Адам Шифрды Қалай Және Не Үшін Ойлап Тапты?

Қарапайым тілмен айтқанда, криптография — бұл ақпаратты шифрлау арқылы қорғау ғылымы. Шифрлаудың бізге белгілі ең алғашқы мысалы Ежелгі Мысырға қатысты. Біздің дәуірімізге дейінгі 1900 жылдар шамасында Мысыр жылнамашылары иероглифтердің стандартты белгілерін өзгерткен: мысалы, олардың пішінін сәл өзгертіп немесе декоратив элементтерді қосып белгілі символдарды онша танылмаған немесе ескірген символдармен алмастырған. Әйткенмен осы бір «жеңіл» шифрлау формасы ақпаратты жасыру үшін емес, керісінше — лингвистикалық тартымдылық үшін қолданылған. Мұндай мәтіндер жерлеу бұйымдарына қашалған, осылайша өзгертілген иероглифтер көзі түскен жандардың назарын аударуы тиіс болған.

Криптографияның тағы бір көне нұсқасы ежелгі өркениеттің бірі — Месопотамиядан табылған. Біздің дәуірімізге дейінгі 1500 жылдарға жататын бір тақтайшада шифрланған мәтін — сол уақытта көп қолөнершілер іздеген керамика шыңылтырын әзірлеу әдісі жазылған. Шифрлаушы қарапайым алмастыру шифрын қолданған, яғни бір клинопис таңбасын басқа таңбамен ауыстырған.

Дәл қазір қарапайым шифрлау әдісін жасап көрейік. Мысалы, әрбір сөздегі әріпті алфавит бойынша келесі орында тұрған әріппен алмастырылсын. Сонда негізгі мәтіндегі «Менің ақшам шкафта» сөйлемі осындай өзгерістен кейін «Неңьо әлщән щқәхуә» болады. Мұндай шифрлауды «алмастыру (орын ауыстыру) шифры» деп атайды, алдын ала келісілген жағдайда мұны тіпті күнделікті өмірде де қолдануға болады. Мысалы, қауіпті жағдайда құпия байланыс ретінде қолдануға болады.

Тарихтан белгілі тағы бір шифр Юлий Цезарьға тиесілі және ол Рим империясында қолданылған. Бұл әдісте мәтіндегі әр әріп үш позиция бойынша оң жақта орналасқан әріппен алмастырылатын. Осылайша, A әрпі D-ға, B әрпі E-ге айналатын.

Хаттарды шифрлау тек мемлекеттік қана емес, жеке мақсатта да жасалатын, кем дегенде мұны біздің дәуіріміздің 3–4 ғасырында үнді Камасутрасында мұны әйелдер мен ерлерге кеңес еткенін білеміз. Мұнда да алмастыру шифры қолданылған. Осы шифрды көптеген ғасырлар өткен соң француз патшайымы Мария-Антуанетта граф Аксель фон Ферзенге жазған сезімге толы хұсни хаттарында қолданған. Француз революциясы кезінде өміріне қауіп төнген сәтте, Мария-Антуанетта өзінің жеке хаттарының құпиясын сақтауға тырысқан. Франция патшайымын революция қызып тұрған 1793 жылы өлім жазасына кескен еді.

Шифрлау — кәдуілгі мәтінді шешетін арнайы кілтсіз түсіну мүмкін емес таңбалар жиынына айналдыру әдісі. Ал кілт — мәтінді оқуға және түсінуге мүмкіндік беретін әдістің сипаттамасы.

Десек те, Месопотамияда, содан кейін Рим империясында және Ежелгі Үндістанда қолданылған алмастыру шифрының кез келген түрін тарихта араб философы және математигі Әл-Кинди «оқсыз» қаруға айналдырып еді. Ол қазіргі Ирак аумағында 9-ғасырда дүниеге келген еді әрі «Криптографиялық хабарлама атаулыны дешифрлау трактатын» да жазған болатын. Бұл еңбегінде Әл-Кинди оқырманға шифрланған хабарламадағы әр әріптің жиілігін зерттеуді ұсынды және ең жиі кездесетін әріпті «бірінші», жиілігі бойынша екінші әріпті — «екінші», келесіні — «үшінші» және т.с.с. етіп анықтауды ұсынды. Әрі қарай барша тілдің өзіндік заңдылықтары болатынын ескере отырып, шифрлау әдісін қолдану маңызды. Мысалы, араб тілінде ең жиі кездесетін әріп — ﺍ (/aː/). Осылайша, шифрланған мәтіндегі «бірінші» болып белгіленген әріп ﺍ (/aː/) болуы мүмкін деп болжауға болады.

