که توصیه می شد برای پنهان نگه داشتن روابط پنهانی فردی مورد استفاده قرار گیرد. در این نوع رمزنگاری برای نگاشتن یک رمز از جا به جایی و تعویض حروف استفاده می شود و فرستنده هر حرف را در پیام تغییر می دهد. به عنوان مثال ، “A” ممکن است تبدیل به “Z” و غیره شود. برای رمزگشایی چنین پیامی، فرستنده و گیرنده پیام باید از قبل بر سر این که کدام حروف را جایگزین هم کنند به یک توافق و هماهنگی برسند.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

اولین رمزنگاران تاریخ

دانش خاص مورد نیاز برای برگرداندن متن رمزنگاری شده به متن معمولی که حاوی محتوای اصلی و بدون ابهام پیغام رمزنگاری شده است را به عنوان کلید رمزنگاری می شناسند که باید فوق العاده محرمانه نگه داشته می شد تا به دست دیگران نیافتد و بنابرین شکستن رمز بدون این کلید رمزگشایی کار بسیار دشواری بود و دانش و مهارت زیادی می طلبید.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

به گفته سیمون سینج Simon Singh، نویسنده “کتاب کد” (خانه تصادفی ، ۲۰۱۱)  رمزنگاری جایگزینی بدون شک به هزاره اول قبل از میلاد بر می گردد؛ این شیوه رمزنگاری بعد ها توسط ریاضیدان عرب “ال کندی” تغییر یافت. ال کندی نخستین کسی بود که متوجه این شیوه از رمزنگاری شد؛ وی با اشاره به اینکه حروف خاص بیشتر از بقیه استفاده می شوند و با تجزیه و تحلیل حروف خرد شده که اغلب در متن رمزگذاری شده به کار گرفته می شدند، قادر به جایگزینی معکوس کد ها شد. این کار ال کندی سبب شد که در آن زمان دانشمندان عرب را اصلی ترین رمزنگاران یا کریپتانالیست های جهان تبدیل کرد و سایر رمزنگاران آن روزگار و حتی دوره های بعد نیز مجبور به پیروی از روش های آن ها شدند.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

با پیشرفت روش های رمزنگاری، کریپتانالیست ها و رمزنگار ها قدم های بعدی را در جهت توسعه این علم برداشتند و قرن های بعد رمزنگاری و کریپتوگرافی اهمیت بسیار ویژه ای پیدا کرد و به تبعیت از آن روش های رمزنگاری نیز دستخوش تغییرات و تحولات گسترده ای شد که سبب پیچیده تر شدن رمز های نگاشته شده گردید. یکی از عرصه های مهمی که رمزنگاری و کریتوگرافی شدیداً در آن به کار گرفته شد جنگ جهانی دوم بود که در جریان آن از یک ماشین رمزنگار موسوم به انیگما Enigma استفاده می شد. انیگما وسیله ای برای رمزگذاری بود که تا اواسط قرن بیستم برای محافظت از ارتباطات تجاری، دیپلماتیک و نظامی به کار گرفته می شد و در طول جنگ دوم جهانی به صورت گسترده توسط آلمان نازی مورد استفاده قرار گرفت.

بیشتر بخوانید : آیا شبکه اینترنت ۵G برای سلامت انسان مضر است؟

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

“انیگما یک مکانیزم روتور الکترومکانیکی دارد که ۲۶ حرف الفبای را پیمایش می کند. در استفاده معمولی ، یک نفر متن را روی صفحه کلید Enigma وارد می کند و شخص دیگری می نویسد که کدام یک از ۲۶ چراغ بالای صفحه کلید در هر فشار کلید روشن می شود.
اگر متن ساده (اصلی) وارد شود، حروف روشن، حروف رمزگذاری شده متن رمز شده هستند. وارد کردن متن رمزگذاری شده، آن را به متن ساده قابل خواندن تبدیل می کند. ” ویکی پیدیا

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

یکی از مهم ترین نبرد های صورت گرفته در طول جنگ جهانی دوم که خیلی از افراد آگاهی زیادی از آن ندارند نبرد متفقین با نازی ها در جهت شکستن کد های ماشین انیگما و کشف اسرار آن ها بود. در آن زمان ارتش آلمان برای فرستادن پیام‌های خود از این دستگاه رمزنگار استفاده می کرد.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

