تاريخچه رمزنگاری

IRCAR200910037
رمزنگاري يك شيوه باستاني حفاظت از اطلاعات است كه سابقه آن به حدود 4000 سال پيش از ميلاد باز مي گردد. امروزه رمزنگاري در دنياي مدرن از اهميت ويژه اي برخوردار است، به طوري كه رمزنگاري به عنوان يك روش مؤثر براي حفاظت از اطلاعات حساس به كار مي رود. اطلاعاتي مانند اطلاعات طبقه بندي شده نظامي، اطلاعات حساس مؤسسات مالي، كلمات عبور كه بر روي سيستم هاي كامپيوتري ذخيره شده اند و داده هايي كه بر روي اينترنت و يا از طريق امواج راديويي انتشار مي يابند. در سري مقاله هاي رمزنگاري مفاهيم اوليه رمزنگاري را شرح خواهيم داد. لازم به ذكر است كه رمزنگاري يك مبحث بسيار پيچيده است و در اينجا ما قصد توضيح پايه هاي رياضي الگوريتمهاي رمزنگاري يا باز كردن تمام جزئيات را نداريم و تنها به معرفي كليات اين مقوله خواهيم پرداخت. براي دريافت اطلاعات و جزئيات بيشتر مي توانيد به كتابهايي كه در اين زمينه نگارش شده اند مراجعه فرماييد. در بخش اول سري مقالات رمزنگاري، تاريخچه آن را مورد بررسي قرار مي دهيم. در قسمتهاي بعدي به انواع الگوريتمها و استانداردهاي آن خواهيم پرداخت.

تاريخچه رمزنگاري
به مطالعات رمزنگاري، cryptography اطلاق مي شود كه از واژه هاي يوناني kryptos به معني پنهان و graphia به معني نوشتن تشكيل شده است. به فرآيند باز كردن (شكستن) يك پيغام رمزنگاري شده بدون داشتن كليد cryptanalysis، به علم ايجاد كدهاي رمزنگاري و شكستن آنها به طور همزمان cryptology و به فرآيند نوشتن مطلبي به صورت رمز شده به طوري كه تنها افراد مجاز قادر به رمزگشايي و خواندن آن باشند، encryption يا همان رمزنگاري گفته مي شود. در طول تاريخ، رمزنگاري با استفاده از روشهاي تغيير، جابجايي يا اضافه كردن حروف كلمات، براي ارسال پيغام هاي امن از ميان سرزمينهاي دشمن مورد استفاده قرار مي گرفت. به طور طبيعي زماني كه پيغام به مقصد مي رسيد، براي خوانا شدن نياز به رمزگشايي داشت و از همين جا داستان جالب رمزنگاري آغاز مي شود. بسياري از شيوه هاي استفاده شده در زمانهاي دور، پايه هاي امنيت كامپيوتر و شبكه در عصر جديد را تشكيل مي دهند. صدها و شايد هزاران سال پيش پيغام هاي مهم كه از ميدان جنگ به پشت جبهه ارسال مي شدند به صورت رمزي در مي آمدند تا در صورتي كه سرباز حامل نامه ها اسير شود، اطلاعات حساس لو نروند. امروزه رمزنگاري براي مثال در مورد نامه هاي الكترونيكي مهم انجام مي شود تا در صورتي كه يك مهاجم به شبكه نفوذ كند، نتواند از محتواي ايميل ها آگاهي پيدا كند. اطلاعات رمزنگاري شده حتي در صورت انتقال از يك شبكه نا امن و حتي در صورت انتشار عمومي، امن باقي خواهند ماند. در برخي سيستم عاملها مانند يونيكس، فايلي كه حاوي كلمه عبور است رمزنگاري مي شود، به طوري كه كشف آن براي مهاجمي كه به صورت غير قانوني به فايل مذكور دسترسي پيدا كرده بسيار سخت خواهد شد. در گذشته رمزنگاري عملياتي پرهزينه به حساب مي آمد لذا تنها براي محافظت از اطلاعات طبقه بندي شده و حساس مانند اطلاعات نظامي، سرويسهاي امنيتي، نقل و انتقالات مالي و كلمات عبور مورد استفاده قرار مي گرفت. ولي امروزه استفاده از رمزنگاري متداول تر شده و تبديل به روش ارزان قيمتي براي محافظت از ارتباطات و اطلاعات شده است. براي مثال تعداد زيادي از مرورگرها خدمات رمزنگاري را به صورت رايگان يا با هزينه بسيار كم به مشتريان عرضه مي كنند. سابقه سيستمهاي اوليه رمزنگاري كه گاهي به آنها كد (code) يا رمز (cipher) نيز گفته مي شود، به مصر باستان و حدود 2000 سال پيش باز مي گردد. در آن زمان پيغامهاي دنياي پس از مرگ با كلمات هيروگليف رمز شده يا تغيير شكل يافته بر روي قطعات سنگ حك مي شدند. البته منظور آنها از اين كار حفظ پيغام به صورت محرمانه نبوده است بلكه از اين طريق حالت رمزآلود و معما گونه اي براي پيغامهاي مذكور ايجاد مي كردند. تاريخ رمزنگاري از مصر باستان تا هند، بين النهرين، يونان، تمدن