Әл-Киндидің араб тілінің заңдылықтарын қайдан білгені де қызық дүние. Сол кезеңде мұсылман дін ғалымдары Мұхаммед пайғамбардың күнделікті сөздерінен тұратын хадистерді зерттеген. Олар әрбір сөздің шынымен Мұхаммед пайғамбарға тиесілі екенін дәлелдеуге тырысқан. Осы мақсатта ғалымдар сөйлем құрылымын, қолданылған сөздердің шығу тегін зерттеген. Олар жеке әріптерді де талдап, кейбір әріптердің басқаларға қарағанда қаншалықты жиі кездесетінін анықтап шыққан. Сонда араб тіліндегі ﺍ (/aː/) және ﻝ (/l/) әріптері ең көп таралған болып шыққан.

Орта ғасырларда пайда болған ерекше және аз зерттелген бағыттың бірі — каббалистикалық криптография. Каббала — иудейлік мистикалық дәстүр; оның жүйелі түрде дамуы 12 ғасырда басталды, дегенмен оның көптеген идеялары өте ежелгі және тамыры анағұрлым терең. Каббала Тәурат, Талмуд және басқа да қасиетті иудейлік мәтіндердің жасырын қырларын зерттейді. Каббалистер шифрлау жасамаған, керісінше, қасиетті мәтіндерді «декодтауға», яғни олардан жаңа мағыналар мен құпия параллельдер табуға ұмтылған. Дешифрлау үшін мысалы, еврей дәстүрінде әрбір иврит әрпіне белгілі бір сандық мән сәйкес келетіндігін пайдаланған. Бұл жағдайда әр әріпті санмен алмастыруға болады.

Бұл әдісті қарапайым түрде кескіндеп көрсету үшін өзіміз мысал ойлап тауып көрелік: «Шалом» (бейбітшілік) сөзі Шин-Ламед-Вав-Мем әріптерінен тұрады және שלום деп жазылады. Еврей дәстүріндегі әрбір әріптің сандық мәндері мынадай: Шин (ש) = 300, Ламед (ל) = 30, Вав (ו) = 6, Мем (ם) = 40. Бұл мәндерді қосқанда, мынаны аламыз: 300 + 30 + 6 + 40 = 376. Бұл сөздің сандық мәні «Ешев» (עשב) сөзімен бірдей, ол «отыру» немесе «тұру» дегенді білдіреді (ע = 70, ש = 300, ב = 6). Әріптердің санға айналдырғандағы бұл сәйкес ұғым шынайы бейбітшілікке әркім өз орнын тапқанда немесе әлемдегі өз «орнында» отырғанда қол жеткізуге болады дейтін идеяның символы болуы мүмкін. Шын мәнінде каббаланы ұзақ жылдар бойы үйрену қажет, сондықтан шынайы каббалистикалық декодтау мысалдары біз иллюстрация етіп келтірген мысалдан әлдеқайда күрделі болады. Қалай болғанда да, мұның бәрі қасиетті иудейлік мәтіндерді түсінудің — қарапайым мағынадан бастап терең мистикалық деңгейге дейінгі бірнеше деңгейі бар деген идеядан туындаған. Ал «түпкі» деңгейге қол жеткізу үшін сандық шифрларды да қолдану қажет.

Тағы бір құрлық — Оңтүстік Америкада еуропалықтар келгенге дейін Инк империясы өмір сүргені белгілі. Ол 13-ғасырда пайда болып, 15-16-ғасырларда испан конкистадорлары аймақты жаулап алғанға дейін гүлденген кезеңге жеткен-ді. Инк мәдениетінде олардан бұрын өмір сүрген мәдениеттердің ажырамас бөлігі болып келген кипу жүйесі болған — бұл түрлі түсті жіптерден жасалған және әртүрлі пішінде, әр жерде орналасқан түйіндермен байланысты жиынтықтар. Жіптердің түстері, түйіндердің түрлері және олардың орналасуы белгілі бір ақпаратты білдірген.

Кипу жүйесі кез келген ақпаратты ерекше сипатта «жазу» үшін ғана емес, тек арнаулы адамдарға ғана түсінікті хабарламаларды жіберу үшін де қолданылған болуы мүмкін дейтін теория бар. Егер өз ережеңізді ойлап тапсаңыз, басқа ешкім бұл хабарламаны дәстүрлі әдістермен оқи алмайды. Бірақ инктерді испандықтар жаулап алғаннан кейін кипудың кез келген интерпретациясына қатысты білімдердің көпшілігі жоғалып кетті. Ғалымдар мен зерттеушілер бұл жүйені дешифрлеу жұмыстарын әлі күнге дейін жалғастырып келеді.

