” JUDSON KNIGHT
Kryptologia on sekä kryptografian eli koodien tai salakirjoitusten avulla salattujen viestien käytön että kryptoanalyysin eli koodattujen viestien murtamisen tutkimusta. Se on lähes yhtä vanhaa kuin itse sivilisaatio, vaikkakin ennen myöhäiskeskiaikaa Länsi-Euroopassa salakirjoitukset ja koodit olivat nykypäivän standardeihin nähden yleensä äärimmäisen yksinkertaisia. Matematiikan kehittyminen mahdollisti yhä kehittyneempien järjestelmien kehittämisen. Kryptologiaa parannettiin entisestään, kun 1800-luvulla luotiin nykyaikaisia pysyviä armeijoita ja tiedustelupalveluja. Maailmansotien ja tietokoneen luomisen jälkeen kryptologia siirtyi paljon edistyneempään vaiheeseen, jonka tuloksena luotiin niin hienostuneita koodeja ja salakirjoituksia, ettei niitä pysty murtamaan käytännössä mikään inhimillinen nerokkuus ilman tietokonetekniikan apua.
Vanhan ajan kryptologia
Varhaisia esimerkkejä kryptologiasta löytyy mesopotamialaisten, egyptiläisten, kiinalaisten ja intialaisten kirjurien töistä. Näissä neljässä sivilisaation kehdossa, jotka syntyivät
vuosien 3500 ja 2000 eaa. välisenä aikana, harvat osasivat lukea ja kirjoittaa, joten kirjoitettu kieli oli itsessään salainen koodi. Merkityksen kätkeminen edelleen vaikeaselkoisten hieroglyfien, kiilakirjoituksen tai ideogrammien taakse palveli tarkoitetun yleisön rajaamista entisestään.
Kahdessa tapauksessa kirjoitustaitojen erikoistuminen palveli sitä, että näiden taitojen siirtyminen myöhemmille sukupolville estettiin. Hieroglyfikirjoituksen tuntemus Egyptissä kuoli sukupuuttoon, ja ilman Rosettan kiven löytämistä ja purkamista 1800-luvun alussa egyptiläisten tekstien kääntäminen olisi todennäköisesti tapahtunut vasta tietokoneaikakaudella – jos ollenkaan. Se, että muinaisen Intian Indusjoen laakson sivilisaatioiden kirjakieli on edelleen kääntämättä, toimii todisteena siitä, että tietokoneet eivät pysty ratkaisemaan kaikkia kryptologisia kysymyksiä ilman salakirjoitusta tai avainta.
Kreikka ja Rooma. Nykytutkijat tietävät paljon enemmän Kreikan ja Rooman kryptologisista järjestelmistä kuin aikaisempien sivilisaatioiden järjestelmistä. Spartalaiset käyttivät noin vuonna 400 eaa. kryptografista järjestelmää nimeltä skytale, jossa papyrusarkki kiedottiin sauvan ympärille, viesti kirjoitettiin sauvan pituutta pitkin ja sitten papyrus purettiin. Jotta viesti voitiin lukea kunnolla, vastaanottajalla täytyi olla halkaisijaltaan täsmälleen samanlainen sauva.
Kaksi vuosisataa myöhemmin kreikkalainen historioitsija Polybios esitteli niin sanotun Polybioksen neliön, joka oli 5 x 5-kokoinen ruudukko, jossa käytettiin kreikkalaisten aakkosten 24:ää kirjainta, ja joka oli esikuvana saksalaisten ensimmäisessä maailmansodassa käyttämälle salakirjoitussalakirjoitukselle, ADFGX:lle. käytti yhtä ensimmäisistä tunnetuista salakirjoituksista, järjestelmää, johon kuului kolmen kirjaimen siirto oikealle: esimerkiksi tavallisesta tekstistä Z muuttui C:ksi, A:sta D:ksi ja niin edelleen.
Keskiaikainen kryptologia
Kryptologian kehitys – kuten useimmilla muillakin tieteenaloilla – pysähtyi käytännössä Rooman valtakunnan rappeutumisen kolmannella vuosisadalla ja islamin valtaannousun seitsemännellä vuosisadalla. Kahdeksannesta vuosisadasta lähtien arabitutkijat olivat kryptoanalyysin eli salakirjoitusten tai koodien ratkaisemisen edelläkävijöitä ilman avainta. Vuonna 1412 al-Kalka-shandi julkaisi tutkielman, jossa hän esitteli tekniikan, jonka Edgar Allan Poe teki myöhemmin tunnetuksi ”Kultainen ötökkä” -teoksessaan, jossa salakirjoituksen ratkaiseminen perustuu kielen kirjainten suhteelliseen esiintymistiheyteen.