غرب و بالاخره عصر كامپيوتر ادامه پيدا مي كند. در طول تاريخ، رمزنگاري همواره جزئي از جنگ، سياست و حكومت داري بوده است. براي مثال ملكه اسكاتلند جان خود را در قرن شانزدهم از دست داد زيرا دشمنانش، پيغامي را كه از زندان و به صورت رمز شده ارسال كرده بود، رمز گشايي كردند. رمزنگاري و ابزارهاي مربوط به آن در طي قرنها رشد كردند و در الگوريتمهاي كامپيوتري و سيستمهاي مدرن امروزي به اوج خود رسيدند. محافظت از ارتباطات همواره به عنوان بخش حياتي جنگ ها و نزاع هاي سياسي محسوب مي شود و به همين دليل گسترش رمزنگاري مدرن تا حد زيادي مديون تحقيقاتي است كه زير فشار جنگ جهاني دوم براي شكستن كدهاي رمزنگاري توليد شده توسط ماشين Enigma انجام شده است. ماشين رمزنگاري Enigma توسط يك مهندس الكترونيك آلماني به نام Arthur Scherbius، در خلال جنگ جهاني اول اختراع شد. او در سال 1918 ماشين مذكور را به نيروي دريايي آلمان ارائه كرد كه مورد قبول واقع نشد. اما چندين سال بعد با ارتقاي امنيتي ماشين مذكور، نيروي دريايي آلمان استفاده از آن را در سال 1926 آغاز كرد. اين ماشين كه در شكل 1 نشان داده شده داراي چندين چرخ دنده است كه حروف الفبا را به حروف ديگري نگاشت مي كند، براي مثال حرف A به حرف P نگاشت مي شود و الي آخر. براي اين كار لازم است اپراتور يك سري تنظيمات اوليه را بر روي دستگاه انجام دهد كه در طرف ديگر دريافت كننده پيغام نيز دقيقاً همان تنظيمات را انجام داده است. براي جلوگيري از كشف سريع نگاشت ها در هر بار تكرار يك حرف، چرخ دنده يك بار مي چرخد و اين بار مثلاً حرف A به جاي اينكه به P نگاشت شود به X نگاشت مي شود. اين كار طبق همان تنظيمات اوليه صورت مي پذيرد. در طرف دريافت كننده نيز جهت رمزگشايي پيغام نياز به يك ماشين Enigma دقيقاً مطابق با طرف فرستنده و همچنين نياز به دانستن تنظيمات اوليه چرخ دنده است.
اولين اقدامات براي شكستن كدهاي Enigma در لهستان انجام شد. در اواخر دهه 1920 دولت لهستان گروهي از افرادي را كه در شكستن كدهاي رمزي مهارت داشتند، مأمور كرد تا از علم رمزنگاري براي كار بر روي شكستن كدهاي آلمانها استفاده كنند. خانم Marian Rejewski و دو رياضيدان ديگر توانستند برخي از پيغامهاي اوليه Enigma را رمزگشايي كنند. در اوايل دهه 1930 در فرانسه يك آلماني به نام Hans-Thilo Schmidt اطلاعاتي را در مورد تنظيمات اوليه ماشينهاي Enigma در اختيار سازمانهاي اطلاعاتي فرانسه قرار داد. تحليلگران رمزنگاري فرانسوي منابع لازم براي استفاده از اطلاعات مذكور را در اختيار نداشتند و انگليسيها نيز به دليل ناكافي بودن اطلاعات آن را نپذيرفتند. فرانسوي ها اطلاعات مذكور را در اختيار لهستاني ها قرار دادند و Marian Rejewski توانست با استفاده از آنها پيشرفت درخشاني در شكستن كدهاي Enigma پيدا كند. بعد از سقوط لهستان در سال 1939 ، آنها اطلاعاتشان را در اختيار فرانسوي ها و انگليسي ها قرار دادند. البته آلماني ها، كليدها و طراحي ماشين Enigma را مرتباً تغيير مي دادند و انگليسي ها همچنان به راه حل لهستاني ها تكيه داشتند. در اواخر جنگ يك پروژه فوق سري به نام Ultra زير نظر رياضيدان معروف آلن تورينگ شروع به كار كرد كه هدف از آن رمزگشايي پيغام هاي نيروي دريايي آلمان در مدت زماني معقول بود. انگيزه شروع اين پروژه اوراقي بود كه در يك قايق نجات غرق شده در مورد رمزنگاري Enigma كشف شد. در اوايل دهه 40 ميلادي آمريكائيها با استفاده از دانش و فناوريي كه از ماشينهاي رمزنگاري ژاپن به دست آورده بودند، يك نسخه مخصوص خود را خلق كردند. در دهه هاي پس از جنگ جهاني دوم استفاده از كامپيوترها در شكستن كدهاي رمزنگاري شده انقلابي را در رمزنگاري ايجاد كرد و باعث انتشار گسترده رمزنگاري در سازمانهاي نظامي و اطلاعاتي شد و دامنه استفاده از آن تا سيستم هاي كامپيوتري معمولي نيز گسترش پيدا كرده است. در قسمت بعدي انواع الگويتم هاي رمزنگاري را شرح خواهيم داد.