Ренессанс кезеңінде криптография жаңа деңгейге шықты: шифрлау енді қолмен емес, арнайы құрылғылардың көмегімен жасалды әрі бұдан да күрделі деңгейге шықты. Мұндай құрылғылардың бірі — 15 ғасырдың ортасында ғалым Леон Баттиста Альберти ойлап тапқан Альберти дискісі. Ол әрқайсысында алфавит бар екі дискіден тұрды. Сыртқы диск қозғалмайтын күйге бекітілген, ал ішкі диск айнала алатын. Ішкі дискінің айналғандағы әрбір жаңа күйі жаңа шифрлау принципін, былайша айтқанда, стандарттағы алфавиттің әріптерінен ығысып тұратын жаңа нұсқаны жасайтын. Бұл қасиеті оның істеп тұрған кезінде кілтті өзгертуіне мүмкіндік беретін, әрине мұнысы шифрдың күрделі болуын арттыратын.

Альберти дискісі шеңбер тәріздес екі пластинадан тұрады. Бұл екі пластинаны түсінікті болу үшін дөңгелек деп алайық. Сыртқы және ішкі дөңгелекте алфавит бейнеленген. Ішкі дөңгелек кішірек және сыртқы дөңгелекке қарағанда еркін айнала алады. Мұндай «машинаны» тіпті үйде картон мен сымның көмегімен жасауға да болады.

Дисктің бастапқы орнын таңдаңыз: мысалы, сіз сыртқы дөңгелектегі A әрпін ішкі дөңгелектегі K әрпіне туралап келтіре аласыз. Бұл — сіздің шифрлау кілтіңіз болып шығады.

Хабарламаңызды қағазға жазыңыз және дискті пайдаланып, хабарламадағы әр әріпті ішкі дөңгелектегі сәйкес келген әріппен ауыстырыңыз. Диск шифрлауды жылдамдатады: ол бастапқы әріпті қандай әріппен ауыстыру керектігін көрсетеді. Мысалы, егер хабарламаңызда A әрпі болса, сыртқы дөңгелектегі A әрпі ішкідегі K әрпімен тура түссе, онда A әрпі ішкі дөңгелектегі K-ға ауыстырылады.

Шифрдың күрделілігін арттыру үшін белгілі бір әріптер санынан кейін шифрлау кілтін өзгертуге болады. Мысалы, әрбір 10 әріптен кейін дисктің бастапқы орнын өзгертіп: сыртқы дөңгелектегі A әрпін ішкі дөңгелектегі L (немесе басқа кез келген әріп) әрпіне туралай аласыз.

Енді шифрланған хабарламаны адресатқа жібере аласыз. Оны оқу үшін адресат шифрлау кілтін (дисктің бастапқы орнын) білуі қажет. Егер сіз бірнеше кілтті қолдансаңыз — мысалы, әрбір 10 әріптен кейін шифрлау әдісін өзгертіп отырсаңыз, бұл ақпаратты да адресатқа жеткізуді ұмытпауыңыз керек.

Шамамен сол уақытта Леон Баттиста Альберттің замандасы Леонардо да Винчи де күнделігіндегі жазбаларын шифрлаудың тағы бір ерекше әдісін қолданды. Ол көптеген ескертпелерін оңнан солға қарай жазып, әріптерді айнаға қарап оқуға болатындай етіп бейнеледі. Яғни, да Винчи оңнан солға жазып қана қоймай, әріптердің стандарт жазылуын басқа жаққа, айнадағыдай етіп өзгертті: мысалы, шартты R әрпінің орнына Я әрпін жазды және т.б. Бұл әдіс «айна жазуы» деп аталды. Да Винчи не себепті жазбаларын дәл осылай жазғаны туралы нақты бір себепті ғылым әлі анықтай алмады.

Десек те, криптографияның дамуына айтарлықтай зор әсер еткен Леон Баттиста Альберти болды: соның арқасында бірнеше кілттерді бірден қолданатын полиалфавитті шифрлау деп аталатын әдіс пайда болды. Маңыздысы, бұл жағдайда алфавиттің бір әрпі әртүрлі тәсілдермен шифрлануы мүмкін. Мұндай шифрды ашу кәдімгі алмастыру әдісіне қарағанда әлдеқайда қиын.

Полиалфавитті шифрлау кейінгі көп жүйенің, соның ішінде 100 жылдан кейін пайда болған атақты Виженер шифрының негізі болды. Француз дипломаты Блез Виженер кездейсоқ осы шифрлау тарихының негізгі тұлғасына айналды. Ол өткен криптографтардың еңбектерімен танысып, 1585 жылы өзінің «Шифрлар туралы трактат» кітабын жазды, онда криптографияның негіздерін сипаттады. Іс жүзінде Виженер мәтіндерді шифрлау тәсілдеріне ешқандай жаңалық енгізбей, бұрынғы тәсілдерді біріктірді. Бірақ осы шифрлау әдісі соның атымен аталып кетті.