Tuohon aikaan kryptologia oli alkanut edistyä jälleen Euroopassa, jossa Italian kaupunkivaltiot käyttivät salaisia koodeja diplomaattisissa viesteissään 1300-luvulla. Viestejä kuljetettiin hevosen selässä, ja jopa rauhan aikana Euroopan teitä piinasivat maantierosvot, joten viestinnän salassapito oli äärimmäisen tärkeää.
Matemaattisen oppineisuuden kehittyminen 1200-luvulta lähtien auttoi näitä edistysaskeleita. Kolmentoista vuosisadan alussa italialainen matemaatikko Leonardo Fibonacci esitteli Fibonacci-sarjan, jossa jokainen luku on kahden edellisen summa: 1, 1, 2, 3, 5, 8 ja niin edelleen. Fibonaccin sekvenssi osoittautui erittäin vaikutusvaltaiseksi kryptologiassa: vielä 1900-luvun lopulla jotkin kryptologiset järjestelmät perustuivat Fibonaccin generaattoriksi kutsuttuun elektroniseen koneeseen, joka tuotti Fibonaccin sekvenssin mukaisia lukuja.
Viidennentoista vuosisadan loppupuolella eräs toinen vaikutusvaltainen italialainen matemaatikko, Leon Battista Alberti, julkaisi teoksen, jossa hän esitteli ajatuksen salakirjoituslevystä. Jälkimmäinen on laite, jonka avulla viestejä voidaan koodata ja purkaa käyttämällä konsentrisia kiekkoja, joihin on painettu aakkos- ja numeromerkkejä. Vielä 1800-luvun lopulla salakirjoittajat käyttivät salakirjoituskiekkoja, jotka perustuivat Albertin uraauurtavaan malliin.
Vanhaa uutta aikaa (1500-1900)
Salaisuutensa vuoksi salakirjoitus – sana perustuu kreikkalaisiin juuriin, jotka merkitsevät ”salaista kirjoitusta” – oli jo pitkään
liittynyt okkultismiin, ja eräs okkultistista, joka edisti salakirjoitustaitoa, olikin saksalainen munkki, 1500-luvun alun munkki Trithemius. Trithemius kehitti taulukon, jossa jokainen rivi sisälsi kaikki aakkosten kirjaimet, mutta jokaista peräkkäistä riviä siirrettiin yhdellä kirjaimella. Tavallisen tekstin ensimmäinen kirjain salattiin ensimmäisellä rivillä, toinen kirjain toisella rivillä ja niin edelleen. Ranskalainen salakirjoittaja Blaise de Vigenère mukautti 1500-luvun lopulla Trithemiuksen taulukon omaan Vigenèren taulukkoonsa, josta tuli 1900-luvulla perusta laajalti käytetylle datan salausstandardille eli DES:lle.
1800-luvulle tultaessa ja 1800-luvun alkupuolella salakirjoitusta käytettiin laajalti Euroopassa, jossa hallitukset ottivat käyttöön ”mustiksi kammioiksi” kutsuttuja erikoisvirastoja salattujen viestien salaamiseen. Amerikassa Thomas Jefferson kehitti varhaisen salauspyörän, ja 1840-luvulla Samuel F. B. Morse esitteli koneen, jolla oli suuri vaikutus kryptologiaan: lennättimen. Siihen asti kaikki koodattu tai salattu viestintä oli kirjoitettu ja kuljetettu käsin, ja lennätin oli ensimmäinen etälähetyslaite. Se käytti myös yhtä maailman tunnetuimmista koodeista, Morsea, ja vaikutti osaltaan siihen, että kryptografia kiinnosti laajalti kansalaisia. (Ei ole sattumaa, että Poen kryptologiaa käsittelevä fiktiivinen kirjoitus ajoittui tälle aikakaudelle.)
1850-luvulla Charles Wheatstone ja Lyon Playfair esittelivät Playfair-järjestelmän, jossa käytettiin Polybiuksen neliötä ja salattiin kirjaimet pareittain. Tämä parityöskentely vaikeutti salauksen purkamista, koska oli vaikeampi nähdä, kuinka usein tietyt kirjaimet esiintyivät. Playfair-järjestelmä osoittautui niin tehokkaaksi, että liittoutuneet käyttivät sitä rajoitetusti japanilaisia vastaan toisen maailmansodan aikana. Näistä aikakauden edistysaskelista huolimatta salakirjoitus ei ollut vielä Amerikan sisällissodan aikana läheskään kehittynyt. Konfederaatio oli niin heikossa asemassa salausanalyysin alalla, että sen hallitus julkaisi toisinaan sanomalehdissä salaamattomia unionin viestejä ja pyysi lukijoilta apua niiden purkamiseen.
