Những điều cần biết về lịch sử Mật mã học

Mật mã học

Con người từ thời đại có hai nhu cầu cố hữu: giao tiếp và chia sẻ thông tin và giao tiếp có chọn lọc. Hai nhu cầu này đã làm nảy sinh nghệ thuật mã hóa các thông điệp theo cách mà chỉ những người có mục đích mới có thể tiếp cận thông tin. Những người không có thẩm quyền không thể trích xuất bất kỳ thông tin nào, ngay cả khi các tin nhắn lộn xộn rơi vào tay họ.

Nghệ thuật và khoa học của việc che giấu các thông điệp nhằm tạo ra bí mật trong an toàn thông tin được công nhận là mật mã.

Từ “cryptography” được tạo ra bằng cách kết hợp hai từ Hy Lạp: “Krypto” có nghĩa là ẩn và “Graphene” có nghĩa là viết.

Lịch sử mật mã

Nghệ thuật mật mã được coi là ra đời cùng với nghệ thuật viết. Khi các nền văn minh phát triển, loài người được tổ chức thành các bộ lạc, nhóm và vương quốc. Điều này dẫn đến sự xuất hiện của các nhu cầu sở hữu quyền lực, gây chiến, nhằm nắm giữ địa vị tối cao và ảnh hưởng chính trị.

Những nhu cầu này tiếp tục thúc đẩy nhu cầu tự nhiên của con người là liên lạc bí mật với người nhận được chỉ định trước, từ đó đảm bảo sự phát triển liên tục của mật mã.

Nguồn gốc của mật mã được tìm thấy trong các nền văn minh La Mã và Ai Cập.

Chữ tượng hình – Kỹ thuật mật mã lâu đời nhất

Bằng chứng đầu tiên được biết đến về mật mã có thể bắt nguồn từ việc sử dụng “chữ tượng hình”. Khoảng 4.000 năm trước, người Ai Cập đã từng giao tiếp bằng những thông điệp được viết bằng chữ tượng hình. Mật mã này là bí mật chỉ những người ghi chép sử dụng để truyền thông điệp thay mặt các vị vua. Một trong những chữ tượng hình như vậy được hiển thị bên dưới.

Sau đó, các học giả chuyển sang sử dụng các mật mã thay thế đơn chữ cái đơn giản trong khoảng thời gian 500 đến 600 trước Công nguyên. Điều này liên quan đến việc thay thế các bảng chữ cái của tin nhắn bằng các bảng chữ cái khác với một số quy tắc bí mật. Quy tắc này đã trở thành một chìa khóa để lấy lại thông điệp từ tin nhắn bị cắt xén.

Phương pháp mật mã La Mã trước đó, phổ biến được gọi là Caesar Shift Cipher, dựa vào việc chuyển các chữ cái của một tin nhắn theo một số đã thỏa thuận (ba là một lựa chọn phổ biến), người nhận tin nhắn này sau đó sẽ chuyển các chữ cái lại theo cùng một số và nhận được tin nhắn gốc.

Steganography

Steganography cũng tương tự nhưng bổ sung thêm một khía cạnh khác cho Cryptography. Trong phương pháp này, mọi người không chỉ muốn bảo vệ bí mật của một thông tin bằng cách che giấu nó, mà họ còn muốn đảm bảo rằng bất kỳ người nào không được phép đọc tin nhắn có thể thấy nó, nghĩa là tin nhắn bí mật hay thông tin bí mật hoàn toàn “vô hình”.

Trong kỹ thuật lấy mật mã, một người nhận không chủ ý hoặc một kẻ xâm nhập không biết thực tế là dữ liệu được quan sát có chứa thông tin ẩn. Trong mật mã, kẻ xâm nhập thường biết rằng dữ liệu đang được truyền đạt, bởi vì chúng có thể nhìn thấy thông điệp được mã hóa / xáo trộn.