در سال ۲۰۱۴ و بر اساس همین موضوع فیلم مشهور “بازی تقلید”، ” The Imitation Game” با بازی بندیکت کامبربچ و کیرا نایتلی و کارگردانی مورتن تیلدام ساخته شد؛ داستان فیلم تلاش بریتانیایی ها و در رأس آن ریاضی دان مشهور انگلیسی آلن تورینگ Alan Turing را نمایش می دهد که سعی می کنند کدهای ماشین‌ انیگما را بشکنند و به مکالمات سری نازی ها دست یابند.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

آلن تورینگ چندین روش برای شکستن رمزهای آلمان‌ها ابداع کرد، از جمله روش ماشینی الکترومکانیکی که می‌توانست ویژگی‌های ماشین انیگما را پیدا کند.
به گفته آژانس اطلاعات آمریكا آلن تورینگ نخستین کسی بود که با ساخت دستگاه موسوم به دستگاه “بامب”، ” bombe” توانست ردیابی تنظیمات در حال تغییر انیگما را ایجاد نماید. دستگاه بامب خیلی زود تبدیل به یکی از وسایل اصلی و به‌طور عمده مکانیزهٔ هجوم به پیام‌هایی گردید که توسط انیگما محافظت می شد.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

رمزنگاری در عصر اینترنت، عصر آلیس و باب

امروزه وارد عصر دیجیتال شده ایم و اینترنت فضای وسیعی را برای ارتباطات گسترده و نامحدود در مقیاس جهانی فراهم کرده است و خیلی از روش های رمزنگاری نیز به تبعیت از تغییرات گسترده ای که صورت گرفته است دستخوش تحول شده اند اما هدف نهایی رمزنگاری و کریپتوگرافی همان هدفی است که هزارن سال پیش نیز دنبال می شد و آن هم چیزی نیست جز جلوگیری از نفوذ اطلاعاتی و یا لو رفتن اسرار محرمانه.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

دانشمندان رایانه معمولاً از دو طرفی که در فرآیند ساخت، ارسال و دریافت پیام رمزنگاری شده مشارکت دارند تحت عنوان “آلیس و باب”، “Alice and Bob” یاد می کنند؛ آلیس و باب در حقیقت دو شخصیت خیالی هستند که یکی از آن ها ارسال کننده پیام رمزنگاری شده و دیگری دریافت کننده آن است و می توانید به جای آن ها از شخصیت های “امین و آزاده” استفاده کنید؛ نام ها بیشتر برای ساده سازی مفاهیم انتخاب می شوند؛ برای مثال درک این که بگوییم:

“باب چطور می تواند پیام خصوصی M را به آلیس در رمزنگاری با کلید عمومی ارسال کند؟”

در مقایسه با این که بگوییم:

“B چطور می تواند پیام خصوصی M را به A در رمزنگاری با کلید عمومی ارسال کند؟”

بسیار سادتر است.

بیشتر بخوانید : دیپ فیک و از بین رفتن مرز دروغ و واقعیت

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

شخصیت های آلیس و باب توسط رون ریوست، ادی شمر و لئونارد آدلمن در مقاله ای ۱۹۷۸ تحت عنوان “روشی برای بدست آوردن امضاهای دیجیتالی و رمزنگاری های کلید عمومی”مطرح شدند و پس از آن در بسیاری از زمینه های علمی و مهندسی، مانند رمزنگاری کوانتومی، تئوری بازی ها و غیره به کار گرفته شدند. هرچه استفاده از آلیس و باب رواج بیشتری پیدا کرد، شخصیت های دیگری نیز اضافه شدند که هر کدام معنای خاصی دارند. آلیس و باب در ارسال پیام های رمزنگاری شده به یکدیگر همواره توسط شخص دیگری تحت عنوان “ایو”، ” Eve” مورد مزاحمت واقع می شوند و ایو مدام به استراق سمع مکالمه خصوصی آن ها یا سرقت اطلاعاتشان می پردازد.
یک رمزنگاری خوب رمزنگاری است که بتواند از نفوذ ایو به پیام ها و مکالمات خصوصی میان باب و آلیس جلوگیری کند.