Дей тұрғанмен, Блез Виженер де қара жаяу адам емес еді. Ол химия, физика, астрономия, математика сияқты ғылымдарға қызығушылық танытқан. «Шифрлар туралы трактат» еңбегінде ол бірінші болып: «Әлемдегі барлық нәрсе — шифр. Барша табиғат — жай ғана шифр және құпия хат» деп атап өткен де еді.

Виженер шифры таңғаларлықтай қарапайым жұмыс істейді. Біріншіден, кілт сөз таңдалады, мысалы, BEE (немесе кез келген басқа сөз). Содан кейін әр жаңа алфавит солға жылжып отыратын алфавиттер қатары қолданылады, Виженер кестесі деген міне осы:

1-қатар (тақырыптық): A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
2-қатар: B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A
3-қатар: C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B
4-қатар: D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
5-қатар: E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D
6-қатар: F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E
7-қатар: G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F
8-қатар: H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G

«HELLO» хабарламасын «BEE» кілті арқылы шифрлау үшін алдымен кілтті хабарламаның ұзындығына дейін қайталаймыз. Бұл жағдайда кілт «BEEBE» болып қайталанады.

Енді шифрлауға кірісейік. Хабарламамыздың бірінші әрпі — H және кілтіміздің бірінші әрпі — B. Кестеден B-дан басталатын жолды табамыз. Осы жолдан, кестенің тақырыптық қатарындағы H әрпінің дәл астындағы символды табайық. Бұл символ — I, демек, H әрпінің орнына I әрпін қоюымыз керек.

Бұл шифр шамамен 300 жыл бойы ең үздік саналып келді, оны шешілмейтін шифр деп атады да, яғни кілтін білмей хабарламаны ашу мүмкін емес болып көрінген. Ол дипломатиялық және әскери ортада жиі қолданылды. Себебі түсінікті: салыстырмалы түрде қарапайым әрі қауіпсіздік деңгейі де жоғары. Оның танымалдығы мұхиттарды да кесіп өткен еді: 19 ғасырдағы АҚШ-тағы Азаматтық соғысы кезінде құл иеленушілік тәртіпті сақтап қалу үшін күрескен Конфедерация армиясы хабарламаларын құпиялау үшін Виженер шифрының нұсқасын қолданған. Қызығы, соғыс барысында Конфедерация негізінен үш кілтті қолданған: «Манчестер былшылы», «Толық жеңіс» және соғыстың соңына қарай «Кек келді». Виженер шифры өнер қайраткерлеріне де шабыт берген: Жюль Верн өзінің «Жангада» романында кейіпкерлер шешуі керек болатын Виженер әдісімен шифрланған хабарламаны сюжетке қосқан.

Бұған қоса, криптографияның әртүрлі әдістері Азияға да қолданылды. Осы кезеңге жататын бір мысал Цин династиясына (1644–1912) қатысты. Криптография, ішінара, 19 ғасырдың бірінші жартысында Батыс державаларының Қытайға басып кіруі кезінде де қолданылған. Мұнда шифрлау әдістері бұрыннан белгілі алмастыру шифрларын және басқа принциптерді қамтыды. Мысалы, тек жіберуші мен алушыға белгілі ережеге сәйкес таңбалардың ретін өзгерту қолданылды; әрбір сөзге, сөйлемге немесе фразаға сәйкес келетін бірегей коды бар кодтар жинағын пайдаланды. Бұл әдістер, әсіресе, тым қатты оқшауланып келген империяның ішкі істеріне жатжұрттық араласа бастаған Опиум соғыстары кезінде маңызды болды.

19 ғасырдың екінші жартысында криптографияның жаңа кезеңі басталды: Англияда математик Чарльз Бэббидж және Пруссияда шифрлаушы Фридрих Касиски әрбірі жеке дара Виженер шифрын бұзу әдістерін жасап шықты. Олардың әдістері шифрланған мәтіндегі қайталанатын фрагменттерді табу арқылы кілттің ұзындығын анықтауға негізделген еді, содан кейін статистикалық талдау негізінде кілттің өзін табу іске асатын.

Касиски әдісі қалай жұмыс істейді?

Виженер әдісі бойынша «HELLO» хабарламасын «BEE» кілтімен шифрлау үшін алдымен кілтті хабарламаның ұзындығына дейін қайталаймыз. Бұл жағдайда кілт «BEE» «BEEBE» болып қайталанады.

Ал енді, шифрланған мәтінді көріп отырғаныңызды және бірдей әріптер тізбегі бірнеше рет қайталанғанын байқағаныңызды елестетіп көріңіз. Бұл мәтіннің осы жерлерінде бірдей кілт бөлігінің қолданылғанын білдіруі мүмкін. Сондықтан ең алдымен мәтіндегі қайталануларды табу маңызды.

