Bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “chữ viết ẩn”, mật mã là khoa học che giấu thông tin được truyền đi để chỉ người nhận dự định mới có thể giải thích nó. Kể từ thời cổ đại, việc gửi tin nhắn bí mật đã phổ biến ở hầu hết các nền văn minh lớn. Trong thời hiện đại, mật mã đã trở thành một yếu tố quan trọng của an ninh mạng. Từ việc bảo mật tin nhắn cá nhân hàng ngày và xác thực chữ ký số đến bảo vệ thông tin thanh toán khi mua sắm trực tuyến và thậm chí bảo vệ dữ liệu và thông tin liên lạc tối mật của chính phủ—mật mã giúp bảo mật quyền riêng tư kỹ thuật số trở nên khả thi.  

Mặc dù hoạt động này đã có từ hàng nghìn năm trước nhưng việc sử dụng mật mã và lĩnh vực phân tích mật mã rộng hơn vẫn được coi là tương đối trẻ và đã đạt được những tiến bộ to lớn chỉ trong 100 năm qua. Trùng hợp với việc phát minh ra máy tính hiện đại vào thế kỷ 19, buổi bình minh của thời đại kỹ thuật số cũng báo trước sự ra đời của mật mã hiện đại. Là một phương tiện quan trọng để thiết lập niềm tin kỹ thuật số, các nhà toán học, nhà khoa học máy tính và nhà mật mã đã bắt đầu phát triển các kỹ thuật và hệ thống mật mã hiện đại để bảo vệ dữ liệu quan trọng của người dùng khỏi tin tặc, tội phạm mạng và những con mắt tò mò. 

Hầu hết các hệ thống mật mã đều bắt đầu bằng một thông điệp không được mã hóa gọi là bản rõ, sau đó nó được mã hóa thành một mã không thể giải mã được gọi là bản mã bằng cách sử dụng một hoặc nhiều khóa mã hóa. Bản mã này sau đó được truyền đến người nhận. Nếu bản mã bị chặn và thuật toán mã hóa mạnh, bản mã sẽ vô dụng đối với bất kỳ kẻ nghe trộm trái phép nào vì họ sẽ không thể phá mã. Tuy nhiên, người nhận dự kiến ​​sẽ có thể dễ dàng giải mã được văn bản nếu họ có khóa giải mã chính xác.  

Trong bài viết này, chúng ta sẽ nhìn lại lịch sử và sự phát triển của mật mã.

Mật mã cổ đại

1900 TCN: Một trong những ứng dụng đầu tiên của mật mã là việc sử dụng các chữ tượng hình không chuẩn được khắc trên tường của một ngôi mộ từ Vương quốc Cổ Ai Cập. 

1500 TCN: Những tấm bảng đất sét được tìm thấy ở Lưỡng Hà có chứa chữ viết được mã hóa được cho là công thức bí mật để làm men gốm - thứ có thể được coi là bí mật thương mại theo cách nói ngày nay. 

650 TCN: Người Sparta cổ đại đã sử dụng mật mã chuyển vị sớm để xáo trộn thứ tự các chữ cái trong thông tin liên lạc quân sự của họ. Quá trình này hoạt động bằng cách viết một thông điệp trên một miếng da quấn quanh một cây gậy gỗ hình lục giác được gọi là scytale. Khi dải được quấn quanh một chiếc lưỡi hái có kích thước chính xác, các chữ cái sẽ xếp thành hàng để tạo thành một thông điệp mạch lạc; tuy nhiên, khi dải này được tháo ra, tin nhắn sẽ được chuyển thành văn bản mã hóa. Trong hệ thống scytale, kích thước cụ thể của scytale có thể được coi là khóa riêng. 

100-44 trước Công nguyên: Để chia sẻ thông tin liên lạc an toàn trong quân đội La Mã, Julius Caesar được ghi nhận vì đã sử dụng cái được gọi là Mật mã Caesar, một mật mã thay thế trong đó mỗi chữ cái của bản rõ được thay thế bằng một chữ cái khác được xác định bằng cách di chuyển một số chữ cái về phía trước. hoặc lùi lại trong bảng chữ cái Latinh. Trong này hệ mật mã khóa đối xứng, các bước và hướng chuyển vị cụ thể của chữ cái là khóa riêng.

