ตั้งแต่สมัยโบราณผู้คนต่างเชื่อมั่นในการเข้ารหัสศิลปะการเขียนและการแก้ไขข้อความที่เข้ารหัสเพื่อรักษาความลับของพวกเขาให้ปลอดภัย ในศตวรรษที่ห้ามีการเข้ารหัสข้อความที่ถูกจารึกไว้บนหนังหรือกระดาษและส่งโดยผู้ส่งสารของมนุษย์ วันนี้ยันต์ช่วยปกป้องข้อมูลดิจิตอลของเราในขณะที่มันซิปผ่านอินเทอร์เน็ต พรุ่งนี้ทุ่งอาจกระโดดอีกครั้ง ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมบนขอบฟ้า cryptographers กำลังแตะพลังแห่งฟิสิกส์เพื่อสร้าง ciphers ที่ปลอดภัยที่สุดจนถึงปัจจุบัน
วิธีการทางประวัติศาสตร์ของการเก็บความลับ
คำว่า "วิทยาการเข้ารหัสลับ" นั้นได้มาจากคำภาษากรีก "kryptos" ซึ่งมีความหมายว่าซ่อนอยู่และ "graphein" เพื่อเขียน แทนที่จะซ่อนข้อความจากดวงตาของศัตรูทางกายภาพการเข้ารหัสช่วยให้ทั้งสองฝ่ายสามารถสื่อสารด้วยภาพธรรมดา แต่ในภาษาที่ศัตรูไม่สามารถอ่านได้
ในการเข้ารหัสข้อความผู้ส่งจะต้องจัดการเนื้อหาโดยใช้วิธีการที่เป็นระบบหรือที่เรียกว่าอัลกอริทึม ข้อความต้นฉบับที่เรียกว่าข้อความธรรมดาอาจมีสัญญาณรบกวนเพื่อให้ตัวอักษรอยู่ในลำดับที่ไม่สามารถเข้าใจได้หรือตัวอักษรแต่ละตัวอาจถูกแทนที่ด้วยตัวอักษรอื่น ผลการพูดพล่อยๆที่เรียกว่า ciphertext ตาม Crash Course วิทยาการคอมพิวเตอร์
ในยุคกรีกข้อความสปาร์ตันเข้ารหัสข้อความทางทหารโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า scytale ซึ่งประกอบด้วยแถบหนังเล็ก ๆ พันรอบบาดแผลไม้รอบไม้เท้าตามศูนย์ประวัติศาสตร์ Cryptologic Unwound แถบดูเหมือนจะมีสตริงของตัวอักษรแบบสุ่ม แต่ถ้าแผลรอบพนักงานที่มีขนาดที่แน่นอนตัวอักษรจัดชิดเป็นคำ เทคนิคการสับอักษรนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อรหัสการขนย้าย
Kama Sutra กล่าวถึงอัลกอริธึมทางเลือกหรือที่เรียกว่าการทดแทนแนะนำให้ผู้หญิงเรียนรู้วิธีการเก็บบันทึกการประสานงานของพวกเขาไว้ ในการใช้การเปลี่ยนตัวผู้ส่งจะทำการสลับแต่ละตัวอักษรในข้อความสำหรับอีกตัวหนึ่ง ตัวอย่างเช่น "A" อาจกลายเป็น "Z" เป็นต้น ในการถอดรหัสข้อความดังกล่าวผู้ส่งและผู้รับต้องเห็นด้วยกับตัวอักษรที่จะเปลี่ยนเช่นเดียวกับทหารสปาร์ตันที่จำเป็นต้องมีขนาดเท่ากัน
Cryptanalysts ตัวแรก
ความรู้เฉพาะที่จำเป็นในการเปลี่ยนกลับไปเป็นข้อความธรรมดาที่รู้จักกันในชื่อคีย์จะต้องถูกเก็บเป็นความลับเพื่อความปลอดภัยของข้อความ การถอดรหัสเลขศูนย์โดยไม่ใช้กุญแจจะต้องใช้ความรู้และทักษะที่ยอดเยี่ยม
เลขศูนย์ทดแทนไม่ได้ผ่านการคัดแยกในช่วงสหัสวรรษแรก AD - จนกระทั่งนักคณิตศาสตร์ชาวอาหรับอัล - คินดีตระหนักถึงจุดอ่อนของมันตามที่ซิมซิงห์ผู้แต่งหนังสือ The Code Book (Random House, 2011) เมื่อสังเกตว่ามีการใช้ตัวอักษรบางตัวบ่อยกว่าตัวอักษรอื่น ๆ อัล - คินดีสามารถย้อนกลับการทดแทนโดยการวิเคราะห์ว่าตัวอักษรใดที่ถูกตัดส่วนใหญ่ในไซเฟอร์เท็กซ์ นักวิชาการชาวอาหรับกลายเป็น cryptanalyst อันดับแนวหน้าของโลกบังคับให้ผู้เข้ารหัสลับต้องปรับวิธีการของพวกเขา