Енді біз қайталанатын фрагменттер арасындағы қашықтықты өлшей аламыз. Мысалы, қайталанулар арасындағы қашықтық 10 болса, кілттің ұзындығы 10 символ болуы мүмкін.

Ендігі қадам — шифрланған мәтінге қарап, әр әріпті 1-ден 10-ға дейін санау. Сонымен қатар, шифрланған мәтіннің барлық бірінші әріптерін бөлек, барлық екінші әріптерін бөлек және т.с.с. қат қатар етіп жазып отырамыз.

Бұдан соң әр қатарды бөлек қарастырамыз. Әрбір қатардағы бірінші әріптерге қараймыз: олардың арасында жиі қайталанатын әріп бар ма? Орыс тілінде қандай әріп осындай жиілікпен кездеседі (орыс және басқа тілдердің әріптерінің жиілік кестесі бар). Егер қатардың бірінде К әрпі жиі кездессе, ал орыс тілінде О әрпі осындай жиілікпен кездессе, бұл шифрлау кезінде О әрпі К әрпіне ауыстырылғанын білдіруі мүмкін. Осы ақпаратты пайдалана отырып, кейбір кілт әріптерін болжауға болады, содан кейін бүкіл кілттің қандай болғанын анықтауға болады.

Әрине, осындай жаңалықтан кейін жаңа, жетілдірілген шифрлау тәсілдерін ойлап табу қажет болды. Сонымен қатар, соңғы жаңалықтар шифрларды бұзу әдістеріне математиканы көптеп енгізуге әкелді. Зерттеушілер шифрларды бұзу үшін ықтималдық теориясын, статистикалық талдауды қолдана бастады. Сондықтан 20 ғасырға қарай криптографияның дамуы негізінен математикамен арасы жақсы адамдарға ғана қолжетімді болды.

Уақыттың тағы бір маңызды ерекшелігі — дүниежүзілік соғыстар, державалардың ғаламдық қақтығыстары еді. І Дүниежүзілік соғыста барлық тарап байланысын қорғау үшін шифрларды белсенді түрде қолданды. Бұл криптоаналитикалық әдістердің дүмпуіне әкелді — барлығы қарсыластың әскери кодтарын шешумен айналысты. Екінші жағынан, «қарулану жарысы» жүріп жатты: осы тұста кімнің шифрлау әдісі ашылмай қалатыны маңызды болды.

1917 жылы америкалық инженер Гилберт Вернам кейіннен «бір реттік блокнот» немесе Вернам шифры деп аталған әдісті ұсынды. Бұл әдіс кездейсоқ кілтті пайдалануды болжайды, оны тек бір рет қолдануға болады және кілттің ұзындығы хабарламаның ұзындығына тең болуы керек. Осыдан кейін «HELLO» хабарламасын қарапайым кесте арқылы емес, екілік есептеу жүйесі арқылы шифрлау ұсынылады — яғни, бастапқы хабарламаның әр әрпі немесе кез келген басқа символ белгілі бір күрделі алгоритм бойынша екілік санға аударылады. 1940-жылдардың соңында бұл әдістің мүлдем шешілмейтіні дәлелденді. Америкалық математик Клод Шеннон шифрдың мінсіз құпиялығы тек кілт бір рет қолданылғанда, оның ұзындығы хабарламаның ұзындығына тең болғанда және кілт толығымен кездейсоқ болғанда ғана сақталатынын дәлелдеп берді.

Уақытпен келген игіліктің бірі 20 ғасырдың басында кеңінен тарап қол жетімді бола бастаған электр қуаты болды. Механикалық машиналармен қатар электромеханикалық машиналар да пайда болды. Осылайша, Вернам хабарламаны өздігінен шифрлайтын құрылғы да жасады. Осылайша, шифрлау мен хабарламаны жіберу бір уақытта іске асатын «сызықтық шифрлау» кезеңі басталды.

Бірақ хабарлама ұзақ болғанын ойлап көрелік, онда «BEE» сияқты кілт бізге жарамайды. Сонымен қатар, кілттің тек бір рет қолданылатын болуы маңызды — хабарламаны алушы мұны алдын ала білуі керек. Кейде кілттер стеганографияны пайдаланып берілетін, яғни кілт алғашында еш күдік тудырмайтын иллюстрацияда немесе мәтінде жасырылатын. Осылайша, олар бәрінің көз алдында болып, бірақ байқалмай қалатын. Бірақ ең сенімді әдіс — кілтті физикалық түрде, барлаушылар немесе құпия агенттер арқылы жіберу. Әртүрлі техникалар да ойлап табылды, мысалы, «өлі жәшік» (dead drop). Бұл алдын ала анықталған орынды білдірді, онда бір агент ақпаратты қалдырады, ал екінші агент оны кейін алып кетеді. Мұндай орын — қабырғадағы жасырын саңылаудан бастап, ешкім жақыннан қарағысы келмейтін өлі егеуқұйрық пішініне дейін кез келген нәрсе болуы мүмкін. «Өлі жәшіктің» басты артықшылығы — агенттердің кездесуін бақылауды болдырмауға көмектеседі.

