Mật mã học, khoa học viết mã và mật mã để liên lạc an toàn, là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc tạo ra tiền điện tử và chuỗi khối hiện đại. Tuy nhiên, các kỹ thuật mã hóa được sử dụng ngày nay là kết quả của một lịch sử phát triển lâu dài. Từ xa xưa, con người đã sử dụng mã hóa để truyền tải thông tin một cách an toàn. Sau đây là lịch sử hấp dẫn của mật mã, dẫn đến các phương pháp tiên tiến và phức tạp được sử dụng trong mật mã kỹ thuật số hiện đại.

Nguồn gốc cổ xưa của mật mã

Chúng ta biết rằng các kỹ thuật mã hóa nguyên thủy đã tồn tại từ thời cổ đại và hầu hết các nền văn minh cổ đại dường như đã sử dụng một số cấp độ mã hóa. Sự thay thế ký hiệu - hình thức mật mã cơ bản nhất - xuất hiện trong cả văn bản Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà. Ví dụ lâu đời nhất được biết đến về loại mã hóa này được tìm thấy trong ngôi mộ của một nhà quý tộc Ai Cập tên là Khnumhotep II, sống cách đây khoảng 3.900 năm.

Mục đích thay thế các ký hiệu trong dòng chữ của Knhumhotep không phải để che giấu thông tin mà là để cải thiện sức hấp dẫn về mặt ngôn ngữ của nó. Ví dụ sớm nhất được biết đến về việc mật mã được sử dụng để bảo vệ thông tin nhạy cảm xảy ra vào khoảng 3.500 năm trước, khi một người ghi chép Lưỡng Hà sử dụng mật mã để che giấu công thức tráng men gốm, được sử dụng trên các viên đất sét.

Sau thời cổ đại, mã hóa được sử dụng rộng rãi để bảo vệ thông tin quân sự quan trọng, mục đích mà nó vẫn phục vụ cho đến ngày nay. Tại thành phố Sparta của Hy Lạp, các tin nhắn được mã hóa, được viết trên giấy da đặt trên một hình trụ có kích thước cụ thể. Tin nhắn chỉ được giải mã khi người nhận đặt bên trong một hình trụ có kích thước tương tự. Tương tự, các điệp viên ở Ấn Độ cổ đại được biết là đã sử dụng các thông điệp được mã hóa ngay từ thế kỷ thứ hai trước Công nguyên.

Có lẽ phương pháp mã hóa tiên tiến nhất trong thế giới cổ đại được phát triển bởi người La Mã. Một ví dụ nổi bật về mật mã La Mã, mật mã Caesar, liên quan đến việc thay thế các chữ cái trong tin nhắn bằng các chữ cái khác có vị trí thấp hơn một vài vị trí trong chuỗi bảng chữ cái Latinh. Biết hệ thống này và số lượng vị trí cần di chuyển, người nhận có thể giải mã được tin nhắn không đọc được.

Sự phát triển trong thời Trung cổ và Phục hưng

Trong suốt thời Trung cổ, mật mã ngày càng trở nên quan trọng, nhưng mật mã thay thế, trong đó mật mã Caesar là một ví dụ, vẫn là tiêu chuẩn. Phân tích mật mã, ngành khoa học chịu trách nhiệm phá mã và mật mã, bắt đầu bắt kịp ngành khoa học mật mã vẫn còn tương đối gần đây. Al-Kindi, một nhà toán học Ả Rập nổi tiếng, đã phát triển một kỹ thuật được gọi là phân tích tần số vào khoảng năm 800 sau Công Nguyên, khiến cho các mật mã thay thế dễ bị giải mã. Lần đầu tiên, những người cố gắng giải mã các tin nhắn được mã hóa có quyền truy cập vào một phương pháp có hệ thống để thực hiện việc đó, khiến việc mã hóa cần phải tiến xa hơn nữa để vẫn hữu ích.

