Eski zamanlardan beri insanlar, sırlarını güvende tutmak için kodlanmış mesajlar yazma ve çözme sanatı olan kriptografiye güveniyorlar. Beşinci yüzyılda, şifrelenmiş mesajlar deri veya kağıda yazıldı ve bir insan elçisi tarafından verildi. Günümüzde şifreler, internet üzerinden fermuarlar oluştururken dijital verilerimizin korunmasına yardımcı olmaktadır. Yarın, alan yine bir sıçrama yapabilir; kuantum bilgisayarları ufukta iken, kriptograflar bugüne kadarki en güvenli şifreleri üretmek için fiziğin gücünü kullanıyorlar.
Tarihi gizli tutma yöntemleri
"Kriptografi" kelimesi Yunanca "kripto" kelimelerinden, gizli anlamına gelen "graphein" kelimesinden türetilmiştir. Kriptografi, düşman gözlerinden bir mesajı fiziksel olarak gizlemek yerine, iki partinin açık görüşte ancak düşmanlarının okuyamayacağı bir dilde iletişim kurmasına izin verir.
Bir mesajı şifrelemek için gönderenin, algoritma olarak bilinen bazı sistematik yöntemleri kullanarak içeriği değiştirmesi gerekir. Düz metin olarak adlandırılan orijinal ileti, harfleri anlaşılmaz bir sırada olacak şekilde karıştırılabilir veya her harf başka bir harfle değiştirilebilir. Ortaya çıkan anlamsızlık, Crash Course Computer Science'a göre bir şifreleme metni olarak bilinir.
Kriptolojik Tarih Merkezi'ne göre, Spartan ordusu, ahşap bir personelin etrafına sıska bir deri şeridinden oluşan bir scytale adı verilen bir cihaz kullanarak mesajları şifreledi. Açıldığında, şerit bir dizi rastgele karakter taşıyordu, ancak belirli bir boyuttaki bir personelin etrafına sarılırsa, harfler kelimelere hizalandı. Bu harf karıştırma tekniği bir transpozisyon şifresi olarak bilinir.
Atlantik, Kama Sutra'nın ikame olarak bilinen alternatif bir algoritmadan bahsediyor ve kadınların irtibatlarının kayıtlarını gizleme yöntemini öğrenmelerini öneriyor. Değiştirmeyi kullanmak için gönderen, bir iletideki her harfi diğeriyle değiştirir; örneğin, bir "A" bir "Z" olabilir ve bu böyle devam eder. Böyle bir mesajın şifresini çözmek için, gönderen ve alıcının, tıpkı Spartalı askerlerin aynı büyüklükteki scytale sahip olması gerektiği gibi hangi harflerin değiştirileceğine karar vermeleri gerekir.
İlk kriptanistler
Şifreli bir metni anahtar olarak bilinen düz metne geri döndürmek için gereken özel bilgiler, mesajın güvenliğini sağlamak için gizli tutulmalıdır. Şifreyi anahtarı olmadan kırmak büyük bilgi ve beceri gerektirir.
"Kod Kitabı" nın yazarı Simon Singh'e göre, ikame şifresi M.S. ilk bin yıl boyunca kırıldı. Bazı harflerin diğerlerinden daha sık kullanıldığına dikkat çeken El-Kindi, bir şifrede en çok hangi harflerin kırpıldığını analiz ederek değiştirmeleri tersine çevirebildi. Arap akademisyenler, kriptografları yöntemlerini uyarlamaya zorlayarak dünyanın önde gelen kriptanalistleri oldular.
Kriptografi yöntemleri ilerledikçe, kriptanistler onlara meydan okumak için hızlandı. Bu devam eden savaştaki en ünlü çatışmalardan biri, Müttefiklerin II. Dünya Savaşı sırasında Alman Enigma makinesini kırma çabasıydı. Enigma makinesi, mesajları karmaşık anahtarı günlük olarak değişen bir değiştirme algoritması kullanarak şifreli; ABD Merkezi İstihbarat Teşkilatı'na göre, kriptanalist Alan Turing, Enigma'nın değişen ayarlarını izlemek için "bomba" adlı bir cihaz geliştirdi.
İnternet çağında kriptografi
Dijital çağda, kriptografinin amacı aynı kalır: iki taraf arasında alınıp verilen bilgilerin bir düşman tarafından kaydırılmasını önlemek. Bilgisayar bilimcileri, iki tarafa sıklıkla "Alice ve Bob" olarak atıfta bulunurlar. Alice ve Bob sürekli "Havva" adlı sinir bozucu kulak misafiri olurlar.
Kredi kartı numaraları, tıbbi kayıtlar ve Bitcoin gibi kripto para birimleri de dahil olmak üzere, verilerimizi güvende tutmak için her türlü uygulama şifreleme kullanır. Bitcoin'in arkasındaki teknoloji olan Blockchain, yüz binlerce bilgisayarı dağıtılmış bir ağ aracılığıyla birbirine bağlar ve her kullanıcının kimliğini korumak ve işlemlerinin kalıcı bir kaydını tutmak için kriptografi kullanır.
