לאורך מאות שנים אנשים המציאו דרכים הולכות ומורכבות יותר להצפנה — מה"מסגרות" העתיקות ועד לקודים הדיגיטליים המודרניים. בואו לצלול לעולם המרתק של הקריפטוגרפיה (מדע הצפנים) שבו המתמטיקה הופכת לנשק המרכזי במאבק על הפרטיות.
המילה "קריפטוגרפיה" מגיעה משתי מילים ביוונית העתיקה: κρυπτός ("קריפטוס") — נסתר, סודי, ו-γράφω ("גרפו") — כותב. כלומר, משמעותה המילולית היא "כתיבה סודית" או "מכתב מוסתר", מה שמשקף את תפקידה המרכזי: להגן על מידע ולהופכו לבלתי נגיש למי שאינם מורשים.
היום הקריפטוגרפיה תופסת מקום חשוב לא רק בחייהם של דיפלומטים וחיילים, אלא כמעט בכל תחומי חיי היום-יום של כל אחד מאיתנו. כולנו לפחות פעם ביום נתקלים בהצפנת מידע. עסקאות בנקאיות, מסנג'רים, חתימות דיגיטליות — מדי יום מידע רב יותר דורש הגנה ושיטות ההגנה נעשות מתוחכמות יותר ויותר… הקריפטוגרפיה הייתה ידועה עוד ליוונים הקדמונים. מאז עברה דרך ארוכה של התפתחות, ורבים מהרעיונות העתיקים רלוונטיים גם היום.
כמובן, תולדות ההצפנה החלו הרבה לפני הופעת המחשבים, שכן מאז המצאת הכתב אנשים הסתמכו עליו לשמירת סודותיהם. כבר בספארטה העתיקה השתמש המצביא ליסאנדר בשיטת העברת מסרים סודית מתוחכמת — הצופן המכונה "סקיטל".
כך זה עבד:
לקחו גליל עץ (שרביט) בקוטר מדויק והקיפו סביבו רצועת קלף צרה בספירלה;
לאורך ציר השרביט כתבו את המסר — כל אות הופיעה בסיבוב חדש;
הקלף פורק — הטקסט נראה כמחרוזת תווים אקראיים, כיוון שהאותיות פוזרו לאורך הרצועה;
רק מי שהחזיק שרביט בקוטר זהה יכל לקרוא את ההודעה: בעת עטיפת הקלף מחדש האותיות התיישרו לשורה אחת.
| | | | | | |
| I | a | m | h | u | |
__| r | t | v | e | r |__|
| | y | b | a | d | l |
| | y | h | e | l | p |
| | | | | | |
שיטה זו הייתה דומה לצופן החלפה אנלוגי, המפתח התבסס על סודיות הפרמטרים (קוטר השרביט). אם האויב תפס את הרצועה, ללא המפתח כמעט בלתי אפשרי לשחזר את הטקסט. אגב, אפשר לנסות שיטה זו בעצמכם עם עיפרון ורצועת נייר.
דוגמה מפורסמת נוספת היא "צופן קיסר", שבו יוליוס קיסר החליף כל אות בשלישית שאחריה באלפבית. למשל, המילה "רומא" הפכה ל"ולפ". צופן החלפה פשוט זה שימש בסיס למערכות הצפנה מורכבות יותר.
במאה ה-16 המציא החוקר האיטלקי ג'רולמו קרדאנו שיטה נוספת להסתיר סודות: רשת נייר עם חריצים, שהונחה על הטקסט. האותיות שנראו בחריצים יצרו את המסר הסודי. לאחר הקריאה הזיזו את הרשת וחשפו קטע חדש של ההודעה. אבל הקריפטוגרפיה אינה רק כלי של קיסרים, מרגלים ומדענים. היא גם עוררה השראה אצל סופרים גדולים שיצרו יצירות מלאות חידות. זכרו את "החיפושית הזהובה" של אדגר אלן פו, שבו צופן מסתורי מוביל לאוצרות עצומים, או את "האישונים הרוקדים" של ארתור קונן דויל, שבהם סמלים מצחיקים במבט ראשון מסתירים סוד אפל.