Trong và sau thời kỳ Phục hưng châu Âu, các quốc gia khác nhau của Ý và Giáo hoàng đã dẫn đầu sự phát triển nhanh chóng của các kỹ thuật mật mã. Nhiều kỹ thuật phân tích và tấn công khác nhau đã được nghiên cứu trong thời đại này để phá mã bí mật.

Các kỹ thuật mã hóa được cải tiến như Vigenere Coding ra đời vào thế kỷ 15, cung cấp các ký tự di chuyển trong tin nhắn với một số vị trí thay đổi thay vì di chuyển chúng cùng một số vị trí.

Chỉ sau thế kỷ 19, mật mã đã phát triển từ các phương pháp mã hóa đặc biệt đến nghệ thuật và khoa học phức tạp hơn về bảo mật thông tin.

Vào đầu thế kỷ 20, việc phát minh ra các máy cơ và điện, chẳng hạn như máy rôto Enigma, đã cung cấp các phương tiện mã hóa thông tin tiên tiến và hiệu quả hơn.

Trong suốt thời kỳ Chiến tranh thế giới thứ hai, cả mật mã và phá mã đã trở nên quá mức về mặt toán học.

Với những tiến bộ đang diễn ra trong lĩnh vực này, các tổ chức chính phủ, đơn vị quân đội và một số công ty đã bắt đầu áp dụng các ứng dụng của mật mã. Họ đã sử dụng mật mã để bảo vệ bí mật của họ khỏi những người khác. Giờ đây, sự xuất hiện của máy tính và Internet đã mang lại hiệu quả cho mật mã trong tầm với của những người bình thường.

Mật mã hiện đại là nền tảng của bảo mật máy tính và truyền thông. Nền tảng của nó dựa trên các khái niệm khác nhau của toán học như lý thuyết số, lý thuyết độ phức tạp tính toán và lý thuyết xác suất.

Đặc điểm của mật mã học hiện đại

Có ba đặc điểm chính tách biệt mật mã hiện đại với cách tiếp cận cổ điển.

Mật mã hiện đại là nền tảng của bảo mật máy tính và truyền thông. Nền tảng của nó dựa trên các khái niệm khác nhau của toán học như lý thuyết số, lý thuyết độ phức tạp tính toán và lý thuyết xác suất.

Mật mã cổ điển

Nó thao tác trực tiếp các ký tự truyền thống, tức là các chữ cái và chữ số.

Nó chủ yếu dựa trên việc che giấu lớp thông tin. Các kỹ thuật được sử dụng để mã hóa được giữ bí mật và chỉ các bên liên quan trực tiếp mới biết cách giải mã.

Vì nó đơn thuần là che giấu lớp thông tin nên, nó yêu cầu toàn bộ hệ thống mật mã và giải mã phải được giữ bí mật.

Mật mã hiện đại

Nó hoạt động trên chuỗi bit nhị phân.

Nó dựa trên các thuật toán toán học được biết đến rộng rãi để mã hóa thông tin. Bí mật có được thông qua một khóa bí mật được sử dụng làm seed cho các thuật toán. Khó khăn trong tính toán của các thuật toán, không có khóa bí mật, v.v. khiến kẻ tấn công không thể lấy được thông tin ban đầu ngay cả khi anh ta biết thuật toán được sử dụng để mã hóa.

Mật mã hiện đại yêu cầu các bên quan tâm đến giao tiếp an toàn chỉ được sở hữu khóa bí mật.

Có một số thuật ngữ liên quan đến mật mã

Mã hóa: Nó là một quá trình chuyển từ bản rõ (văn bản bình thường) sang bản mã (chuỗi bit ngẫu nhiên).

Giải mã: Quá trình ngược mã hóa, chuyển đổi bản mã sang bản rõ.

Cipher: Hàm toán học, tức là một thuật toán mật mã được sử dụng để chuyển đổi bản rõ sang bản mã.

Khóa: Một lượng nhỏ thông tin được yêu cầu để tạo ra kết quả của thuật toán mật mã.