Mật mã thời trung cổ

800: Nhà toán học Ả Rập Al-Kindi đã phát minh ra kỹ thuật phân tích tần số để giải mã, đại diện cho một trong những bước đột phá vĩ đại nhất trong giải mã. Phân tích tần số sử dụng dữ liệu ngôn ngữ—chẳng hạn như tần số của một số chữ cái hoặc cặp chữ cái nhất định, các phần của lời nói và cấu trúc câu—để đảo ngược các khóa giải mã riêng tư. Các kỹ thuật phân tích tần số có thể được sử dụng để đẩy nhanh các cuộc tấn công bạo lực, trong đó những người phá mã cố gắng giải mã các tin nhắn được mã hóa một cách có phương pháp bằng cách áp dụng các khóa tiềm năng một cách có hệ thống với hy vọng cuối cùng sẽ tìm được khóa chính xác. Mật mã thay thế dùng một bảng chữ cái chỉ sử dụng một bảng chữ cái đặc biệt dễ bị phân tích tần số, đặc biệt nếu khóa riêng ngắn và yếu. Các bài viết của Al-Kandi cũng đề cập đến các kỹ thuật phân tích mật mã cho mật mã đa bảng chữ cái, thay thế văn bản gốc bằng văn bản mã hóa từ nhiều bảng chữ cái để tăng thêm lớp bảo mật ít bị tổn thương hơn trước việc phân tích tần số. 

1467: Được coi là cha đẻ của mật mã hiện đại, công trình của Leon Battista Alberti đã khám phá rõ ràng nhất việc sử dụng mật mã kết hợp nhiều bảng chữ cái, được gọi là hệ thống mật mã đa âm, là hình thức mã hóa mạnh nhất thời trung cổ. 

1500: Mặc dù thực sự được xuất bản bởi Giovan Battista Bellaso, Mật mã Vigenère đã bị gán nhầm cho nhà mật mã học người Pháp Blaise de Vigenère và được coi là mật mã đa âm mang tính bước ngoặt của thế kỷ 16. Mặc dù Vigenère không phát minh ra Mật mã Vigenère nhưng ông đã tạo ra một mật mã khóa tự động mạnh hơn vào năm 1586. 

Mật mã hiện đại 

1913: Sự bùng nổ của Thế chiến thứ nhất vào đầu thế kỷ 20 đã chứng kiến ​​sự gia tăng mạnh mẽ cả về mật mã cho thông tin liên lạc quân sự cũng như phân tích mật mã để phá mã. Sự thành công của các nhà mật mã học người Anh trong việc giải mã các mã điện tín của Đức đã dẫn đến những chiến thắng then chốt cho Hải quân Hoàng gia.

1917: Edward Hebern người Mỹ đã tạo ra máy rôto mã hóa đầu tiên bằng cách kết hợp mạch điện với các bộ phận máy đánh chữ cơ học để tự động xáo trộn tin nhắn. Người dùng có thể nhập tin nhắn văn bản gốc vào bàn phím máy đánh chữ tiêu chuẩn và máy sẽ tự động tạo mật mã thay thế, thay thế mỗi chữ cái bằng một chữ cái mới ngẫu nhiên để xuất ra văn bản mật mã. Ngược lại, văn bản mã hóa có thể được giải mã bằng cách đảo ngược rôto mạch theo cách thủ công và sau đó nhập văn bản mã hóa trở lại Máy rôto Hebern, tạo ra thông điệp văn bản gốc.

1918: Sau hậu quả của chiến tranh, nhà mật mã học người Đức Arthur Scherbius đã phát triển Máy Enigma, một phiên bản tiên tiến của máy rôto Hebern, cũng sử dụng các mạch rôto để mã hóa cả văn bản gốc và giải mã văn bản mật mã. Được người Đức sử dụng nhiều trước và trong Thế chiến thứ hai, Máy Enigma được coi là phù hợp với cấp độ mật mã tuyệt mật cao nhất. Tuy nhiên, giống như Máy Rotor của Hebern, việc giải mã tin nhắn được mã hóa bằng Máy Enigma yêu cầu chia sẻ nâng cao các cài đặt hiệu chỉnh máy và khóa riêng vốn dễ bị gián điệp và cuối cùng dẫn đến sự sụp đổ của Enigma.

1939-45: Khi Thế chiến thứ hai bùng nổ, các nhà giải mã người Ba Lan đã trốn khỏi Ba Lan và gia nhập cùng nhiều nhà toán học nổi tiếng và nổi tiếng người Anh — bao gồm cả cha đẻ của máy tính hiện đại, Alan Turing — để giải mã hệ thống mật mã Enigma của Đức, một bước đột phá quan trọng đối với Lực lượng Đồng minh. Công trình của Turing đã đặc biệt thiết lập phần lớn lý thuyết nền tảng cho tính toán thuật toán. 