Bilgisayar ağlarının ortaya çıkması yeni bir sorun yarattı: Alice ve Bob dünyanın karşı taraflarındaysa, Havva bunu takmadan gizli bir anahtarı nasıl paylaşırlar? Khan Academy'ye göre açık anahtarlı şifreleme bir çözüm olarak ortaya çıktı. Şema, tek yönlü işlevlerden yararlanır - temel bilgi parçaları olmadan gerçekleştirilmesi kolay ancak geri döndürülmesi zor olan matematik. Alice ve Bob, ciphertext'lerini ve ortak bir anahtarı Havva'nın dikkatli bakışları altında değiştirir, ancak her biri kendi için özel bir anahtar tutar. Her iki özel anahtarı şifreleme metnine uygulayarak, çift paylaşılan bir çözüme ulaşır. Bu sırada Havva seyrek ipuçlarını deşifre etmek için mücadele eder.
RSA şifrelemesi adı verilen yaygın olarak kullanılan bir ortak anahtar kriptografisi, asal çarpanlaştırmanın zor doğasına girer - size belirli bir çözüm sunmak için birlikte çoğalan iki asal sayı bulmak. İki asal sayının çarpılması hiç zaman almaz, ancak Dünya üzerindeki en hızlı bilgisayarların bile işlemi tersine çevirmesi yüzlerce yıl alabilir. Alice, şifreleme anahtarını oluşturmak için iki sayı seçer ve Havva'ya bu rakamları zor bir şekilde kazma boşuna görevini bırakır.
Kuantum sıçraması yapmak
Kırılmaz bir şifre arayışı içinde olan günümüz kriptografları kuantum fiziğine bakıyorlar. Kuantum fiziği, maddenin inanılmaz derecede küçük ölçeklerde garip davranışını tanımlar. Schrödinger'in ünlü kedisi gibi, atom altı parçacıkları aynı anda birçok eyalette bulunur. Ancak kutu açıldığında, parçacıklar gözlemlenebilir bir duruma geçer. 1970'lerde ve 80'lerde fizikçiler, şimdi "kuantum anahtar dağıtımı" olarak bilinen bir yöntem olan gizli mesajları şifrelemek için bu korkak özelliği kullanmaya başladılar.
Tıpkı anahtarların bayt olarak kodlanabildiği gibi, fizikçiler de artık parçacıkların, genellikle fotonların özelliklerindeki anahtarları kodlarlar. Kötü bir kulak misafiri anahtarı çalmak için parçacıkları ölçmelidir, ancak bunu yapmak için herhangi bir girişim fotonların davranışını değiştirerek Alice ve Bob'u güvenlik ihlaline karşı uyarır. Wired, bu yerleşik alarm sisteminin kuantum anahtar dağıtımını "güvenilir bir şekilde" gerçekleştirdiğini bildirdi.
Kuantum anahtarları uzun mesafelerde optik fiberler aracılığıyla değiştirilebilir, ancak alternatif bir dağıtım yolu 1990'larda fizikçilerin ilgisini çekti. Artur Ekert tarafından önerilen teknik, "kuantum dolaşıklığı" adı verilen bir fenomen sayesinde iki fotonun uzak mesafelerde iletişim kurmasını sağlıyor.
"Kuantum nesneler, yüzlerce milden bile olsa onları ayırırsanız, birbirlerini hissedebildikleri bu muhteşem özelliğe sahiptir," dedi. Dolaşmış parçacıklar tek bir birim gibi davranarak Alice ve Bob'un her iki uçta ölçüm alarak ortak bir anahtar oluşturmalarına izin verir. Bir kulak misafiri anahtarı yakalamaya çalışırsa, parçacıklar tepki verir ve ölçümler değişir.
Kuantum kriptografi soyut bir kavramdan daha fazlasıdır; 2004'te araştırmacılar, dolaşmış fotonlar aracılığıyla bir banka hesabına 3.000 avro aktardılar. New Scientist'e göre, araştırmacılar 2017'de Micius uydusundan Dünya'ya dolaşmış iki foton çekti ve bağlantılarını 747 mil (1,203 kilometre) boyunca korudu. Birçok şirket, ticari uygulamalar için şimdiye kadar bir miktar başarı ile kuantum şifreleme geliştirme yarışına kilitlendi.
Siber güvenliğin geleceğini garanti etmek için, zamana karşı bir yarışta da olabilirler.
Ekert Live Science'a, "Bir kuantum bilgisayarı varsa, kripto para birimlerini destekleyen olanlar da dahil olmak üzere mevcut şifreleme sistemleri artık güvenli olmayacak." Dedi. "Tam olarak ne zaman inşa edileceğini tam olarak bilmiyoruz - şimdi bir şeyler yapmaya başlasak iyi olur."