Các loại mật mã

Để hiểu mật mã trong Blockchain, người ta phải hiểu các loại mật mã. Chủ yếu có ba cách khác nhau mà chúng ta có thể thực hiện các thuật toán mật mã, đó là mật mã khóa đối xứng, mật mã khóa bất đối xứng và hàm băm.

Mật mã khóa đối xứng: Trong phương pháp mã hóa này, người ta sử dụng một khóa duy nhất. Khóa chung này được sử dụng cho cả quá trình mã hóa cũng như giải mã. Việc sử dụng một khóa đơn chung sẽ tạo ra vấn đề chuyển khóa an toàn giữa người gửi và người nhận. Nó còn được gọi là mật mã khóa bí mật.

Mật mã khóa bất đối xứng: Phương pháp mã hóa này sử dụng một cặp khóa, khóa mã hóa và khóa giải mã, được đặt tên lần lượt là khóa công khai và khóa riêng. Cặp khóa được tạo bởi thuật toán này bao gồm một khóa riêng tư và một khóa công khai duy nhất được tạo bằng cùng một thuật toán. Nó còn được gọi là Mật mã khóa công khai.

Hàm băm: Loại mã hóa này không sử dụng khóa. Nó sử dụng một mật mã để tạo ra một giá trị băm có độ dài cố định từ plaintext (văn bản thuần túy). Gần như không thể khôi phục nội dung của văn bản thuần túy từ bản mã.

Sử dụng mật mã trong Blockchain

Các Blockchain sử dụng hai loại thuật toán mật mã, thuật toán khóa không đối xứng và hàm băm. Các hàm băm được sử dụng để cung cấp chức năng của một chế độ xem Blockchain duy nhất cho mọi người tham gia. Các Blockchain thường sử dụng thuật toán băm SHA-256 làm hàm băm của chúng.

Các hàm băm mật mã cung cấp các lợi ích sau cho Blockchain:

Hiệu ứng tuyết lở: Một thay đổi nhỏ trong dữ liệu có thể dẫn đến kết quả khác biệt đáng kể.

Tính duy nhất: Mọi đầu vào đều có một đầu ra duy nhất.

Tính xác định: Bất kỳ đầu vào nào sẽ luôn có cùng đầu ra nếu được chuyển qua hàm băm.

Tính nhanh chóng: Sản lượng có thể được tạo ra trong một khoảng thời gian rất nhỏ.

Kỹ thuật đảo ngược không thể thực hiện được: tức là chúng ta không thể tạo đầu vào bằng cách có đầu ra và hàm băm.

Hàm băm có vai trò chính trong việc liên kết các khối với nhau và cũng để duy trì tính toàn vẹn của dữ liệu được lưu trữ bên trong mỗi khối. Bất kỳ sự thay đổi nào trong dữ liệu khối đều có thể dẫn đến sự không nhất quán và phá vỡ chuỗi khối, khiến nó không hợp lệ. Yêu cầu này đạt được nhờ thuộc tính của các hàm băm, được gọi là “hiệu ứng tuyết lở”.

Theo điều này, nếu chúng ta thực hiện một thay đổi nhỏ trong đầu vào cho hàm băm, chúng ta sẽ nhận được một đầu ra hoàn toàn không liên quan so với đầu ra ban đầu. Hãy xem một ví dụ về hàm băm SHA-256 và so sánh kết quả đầu ra của chúng:

Input: Blockchain at upGrad.

Output: 04f0ecc95159533982d7571eada5f8d76592b6e97ead964467c603d31b9e7a9c.

Thay đổi Input: Blockchain at upGrad.

Output: 80b069904b6a8db46ed94e7091ff4e5fc72fae5422d46cc57d8f66db7abf478.

Bạn có thể nhận thấy sự khác biệt lớn về đầu ra sau khi thay đổi một ký tự duy nhất ở đầu vào từ chữ thường sang chữ hoa. Điều này làm cho dữ liệu đáng tin cậy và an toàn trên Blockchain; bất kỳ thay đổi nào trong dữ liệu khối sẽ dẫn đến sự khác biệt về giá trị băm này và làm cho chuỗi khối không hợp lệ, khiến nó trở nên bất biến.