1975: Các nhà nghiên cứu làm việc về mật mã khối tại IBM đã phát triển Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu (DES)—hệ thống mật mã đầu tiên được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (khi đó gọi là Cục Tiêu chuẩn Quốc gia) chứng nhận để Chính phủ Hoa Kỳ sử dụng. Mặc dù DES đủ mạnh để cản trở ngay cả những máy tính mạnh nhất của thập niên 1970, nhưng độ dài khóa ngắn của nó khiến nó không an toàn đối với các ứng dụng hiện đại, nhưng kiến ​​trúc của nó đã và đang có ảnh hưởng lớn đến sự tiến bộ của mật mã.

1976: Các nhà nghiên cứu Whitfield Hellman và Martin Diffie đã giới thiệu phương pháp trao đổi khóa Diffie-Hellman để chia sẻ khóa mật mã một cách an toàn. Điều này cho phép một hình thức mã hóa mới được gọi là thuật toán khóa bất đối xứng. Những loại thuật toán này, còn được gọi là mật mã khóa công khai, thậm chí còn mang lại mức độ riêng tư cao hơn bằng cách không còn dựa vào khóa riêng tư chung. Trong hệ thống mật mã khóa công khai, mỗi người dùng có khóa bí mật riêng hoạt động song song với khóa chung chung để tăng cường bảo mật.

1977: Ron Rivest, Adi Shamir và Leonard Adleman giới thiệu hệ thống mật mã khóa công khai RSA, một trong những kỹ thuật mã hóa lâu đời nhất để truyền dữ liệu an toàn vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Khóa công khai RSA được tạo bằng cách nhân các số nguyên tố lớn, điều này cực kỳ khó khăn đối với ngay cả những máy tính mạnh nhất nếu không có kiến ​​thức trước về khóa riêng được sử dụng để tạo khóa chung.

2001: Để đáp ứng những tiến bộ về sức mạnh tính toán, DES đã được thay thế bằng thuật toán mã hóa Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES) mạnh mẽ hơn. Tương tự như DES, AES cũng là một hệ thống mật mã đối xứng, tuy nhiên, nó sử dụng khóa mã hóa dài hơn nhiều mà phần cứng hiện đại không thể bẻ khóa được.

Mật mã lượng tử, mật mã hậu lượng tử và tương lai của mã hóa

Lĩnh vực mật mã tiếp tục phát triển để theo kịp công nghệ tiên tiến và ngày càng phức tạp hơn. Tấn công mạng. Mật mã học lượng tử (còn được gọi là mã hóa lượng tử) đề cập đến khoa học ứng dụng mã hóa và truyền dữ liệu một cách an toàn dựa trên các quy luật xảy ra tự nhiên và bất biến của cơ học lượng tử để sử dụng trong an ninh mạng. Mặc dù vẫn còn ở giai đoạn đầu, mã hóa lượng tử có tiềm năng an toàn hơn nhiều so với các loại thuật toán mã hóa trước đây và về mặt lý thuyết, thậm chí không thể hack được. 

Đừng nhầm lẫn với mật mã lượng tử dựa trên các định luật vật lý tự nhiên để tạo ra hệ thống mật mã an toàn, thuật toán mật mã sau lượng tử (PQC) sử dụng các loại mật mã toán học khác nhau để tạo ra mã hóa lượng tử chống lại máy tính.

Theo Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) (liên kết nằm bên ngoài ibm.com), mục tiêu của mật mã sau lượng tử (còn gọi là kháng lượng tử hoặc an toàn lượng tử) là “phát triển các hệ thống mật mã an toàn trước cả máy tính lượng tử và cổ điển, đồng thời có thể tương tác với các giao thức truyền thông hiện có và mạng.”

Tìm hiểu cách các giải pháp mã hóa của IBM giúp doanh nghiệp bảo vệ dữ liệu quan trọng

Các giải pháp mật mã của IBM kết hợp các công nghệ, tư vấn, tích hợp hệ thống và các dịch vụ bảo mật được quản lý để giúp đảm bảo tính linh hoạt của tiền điện tử, an toàn lượng tử, quản trị vững chắc và tuân thủ rủi ro. Từ mật mã đối xứng đến bất đối xứng, đến hàm băm và hơn thế nữa, hãy đảm bảo bảo mật dữ liệu và máy tính lớn bằng mã hóa đầu cuối được thiết kế riêng để đáp ứng nhu cầu kinh doanh của bạn.

Khám phá các giải pháp mã hóa của IBM