ในขณะที่วิธีการของการเข้ารหัสขั้นสูง cryptanalysts ก็เพิ่มขึ้นเพื่อท้าทายพวกเขา ในบรรดาการต่อสู้ที่โด่งดังที่สุดในการต่อสู้ที่ดำเนินอยู่นี้คือความพยายามของพันธมิตรในการทำลายเครื่องจักร Enigma ของเยอรมันในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ข้อความที่เข้ารหัสของเครื่องปริศนาโดยใช้อัลกอริธึมการแทนที่ซึ่งมีการเปลี่ยนรหัสที่ซับซ้อนทุกวัน ในทางกลับกัน cryptanalyst Alan Turing พัฒนาอุปกรณ์ที่เรียกว่า "the bombe" เพื่อติดตามการตั้งค่าการเปลี่ยนแปลงของ Enigma ตามที่สำนักข่าวกรองกลางแห่งสหรัฐอเมริกา
การเข้ารหัสในยุคอินเทอร์เน็ต
ในยุคดิจิตอลเป้าหมายของการเข้ารหัสยังคงเหมือนเดิม: เพื่อป้องกันการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสองฝ่ายที่ถูกฝ่ายตรงข้ามบุกเข้ามา นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์มักจะอ้างถึงทั้งสองฝ่ายว่า "อลิซและบ็อบ" หน่วยงานสวมบทบาทที่เปิดตัวครั้งแรกในบทความปี 1978 ซึ่งอธิบายวิธีการเข้ารหัสแบบดิจิตอล อลิซและบ็อบถูกล่อลวงโดยผู้ดักฟังที่น่ารำคาญตลอดเวลาที่ชื่อ "อีฟ"
แอปพลิเคชันทุกประเภทใช้การเข้ารหัสเพื่อรักษาความปลอดภัยข้อมูลของเรารวมถึงหมายเลขบัตรเครดิตบันทึกทางการแพทย์และ cryptocurrencies เช่น Bitcoin Blockchain เทคโนโลยีเบื้องหลัง Bitcoin เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์หลายแสนเครื่องผ่านเครือข่ายแบบกระจายและใช้การเข้ารหัสเพื่อปกป้องตัวตนของผู้ใช้แต่ละคนและรักษาบันทึกการทำธุรกรรมอย่างถาวร
การปรากฎตัวของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ทำให้เกิดปัญหาใหม่: ถ้าอลิซกับบ๊อบอยู่ฝั่งตรงข้ามของโลกพวกเขาจะแบ่งปันคีย์ลับโดยไม่ต้องส่งท้ายอีฟได้อย่างไร การเข้ารหัสแบบพับลิกคีย์กลายเป็นวิธีแก้ปัญหา แบบแผนนี้ใช้ประโยชน์จากฟังก์ชั่นทางเดียว - คณิตศาสตร์ที่ใช้งานง่าย แต่ยากที่จะย้อนกลับโดยไม่มีข้อมูลหลัก ๆ Alice และ Bob แลกเปลี่ยน ciphertext ของพวกเขาและกุญแจสาธารณะภายใต้การจ้องมองของอีฟ แต่แต่ละคนก็เก็บกุญแจส่วนตัวไว้กับตัวเอง โดยการใช้คีย์ส่วนตัวทั้งสองกับ ciphertext ทั้งคู่เข้าถึงโซลูชันที่ใช้ร่วมกัน ในขณะเดียวกันอีฟดิ้นรนเพื่อถอดรหัสเบาะแสที่กระจัดกระจาย
รูปแบบการเข้ารหัสแบบพับลิกคีย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเรียกว่าการเข้ารหัส RSA จะเข้าสู่ลักษณะที่ยุ่งยากของการแยกตัวประกอบเฉพาะ - ค้นหาตัวเลขสำคัญสองตัวที่คูณกันเพื่อให้ทางออกที่เฉพาะเจาะจงแก่คุณ การคูณหมายเลขเฉพาะสองหลักนั้นไม่ต้องใช้เวลาเลยแม้แต่คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในโลกก็อาจใช้เวลาหลายร้อยปีในการกลับกระบวนการ อลิซเลือกตัวเลขสองตัวเพื่อสร้างคีย์เข้ารหัสของเธอทำให้อีฟเป็นงานที่ไร้ประโยชน์ในการขุดตัวเลขเหล่านั้นอย่างยากลำบาก