Mật mã khóa không đối xứng là nơi khóa cá nhân thường cần được tạo ra bằng thuật toán số ngẫu nhiên và khóa công khai được tính toán bằng cách thực hiện một thuật toán không thể đảo ngược. Thuật toán mã hóa bất đối xứng có ưu điểm là có các khóa công khai và riêng tư riêng biệt, có thể được chuyển qua các kênh không an toàn.

Có thể, nó cũng có một số nhược điểm, một số là tốc độ xử lý thấp và độ mạnh mã hóa không đạt yêu cầu. Rất cần thiết để đảm bảo tính bảo mật của thuật toán mã hóa bất đối xứng trong quá trình truyền dữ liệu trên Blockchain.

Một trong những phần chính của mật mã khóa bất đối xứng là chữ ký điện tử. Chữ ký điện tử cung cấp tính toàn vẹn cho quy trình; chúng có thể dễ dàng xác minh và không thể bị hỏng. Chữ ký điện tử đảm bảo rằng Blockchain hợp lệ và dữ liệu được xác minh và chính xác.

Băm, các cặp khóa công khai-riêng tư và chữ ký điện tử cùng nhau tạo thành nền tảng cho Blockchain. Các tính năng mật mã này giúp các khối có thể được liên kết an toàn bởi các khối khác và cũng đảm bảo độ tin cậy và tính bất biến của dữ liệu được lưu trữ trên Blockchain.

Có một số lượng lớn các ứng dụng của công nghệ Blockchain và mật mã làm cho nó trở nên khả thi. Một trong những ứng dụng chính trong thế giới thực của mật mã trong Blockchain là tiền mã hóa.

Tiền mã hóa là một trong những ứng dụng chính của Blockchain và chúng sử dụng các cặp khóa công khai-riêng tư để duy trì địa chỉ của người dùng trên Blockchain. Đối với mật mã trong Blockchain, khóa công khai được sử dụng làm địa chỉ của người đó. Khóa công khai hiển thị trên toàn cầu, tức là nó hiển thị cho bất kỳ thành viên nào của người tham gia. Khóa riêng tư là một giá trị bí mật và được sử dụng để truy cập vào dữ liệu địa chỉ đó và cho phép bất kỳ hành động nào đối với “địa chỉ”, thường là các giao dịch.

Chữ ký điện tử được sử dụng rộng rãi cho tiền mã hóa. Chúng được sử dụng để phê duyệt các giao dịch bằng cách ký chúng một cách an toàn (ngoại tuyến) và cũng được sử dụng cho các hợp đồng đa chữ ký và ví kỹ thuật số trên Blockchain. Để thực hiện bất kỳ hành động nào từ các hợp đồng đa chữ ký và ví điện tử này, cần phải có chữ ký điện tử từ nhiều khóa cá nhân (khác nhau) trước khi thực hiện bất kỳ hành động nào.

Kết luận

Mật mã đã có lịch sử hàng ngàn năm, với mỗi một giai đoạn, thời kỳ mật mã lại hình thức, cách thức khác nhau được con người sử dụng cho từng mục đích phù hợp. Từ thời Ai Cập cổ đại cho đến nay, mật mã đã có bước phát triển vượt bậc và đến nay với nền tảng Blockchain, mật mã đã tiến một bước tiến mới trên không gian số. Hy vọng với bài viết của Coinvn sẽ phần nào giúp ích cho các nhà đầu tư nắm bắt được các thông tin quan trọng về mã hóa và vai trò của nó đối với nền tảng Blockchain. Và để có thể tìm hiểu nhiều hơn nữa về các kiến thức chung, đừng quên theo dõi và cập nhật thông tin tại chuyên mục bách khoa crypto của chúng tôi.