מערכות קריפטוגרפיות מהירות החלו להתפתח במהלך מלחמת העולם הראשונה והשנייה. הופעת המחשוב האיצה ושיפרה את שיטות ההצפנה. המפורסמת ביותר הייתה מכונת ההצפנה הגרמנית "אניגמה". לפי הערכות, יוצרו עד 100,000 יחידות שלה לצורכי הצבא הנאצי והמערכת המתמטית הראשונה לפענוח האניגמה פותחה על ידי בוגרי אוניברסיטת פוזנן: מריאן ראבסקי, הנריך זיגאלסקי ויירזי רוזיצקי מלשכת ההצפנה הפולנית (Biuro Szyfrów). מאמציהם שימשו בסיס לפעולת "ULTRA" הבריטית, שבה בפארק בלטצ'לי (מרכז הקריפטוגרפיה הבריטי) בהנהגת המתמטיקאי והקריפטוגרף אלן טיורינג פענחו מדי יום אלפי הודעות גרמניות. על אירועים אלה ניתן ללמוד בסרט "אניגמה" (2001), המבוסס על סיפור פיצוח המערכת. פענוח ההודעות סייע לבריטים לדעת על פעולות הצבא הגרמני מתכניות הפצצות ועד תנועות הצוללות.
מכונות ההצפנה הגרמניות מסוג "אניגמה" מוכרות בעולם כולו, אך לא כולם יודעים שבברית המועצות פיתחו מערכות הצפנה משלהם, מכונות שהיו כמעט לא ידועות אפילו לבעלי בריתם. הניסיון הראשון ליצור מקודד אלקטרומכני טקסטואלי סובייטי נעשה בשנת 1923. בשנות ה-30 בהנהגת איוואן וולוסק נוצרו דגמים ראשונים של מכונות ההצפנה הסובייטיות. מכשירי אותה תקופה יישמו חיבור של רצף אקראי, הקרוי "גמא", עם טקסט פתוח. גישה זו נחשבת גם כיום למודרנית ומספקת בדרך כלל עמידות הצפנה גבוהה. V-4 M-100 — חלק מהמכונות הסובייטיות הראשונות שמיישמות את צופן הגמא. בשנת 1938 החלה ייצור סדרתי שלהן. משקל כולל של מערכת M-100, שהכילה שבע חבילות, הגיע למשקל של 116 ק"ג. הסוללות שהניעו את החלק החשמלי שקלו 32 ק"ג.
קיימת אגדה שבאחד הדיונים סינן היטלר: "המכונות הסובייטיות האלה, לעולם לא נצליח לפצח אותן!". בעקבות זאת היטלר הורה לצוד את אנשי הצפנים הסובייטיים. היטלר הבטיח אישית "צלב ברזל", אחוזה בחצי האי קרים וקצבת קיום לכל החיים למי שיתפוס את טכנולוגיית ההצפנה הרוסית או יתפוס שבוי סובייטי. אולם למרות המאמצים, הגרמנים לא הצליחו לפענח את ההודעות שהוצפנו באמצעות הטכנולוגיה הסובייטית. רגע לפני הפלישה הנאצית לברית המועצות, קציני התקשורת המיוחדת השמידו מסמכי הצפנה בעודם במצב של סכנת חיים והקריפטוגרפים הסובייטים לא גילו אפילו תחת עינויים טבלאות קוד או פרטים על אופן השימוש במכונות.
במהלך המלחמה הוטלה רוב המשימה על מערכות ההצפנה המכניות בהעברת מסרים חשאים. רק בגוף המודיעים הצבאי הסובייטי, המינהל השמיני של הצבא האדום, טופלו יותר מ-1.6 מיליון מסרים מוצפנים בין 1941 ל-1945. שירות ההצפנה הסובייטי התמודד עם כמויות אלו במאמץ עצום. לאחר מכן הופיעו מכונות הצפנה מתקדמות וקומפקטיות יותר כמו K-37 ("קריסטל"), M-101 ("איזומרלד") ואחרות. לצד צופן הגמא נעשה שימוש גם בצפני החלפה מרובי אלפבית, שהקלו על עבודת פענוח הצפנים.
עם הופעת המחשבים ההצפנה הפכה למורכבת יותר. במקום החלפות פשוטות משתמשים כיום באלגוריתמים מתמטיים המבוססים על מספרים עצומים. באמצע המאה העשרים ההצפנה שימשה בעיקר צבאות ודיפלומטים ובמאה ה-21 הפכה לנחוצה לכל אחד בשל התפשטות הבנקאות האינטרנטים ושירותי ההודעות. אם בעבר הקריפטוגרפיה שירתה בעיקר אינטרסים מדיניים, עם הופעת האינטרנט שיטות מעניינות משכו גם אנשים פרטיים. הקריפטוגרפיה נמצאת בשימוש רחב אצל האקרים, לוחמי חופש מידע ומשתמשים רגילים שרוצים להגן על הנתונים שלהם ברשת.