Năm 1465, Leone Alberti đã phát triển mật mã đa bảng chữ cái, được coi là giải pháp chống lại kỹ thuật phân tích tần số của Al-Kindi. Trong mật mã đa bảng chữ cái, một thông điệp được mã hóa bằng hai bảng chữ cái riêng biệt. Một là bảng chữ cái trong đó thông điệp gốc được viết, trong khi thứ hai là một bảng chữ cái hoàn toàn khác, trong đó thông báo xuất hiện sau khi được mã hóa. Kết hợp với mật mã thay thế truyền thống, mật mã đa bảng chữ cái đã tăng cường đáng kể tính bảo mật của thông tin được mã hóa. Trừ khi người đọc biết bảng chữ cái mà thông điệp được viết ban đầu, nếu không thì kỹ thuật phân tích tần số sẽ không có tác dụng.

Các phương pháp mã hóa thông tin mới cũng được phát triển trong thời kỳ Phục hưng, bao gồm một phương pháp mã hóa nhị phân cổ xưa phổ biến được phát triển vào năm 1623 bởi nhà triết học và nhà khoa học nổi tiếng Sir Francis Bacon.

Những tiến bộ trong những thế kỷ gần đây hơn

Khoa học về mật mã đã tiếp tục phát triển dần dần qua nhiều thế kỷ. Một tiến bộ lớn trong mật mã đã được mô tả, mặc dù có lẽ chưa bao giờ được chế tạo, bởi Thomas Jefferson vào những năm 1790. Phát minh của ông, được gọi là bánh xe mật mã, bao gồm 36 vòng chữ cái trên các bánh xe di chuyển có thể được sử dụng để thu được một tổ hợp mật mã. Khái niệm này tiên tiến đến mức nó được dùng làm nền tảng cho việc mã hóa quân sự của Mỹ cho đến Thế chiến thứ hai.

Thế chiến II cũng chứng kiến ​​ví dụ hoàn hảo về mật mã tương tự, được gọi là máy Enigma. Tương tự như bánh xe mật mã, thiết bị này được Axis Powers sử dụng, sử dụng các vòng quay để mã hóa tin nhắn, khiến cho việc đọc tin nhắn thực tế là không thể nếu không có máy Enigma khác. Công nghệ máy tính cuối cùng đã được sử dụng để giúp phá mật mã Enigma và việc giải mã thành công các thông điệp Enigma vẫn được coi là một yếu tố quan trọng trong chiến thắng cuối cùng của quân Đồng minh.

Mật mã trong thời đại máy tính

Với sự phát triển của máy tính, mật mã đã trở nên tiên tiến hơn nhiều so với thời đại tương tự. Mã hóa toán học 128 bit, mạnh hơn nhiều so với bất kỳ mật mã cổ xưa hay thời trung cổ nào, hiện là tiêu chuẩn cho nhiều thiết bị và hệ thống máy tính nhạy cảm. Bắt đầu từ năm 1990, một dạng mật mã hoàn toàn mới, được gọi là mật mã lượng tử, đang được phát triển bởi các nhà khoa học máy tính, những người đã tìm cách một lần nữa nâng cao mức độ bảo vệ mà mật mã hiện đại mang lại.

Gần đây hơn, các kỹ thuật mã hóa cũng đã được sử dụng để tạo ra tiền điện tử. Tiền điện tử tận dụng một số kỹ thuật mã hóa tiên tiến, bao gồm hàm băm, mật mã khóa công khai và chữ ký số. Những kỹ thuật này chủ yếu được sử dụng để đảm bảo tính bảo mật của dữ liệu được lưu trữ trên chuỗi khối và để xác thực các giao dịch. Một dạng mật mã chuyên dụng, được gọi là Thuật toán chữ ký số đường cong Elliptic (ECDSA), củng cố Bitcoin và các hệ thống tiền điện tử khác như một phương tiện cung cấp bảo mật bổ sung và đảm bảo rằng tiền chỉ có thể được sử dụng bởi chủ sở hữu hợp pháp của chúng.

Mật mã học đã đi một chặng đường dài trong 4.000 năm qua và có lẽ nó sẽ không dừng lại sớm. Miễn là dữ liệu nhạy cảm cần được bảo vệ thì mã hóa sẽ tiếp tục phát triển. Mặc dù các hệ thống mật mã được sử dụng trong các chuỗi khối tiền điện tử ngày nay đại diện cho một số dạng tiên tiến nhất của khoa học này, nhưng chúng cũng là một phần của truyền thống đã kéo dài phần lớn lịch sử loài người.