حفظ امنیت داده ها در دنیای امروز

امروزه ما برای حفظ امنیت داده ما از انواع رمزگذاری ها استفاده می کنیم؛ شماره کارت های اعتباری، سوابق پزشکی و ارزهای رمزپردازی شده و غیره، همه از رمزنگاری یا کریپتوگرافی استفاده می کنند؛ و از همه این موارد واضح تر بیت کوین است؛ فناوری پشت بیت کوین صدها هزار رایانه را از طریق شبکه توزیع شده به هم متصل می کند و از رمزنگاری برای محافظت از هویت هر کاربر و حفظ یک گزارش دائمی از معاملات آنها استفاده می نماید.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

رمزنگاری کلید عمومی

ظهور شبکه های رایانه ای مشکل جدیدی را به وجود آورد است؛ بیایید دوباره به سراغ باب و آلیس برویم. اگر آلیس و باب هر کدام در سمت های مخالف کره زمین زندگی کنند چگونه می توانند مطمئن شوند که ایو به کلید رمز مخفی کریپتوگرافی آن ها دسترسی ندارد؟
این جا است که رمزنگاری کلید عمومی به عنوان یک راه حل وارد میدان می شود. این طرح از توابع یک طرفه استفاده می کند که انجام آن آسان است اما بدون معکوس کردن اطلاعات، معکوس کردن آن دشوار است. بنابرین آلیس و باب کد ها و یک کلید عمومی را درست در جلوی چشمان ایو به یکدیگر ارسال می کنند اما هرکدام یک کلید خصوصی برای خود دارند و با استفاده از این دو کلید خصوصی در متن رمزنگاری شده، هر دو می توانند متن رمزنگاری شده را رمزگشایی کنند و در این میان ایوا نیز که کدها و کلید عمومی را مشاهده کرده است سرنخ های اندکی از کلید دارد اما برای گشودن پیام رمزنگاری شده باید خیلی (خیلی خیلی زیاد) تلاش کند.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

یک شکل گسترده از رمزنگاری کلید عمومی، به نام رمزگذاری RSA، به ماهیت پیچیدگی عامل اصلی ضربه می زند – یافتن دو عدد اصلی که با هم ضرب می شوند تا یک راه حل خاص به شما ارائه دهند. ضرب دو شماره اصلی به هیچ وجه زمان نمی برد اما حتی سریعترین رایانه های روی زمین نیز برای انجام این کار به صدها سال زمان نیاز دارند. وقتی آلیس یک پیام رمزنگاری شده به باب می فرستند در حقیقت به سادگی فقط دو عدد را برای ساختن کلید رمزگذاری خود انتخاب می کند اما ایو باید برای گشودن پیغام او زحمت بسیار زیادی بکشد.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

جهش کوانتومی و رمزنگاری های فوق پیشرفته

در جستجوی رمزنگاری ناگسستنی و غیر قابل نفوذ، رمزنگاران امروز به دنبال فیزیک کوانتومی هستند. فیزیک کوانتومی رفتار عجیب ماده را در مقیاس های بسیار کوچک توصیف می کند. در دهه های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ فیزیکدانان با استفاده از جهش های کوانتومی شروع به رمزنگاری پیام های مخفی کردند؛ هم اکنون این روش را تحت عنوان “توزیع کلید کوانتومی” می شناسند.

درست همانطور که می توان کلیدها را با بایت رمزگذاری کرد، فیزیکدانان هم اکنون کلیدها را در خصوصیات ذرات، (معمولاً فوتون ها) رمزگذاری می کنند. فردی که در صدد سرقت اطلاعات است باید ذرات را برای سرقت کلید اندازه گیری کند، اما هرگونه تلاش برای این کار باعث تغییر رفتار فوتون ها می شود و این موضوع فوراً آلیس و باب را متوجه یک نقص امنیتی می نماید و این موضوع توزیع کلید کوانتومی را “بطور قابل توجهی ایمن” می سازد.

کریپتوگرافی یا رمزنگاری چیست

کلیدهای کوانتومی را می توان از طریق فیبرهای نوری از مسافت های طولانی رد و بدل کرد، اما در دهه ۱۹۹۰ آرتور اکرت Artur Ekert دست به تغییراتی در این حوزه زد و به لطف پدیده ای به نام “درهم کوانتومی”، “quantum entanglement” به دو فوتون امکان برقراری ارتباط در مسافت های گسترده را داد.
اکرت اکنون استاد آکسفورد و مدیر مرکز فن آوری های کوانتومی در دانشگاه ملی سنگاپور است و در این خصوص می گوید: “اشیاء کوانتومی این ویژگی خارق العاده را دارند که اگر آنها را جدا کنید -حتی بیش از صدها مایل- می توانند یکدیگر را پیدا کنند.”