20-ғасырдың бірінші жартысындағы тағы бір әйгілі мысал — 20-жылдары жасалған «Енигма» шифрлау машинасы, оны ІІ Дүниежүзілік соғыс кезінде нацистердің әскері қолданған. Ол Вернам шифрына қарағанда қарапайым болды, бірегей бір реттік кілтсіз, бірақ ерекше электромеханикалық жүйе арқылы өте сенімді шифрлауды жүзеге асырды, яғни бұл жүйе механикалық және электрлік элементтерді біріктірді. Пернетақтадағы батырманы басқанда электрлік сигнал жіберіліп, ол бірқатар айналмалы шифрлау дискілері арқылы өтетін, әр диск сигналдың жолын өзгертетін. Бұл жолдың қалай өзгеретінін тек «Енигма» өндірушілері ғана білетін. Ал бұл жүйедегі кілт қандай да бір сөз немесе фраза емес, «Енигманың» белгілі бір позицияға келтірілген күйі болатын: пайдаланушы кабельдерді белгілі бір түрде жалғап, дискілерді белгілі бір орынға қоюы керек еді. Неміс армиясы әр күнге арнап «Енигманы» қалай баптау керектігі алдын ала жазылған «кілттері» бар кітаптарды таратқан еді, сол арқылы хабарламаларды жіберу және алу мүмкін болатын еді.

1939 жылы нацистер Еуропа елдеріне басып кіруінің дәл алдында поляк криптографы «Енигманың» механизмін ашты — мұны күрделі математиканы қолданбай іске асыру мүмкін емес еді. Мариан Реевскийдің ашқан жаңалығы неміс хабарламаларын дешифрлаудың бастамасы болды. Ол қолданған теореманы кейіннен бір профессор «ІІ Дүниежүзілік соғысты жеңіп алған теорема» деп атаған да еді.

Бірақ хабарламаларды дешифрлау үшін «Енигманың» күнделікті баптауларын да білу маңызды болды. Таңғаларлықтай болса да, математик пен оның әріптестеріне тағы бір міндет қойылды — күнделікті кілттерді табу әдістерін әзірлеу. Ғалымдар қайтадан есептеулерге кірісті әрі жұмыстарының нәтижелерін британдық одақтастарына бөлісті.

Ақыры бұл оқиғаның табысты ұшар биігі Алан Түрингтің «бомба» деген атау алған күнделікті кілттерді іздеуді жеделдететін құрылғысы болды. Құрылғы бірнеше «Енигма» машиналарының жұмысын имитациялап, хабарламада мағыналы мәтін пайда болғанша түрлі нұсқаларды қарап шыққан еді. Осылайша, соғыс алғаш рет криптографияда жаппай еңбекті қолдануға ықпал еткен оқиға болып тіркелді. Ұлыбританияда шамамен 200 «бомба» тәулік бойы неміс хабарламаларын ұстап алу үшін бір уақытта жұмыс істеп тұрған еді.

Әрине, 20-ғасырдың екінші жартысындағы компьютер дүмпуі шифрлау және дешифрлау әдістерінің тағы да күрделенуіне әкелді. Компьютерде жасалған күрделі алгоритмдер пайда болды, оларды Мариан Реевский сияқты данышпан математик те шеше алмайтын еді. Сонымен қатар, саяси әлемде жаңа «соғыс» — қырғи қабақ соғысы пайда болды. Ақпаратты беру қайтадан жоғары құпиялылық деңгейін талап етті. Мемлекеттік органдар, мысалы, АҚШ-тың Ұлттық қауіпсіздік агенттігі, жетілдірілген шифрлау жүйелерін әзірлеуге белсенді түрде инвестиция сала бастады. 70-жылдардың соңында серпінді әдіс пайда болды — ашық кілтпен, дәлірек айтқанда, екі кілтпен шифрлау. Бұл концепцияны америкалық Уитфилд Диффи мен Мартин Хеллман ойлап тапты.

Бұл өнертабысқа дейін кез келген шифрлау әдісінде жіберілген хабарламаның құпиясы бірге жүретін. Уитфилд Диффи мен Мартин Хеллман шифрлау үшін бір кілтті, ал дешифрлау үшін мүлдем басқа кілтті пайдалануды ұсынды.