ก้าวกระโดดควอนตัม
ในการค้นหารหัสลับที่ไม่สามารถถอดรหัสได้ผู้เข้ารหัสลับในปัจจุบันกำลังมองหาฟิสิกส์ควอนตัม ฟิสิกส์ควอนตัมอธิบายพฤติกรรมที่แปลกประหลาดของสสารในระดับเล็ก ๆ อย่างไม่น่าเชื่อ เช่นเดียวกับแมวที่มีชื่อเสียงของSchrödingerอนุภาค subatomic มีอยู่ในหลาย ๆ รัฐพร้อมกัน แต่เมื่อเปิดกล่องอนุภาคก็จะกลายเป็นสถานะที่สังเกตได้ ในปี 1970 และ 80 นักฟิสิกส์เริ่มใช้คุณสมบัติขี้ขลาดนี้เพื่อเข้ารหัสข้อความลับซึ่งเป็นวิธีที่รู้จักกันในขณะนี้ว่า "การกระจายคีย์ควอนตัม"
เช่นเดียวกับที่ปุ่มสามารถเข้ารหัสเป็นไบต์ได้ตอนนี้นักฟิสิกส์เข้ารหัสกุญแจในคุณสมบัติของอนุภาคซึ่งมักเป็นโฟตอน ผู้ดักฟังที่ชั่วช้าสามานย์จะต้องวัดอนุภาคเพื่อขโมยกุญแจ แต่ความพยายามใด ๆ ที่จะทำเช่นนั้นจะเป็นการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของโฟตอนโดยแจ้งเตือนให้อลิซและบ็อบเข้ามาในช่องโหว่ด้านความปลอดภัย ระบบเตือนภัยในตัวนี้ทำให้การแจกแจงคีย์ควอนตัม "ปลอดภัยอย่างน่าเชื่อถือ" Wired รายงาน
ปุ่มควอนตัมสามารถแลกเปลี่ยนได้ในระยะทางไกลผ่านใยแก้วนำแสง แต่เส้นทางที่เป็นทางเลือกในการจัดจำหน่ายช่วยกระตุ้นความสนใจของนักฟิสิกส์ในทศวรรษ 1990 นำเสนอโดย Artur Ekert เทคนิคนี้ช่วยให้โฟตอนสองตัวสามารถสื่อสารกันในระยะไกลได้ด้วยปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การพัวพันควอนตัม"
"วัตถุควอนตัมมีคุณสมบัติที่น่าอัศจรรย์นี้ซึ่งหากคุณแยกพวกมันออกเป็นระยะทางไกลหลายร้อยไมล์พวกเขาก็จะรู้สึกได้ถึงความรู้สึกที่แตกต่างกัน" Ekert ซึ่งปัจจุบันเป็นศาสตราจารย์และผู้อำนวยการศูนย์เทคโนโลยีควอนตัมของมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ อนุภาคที่พันกันทำหน้าที่เป็นหนึ่งหน่วยทำให้อลิซและบ๊อบสามารถสร้างคีย์ร่วมได้โดยทำการวัดที่ปลายแต่ละด้าน หากผู้ดักฟังพยายามดักกุญแจอนุภาคจะทำปฏิกิริยาและการวัดก็เปลี่ยนไป
การเข้ารหัสควอนตัมเป็นมากกว่าแนวคิดนามธรรม ในปี 2004 นักวิจัยโอนเงิน 3,000 ยูโรเข้าบัญชีธนาคารโดยวิธีการโฟตอนพันกันวิทยาศาสตร์ยอดนิยมรายงาน ในปีพ. ศ. 2560 นักวิจัยได้ยิงโฟตอนที่พันกันยุ่งสู่โลกจากดาวเทียมไมโครเซียโดยยังคงมีการเชื่อมต่อกันมากกว่า 747 ไมล์ (1,203 กิโลเมตร) จากนักวิทยาศาสตร์ใหม่ หลาย บริษัท ถูกขังอยู่ในการแข่งขันเพื่อพัฒนาการเข้ารหัสควอนตัมสำหรับแอพพลิเคชั่นเชิงพาณิชย์ซึ่งประสบความสำเร็จมาแล้ว
เพื่อรับประกันอนาคตของความปลอดภัยทางไซเบอร์พวกเขาอาจแข่งขันกับเวลา
“ หากมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมระบบเข้ารหัสที่มีอยู่รวมถึงระบบที่รองรับการเข้ารหัสลับจะไม่ปลอดภัยอีกต่อไป” Ekert กล่าวกับ Live Science "เราไม่ทราบว่าเมื่อใดที่พวกเขาจะถูกสร้างอย่างแน่นอน - เราควรเริ่มทำบางสิ่งตอนนี้"