הקריפטוגרפיה במאה ה-20 עברה משיטות מכניות של מכונות הצפנה לאלגוריתמים דיגיטליים ששינו את טבע החשאיות. אם באמצע המאה הה-20, הכלי המרכזי היה מכשירים מורכבים אך מוגבלים כמו "אניגמה", לקראת סוף המאה הפכה הקריפטוגרפיה למדע קשור למתמטיקה וטכנולוגיות מחשוב. הצפנים הצבאיים הוחלפו בסטנדרטים אזרחיים ובמקום פיתוחים סודיים של שירותי ביטחון פותחו אלגוריתמים פתוחים הנבדקים בקהילה המדעית הבינלאומית.
המהפכה המרכזית הייתה הופעת הקריפטוגרפיה הא-סימטרית בשנות ה-70, שפותרת את בעיית החלפת המפתחות — הבעיה העתיקה ביותר. אם בעבר השולח והמקבל היו חייבים להסכים מראש על קוד סודי (מה שהפך מערכות לפגיעות), כיום אפשר לפרסם מפתחות "פתוחים" כשהפענוח נשמר בסוד. זה פתח את הדרך למסחר אלקטרוני ותקשורת דיגיטלית מאובטחת.
כיצד מתבצעת הצפנת מידע באינטרנט? נבחן את אחת השיטות המוכרות — RSA, על שם ראשי התיבות של מפתחי השיטה: רון ריבסט, אדי שמיר וליאונרד אדלמן.
עיקרון השיטה הוא:
כדי להבין את הפעולה בפועל — נסו להכפיל שני מספרים, למשל 17 × 23. התוצאה היא 391. עכשיו דמיינו שעליכם לעשות את הפעולה ההפוכה ולפצל את המספר 391 לגורמים. זה כבר קשה יותר, נכון? ודמיינו אם המספרים יהיו גדולים בהרבה! עיקרון זה הוא הבסיס להגנת הנתונים המודרנית.
ההבדל העיקרי בין הקריפטוגרפיה של היום לזו של המאה ה-20 הוא ההיקף והמהירות. האתגר הגדול ביותר למערכות הקריפטוגרפיות המודרניות הוא האפשרות להופעת מאיץ קוונטי מהיר במיוחד, שמסוגל לפתור את בעיית פיצול המספרים לגורמים ואת בעיית הלוגריתם בחשאיות. קושי המשימות הללו הוא בסיס לעמידות כמעט של כל מערכות המפתח הציבורי שבשימוש כיום.
בשנת 1994 פיתח המתמטיקאי האמריקאי דיוויד שור אלגוריתם קוונטי יעיל לפתרון בעיות אלו. עם זאת, הפיזיקה המודרנית טרם הצליחה ליצור מחשב בעל כוח מספיק לפיצוח מערכות אמיתיות. כיום החוקרים מסכימים כי מאיץ כזה יכול להופיע בעשור הקרוב.
נקודת מפנה משמעותית בהתפתחות הקריפטוגרפיה הייתה השקת הקווים הקוונטיים הראשונים לתקשורת מאובטחת. עיקרון הטכנולוגיה מרשים במיוחד: אם גורם זדוני מנסה ליירט את הפוטונים המועברים, מצבם הקוונטי משתנה מיד, וכך מתגלה ניסיון הפריצה. בשנים האחרונות פותחו ושולבו צופנים מתקדמים המותאמים לשימוש במערכות ממשלתיות, תעשייתיות ובמגזר הבנקאי, לצד תקנים מחמירים המפקחים על חילופי מידע בסביבות קריטיות.
מומחים בתחום בוחנים כיום את העתיד הפוסט-קוונטי — פיתוח אלגוריתמים עמידים בפני כוחם של מחשבים קוונטיים עתידיים רבי עוצמה. כבר פועלות רשתות תקשורת קוונטיות מהירות מאוד, עם הגנה מוחלטת מפני פריצה ומתקיימים ניסויים שמשלבים בינה מלאכותית ורשתות נוירונים כדי לזהות פרצות באלגוריתמים קיימים. יחד עם זאת, גם פושעי סייבר משתמשים בבינה מלאכותית, מה שהופך את ההתקפות למורכבות ומתוחכמות יותר. אין ספק שההתפתחות בתחום הקריפטוגרפיה במאה ה-21 מראה כיצד הטכנולוגיה ממשיכה להתקדם במאבק מתמיד בין שמירת סודיות לאיומי אבטחה הולכים וגוברים.
התוכן בכתבה זו לא נכתב על ידי בינה מלאכותית. הכתבה נכתבה, נערכה ונבדקה על ידי צוות הכותבים של History Is Told. אנו מקפידים על מחקר מעמיק, מקורות אמינים ובקרת איכות קפדנית כדי להבטיח דיוק ואותנטיות מלאה.
© כל הזכויות שמורות למיזם HistoryIsTold.