Бірінші кілт (ашық) кез келген адамға берсе қауіпсіз әрі оны құлып ретінде қарастыруға болады, өйткені бұл кілтпен хабарлама тек шифрланады. Екінші кілт — жабық әрі құпия. Бұл кілттің көмегімен хабарламаны дешифрлауға болады.

Бірақ қалайша ашық кілт хабарламаны дешифрлауға мүмкіндік бермейді? Мұндай математикалық ғажайыптарды жеңіл мысал арқылы түсінуге болады. Мысалы, біз 10 санын шифрлағымыз келеді. Біздің ашық кілтіміз — 2. Шифрлау үшін компьютер қарапайым көбейту операциясын қолдануы мүмкін: 10×2=20. Шифрланған хабарлама — 20 саны.

Енді оны ашық 2-кілтті пайдаланып дешифрлап көрейік. Біз сандардың көбейтілгенін білмесек, мұны қалай жасаймыз? Мүмкін, олар қосылған немесе бөлінген шығар? Немесе азайтылған шығар? Дешифрлау үшін қандай операция қолданылғанын нақты білуіміз керек.

Бұл қарапайым мысал, әрине, ашық кілтпен шифрлау кезінде компьютерде болатын күрделі математикалық түрленулерді көрсетпейді. Дегенмен, жұмыс істеу принципінің түпкі мәнін түсінуге көмектеседі.

Уитфилд Диффи 1992 жылы маңызды секірісі жайында бүй деген еді: «Мен ашық кілт криптографиясының неліктен маңызды екенінің принципін түсіндім, бірақ бәрі мен күткеннен әлдеқайда жылдам болды. Осы ашқан жаңалығым 15 жыл өткен соң озық коммуникация технологиялар атаулының негізіне айналады, сосын әлемде осы принциппен дәл осындай мыңдаған нәрсе жұмыс істейтін болады деп күтпедім. Шынымен бұлай боларын еш күтпедім».

Ашық кілтпен шифрлау Интернеттің дамуына да көмектесті. Осы негізде интернет арқылы ақпаратты қауіпсіз беру технологиялары пайда болды. Мысалы, ашық кілтпен шифрлау кез келген веб-сайтта пароль немесе төлем деректерін енгізген кезде деректерді сырт көзден қорғайды (шын мәнінде, басқа заманауи ақпаратты қорғау әдістерімен бірге қолданылады).

Ақырында, яғни 21-ғасырда криптография мүлдем кері мақсатта қолданыла бастады. Енді өркениет ақпаратты басқа адамдардан жасыруға емес, керісінше — таныс емес адамдар мен ұйымдарға сенім шеңберін кеңейтуге дайын болып шықты. Бұл сенімді қамтамасыз ететін ең дәл ғылым — математика. Математиканың моральдық сипаттамасы жоқ, оны сатып алу немесе қағидаларын өзгерту мүмкін емес. Белгілі бір математикалық алгоритм жасалса болғаны осы процесске қатысушылардың барлығы толық қауіпсіздікте болады.

2008 жылғы 31 қазанда Сатоши Накамото деген лақап аты бар анонимді пайдаланушы бірнеше жүздеген энтузиастар мен криптография мамандарына «Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System» деген атаумен құжат жіберген еді. Онда биткоиннің концепциясы мен алғашқы цифрлық валютаны жасаудың техникалық аспектілері сипатталған, оған ешқандай орталық оператор, мысалы, банк қажет емес, бірақ оны кез келген адам алаяқтықтан қорықпай пайдалана алады. Бағдарлама авторы ешкімге белгісіз, оның аты — ойдан шығарылған псевдоним. Жапон тілінен аударғанда Сатоши Накамото «(бір нәрсенің) негізінде анық ойланатын адам» дегенді білдіреді. Биткоинді жасап шығарған бұл аноним кісіні әлі күнге дейін табу мүмкін болмай келеді.

Әрине, биткоин жүйе ретінде криптовалюта пайда болғанға дейін көптеген жылдар бойы мыңдаған ғалымдардың еңбегінің арқасында жасалған секіріс болды. Бірақ Сатоши Накамото қолданыстағы принциптерді біріктіріп, осы негізде «өзіндік» нәрсе ойлап тапты, барлығын сипаттап, мүлдем жаңа механизмді іске қосты.

Ол жасаған бағдарламаның негізінде, әрине, криптография жатыр. Нақтырақ айтсақ, блокчейн технологиясы дегеніміз идея ретінде жаһандық тарих ауқымы тұрғысынан алғанда биткоиннан да маңызды болуы мүмкін. Блокчейн — бұл кез келген деректердің орталық аппаратсыз дерекқоры, оның басты инновациясы да осында. Мұның іске асуы дерекқордағы ақпарат блоктары бір-бірімен шифрлау арқылы байланысты болуына байланысты мүмкін болды. Ал «дәл сол» криптовалютаны өндіру (майнинг) ісі — криптографиялық есепті шешуге тырысу дегенді білдіреді, егер сіздің компьютеріңіз бірінші болып бұл есепті шешсе, сізге төлем ретінде биткоиндар беріледі.

«Төлем» сөзі мұнда кездейсоқ емес. Майнер жұмысты былай жасайды: банктың орнына барлық өткен транзакцияларды тексеру арқылы күрделі есепті шешумен айналысады. Одан да маңыздысы: өткен транзакциялардың қауіпсіздігі мен түпнұсқалығын тексеріп, оларды верификацияламай техникалық тұрғыда есепті дұрыс шешу мүмкін емес.

2008 жылдан бері бүкіл әлем бойынша «ізкесушілер» мен энтузиастар Сатоши Накамото лақап аты кімге тиесілі екенін анықтауға тырысып келеді. Бұл бір адам болуы мүмкін, бірақ бұл лақап аттың артында тұтас команда тұрған болуы да ғажап емес. Іздестіру тек қызығушылықпен ғана жүргізіліп жатқан жоқ. Криптографтардың бағалауы бойынша Сатоши Накамотоның шамамен бір миллион монетасы бар, бұл дәл қазіргі бағам бойынша ондаған миллиард доллар. Сонымен қатар, әрбір жиырмасыншы биткоин жасап шыққан адамның қолында әрі осы белгісіз тұлғаның осындай үлкен билікке ие болуы үрей тудырады. Бірақ бұл шынымен солай екендігіне нақты дәлелдер жоқ. Тек болжам мен теориялық есептеулер бар.

Әрине, биткоиндарды тек майнинг арқылы ғана емес, сонымен қатар еуро немесе доллар сатып алғандай әдеттегі валюта сатып алу арқылы да алуға болады. Мұны Сатоши Накамотоның өзі де ұсынған: «Сақтық үшін біраз [биткоин] сатып алған жөн. Егер жеткілікті адам осыған ұқсас ойда болса, біз өздігінен болатын сәуегейліктің куәсі боламыз», - деп жазды ол. Оның кеңесіне бірден болмаса да, уақыт өте келе құлақ асылды және жүйе шынымен де жұмыс істей бастады. Бұдан да маңыздысы, іске қосылғаннан кейін алғашқы апталарда Сатоши Накамото өзінің компьютерлерін желіні қолдау үшін пайдаланған; сол кезде оның жүйесіне ешкім қосылғысы келмеген. Бірақ дәл қазір бір монетаны сатып алу үшін шамамен 70 000 доллар қажет.

Криптовалюта дәстүрлі ақшаны толығымен алмастырмаса да, тарихта із-түссіз жоғалып кетпейтіні анық. Енді біз валютаның орталықсыз, нақты басқару аппаратысыз болуы мүмкін екенін көріп отырмыз. Жаңа биткоин бірліктерінің пайда болуы, қауіпсіз транзакциялар — мұның бәрі жүйенің өзі және оның қатысушылары арқылы қамтамасыз етіледі, олар дәл алгоритмді орындайды (және физикалық, техникалық тұрғыдан басқаша әрекет ете алмайды).

Блокчейн осы технологияны қолдануға болатын барлық салаларда серпіліс жасайды және қазірдің өзінде жасап та жатыр. Бұл технологияны кез келген ортақ ресурстарға байланысты процестерге қолдануға болады: климат, су, өсімдіктер немесе жануарларды, табиғатты қорғау. Блокчейн көмірқышқыл газы немесе басқа ауаға шығарылатын газдарды адал және ашық мониторингтеуге көмектесе алады. Саяси саулау кезінде де. Қайырымдылық ұйымдарының жұмысын ашық атқаруын қадағалауда. Қарапайым тілмен айтқанда, блокчейн кез келген күрделі процестердегі бюрократияны азайта алады.

Бірақ барша түбегейлі жаңа нәрселер алғашқы уақытта сөзсіз күмән мен қарсылыққа тап болады. Ең болмағанда, бұл жаңа нәрсені қолданыста бар ережелер мен жүйелерге бейімдеу оңай емес. Сондықтан технологияларға біршама уақыт беру маңызды — содан кейін олар өз әлеуетін толық аша алады. Болашақта әлемнің қалай өзгеретінін болжауға ғана болады. Өзгермейтін Данбар санының технологиялармен қалай кірігіп байланысатыны қызық, онда ешкіммен араласудың немесе ешкімге сенудің қажеті жоқ: кез келген процеске қатысушының баршасы — «бауырымыз».