Kahdeskymmenes vuosisata
Kahdeksankymmenennen vuosisadan alkupuolella toisella keksinnöllä, radiolla, oli syvällinen vaikutus salausanalyysiin, sillä se paransi tuntuvasti lähettäjien kykyä välittää viestejä kaukaisille alueille. Ensimmäinen maailmansota merkitsi käännekohtaa kryptografiassa. Se ei ollut ainoastaan ensimmäinen suuri konflikti, jossa käytettiin radiota, vaan se oli myös viimeinen, jossa suurvalta ei käyttänyt kryptografista viestintää. Itärintamalla venäläiset lähettivät salaamattomia viestejä, joita saksalaisten ja itävaltalaisten venäjänkieliset tiedustelu-upseerit pystyivät helposti tulkitsemaan, mikä johti keskusvaltojen massiiviseen voittoon Tannenbergissä vuonna 1914.
Sodassa debytoi myös saksalaisten ADFGX-salakirjoitus, joka oli niin hienostunut, että ranskalaiset kryptoanalyytikot pystyivät tulkitsemaan sen vain yhden vuorokauden ajan, minkä jälkeen saksalaiset vaihtoivat avaimen jälleen. Sodan kryptografinen ulottuvuus ei kuitenkaan kuulunut kokonaan keskusvalloille. Brittiläinen signaalitiedustelu mursi saksalaisen salakirjoituksen ja sieppasi Saksan ulkoministeri Arthur Zimmermannin Meksikon presidentille lähettämän viestin, jossa Meksiko lupasi palauttaa alueensa, jotka se oli menettänyt Yhdysvalloille Meksikon sodassa, jos maa hyökkäisi Yhdysvaltoihin. Kun presidentti Woodrow Wilson sai tiedon Zimmermannin sähkeestä, hän julisti Saksalle sodan.
Vuonna 1917 yhdysvaltalainen insinööri Gilbert S. Vernam kehitti myös ensimmäisen merkittävän automaattisen salaus- ja purkulaitteen, kun hän yhdisti sähkömagneettisen salakirjoituskoneen ja lennätinkirjoittimen. Vuotta myöhemmin Yhdysvaltain armeijan majuri Joseph O. Mauborgne kehitti kertakäyttöisen salauslomakkeen, jossa lähettäjällä ja vastaanottajalla on käytössään identtiset salauslomakkeet, joita käytetään kerran ja jotka sitten tuhotaan – käytännössä murtamaton järjestelmä. Ensimmäisessä maailmansodassa salakirjoituskoneen kehitti myös Edward Hebern, joka yritti myydä ideansa Yhdysvaltain laivastolle. Laivasto hylkäsi Hebernin järjestelmän, jonka japanilaiset ottivat myöhemmin käyttöönsä ja käyttivät sitä toisessa maailmansodassa. Tuohon sotaan mennessä Hebern oli kehittänyt Mark II:n (SIGABA), josta tuli konfliktin aikana Yhdysvaltain turvallisin salausjärjestelmä.
Liittoutuneiden salausvoittoja akselivaltoja vastaan toisessa maailmansodassa on pitkään juhlittu tiedustelupalveluissa, ja vain harva on saanut enemmän kiitosta kuin Saksan Enigma-koodin murtaminen. Saksalaisten Enigma-kone, jonka saksalainen sähköinsinööri Arthur Scherbius keksi samoihin aikoihin, kun Hebern esitteli laitteensa, oli monimutkainen luomus, jossa roottoreiden ja pistokkeiden muuttuvat asetukset määräsivät avaimet. Sen ratkaiseminen oli merkittävä voitto liittoutuneille, jotka pitivät salassa sen, että he olivat murtaneet järjestelmän, jotta he pystyivät jatkossakin hyödyntämään sitä. Koodien murtaminen auttoi myös voittoihin Pohjois-Afrikassa ja Tyynellämerellä. Samaan aikaan amerikkalaiset käyttivät koodipuhujia, jotka lähettivät koodattuja viestejä navajo-intiaanien kielellä, joten japanilaiset eivät voineet tulkita heidän lähetyksiään.
Tietokoneiden aikakausi. Amerikkalainen kryptologinen työ toisen maailmansodan aikana oli edistänyt sellaisen koneen, tietokoneen, kehittämistä, joka mullistaisi kryptologian vielä suuremmassa mittakaavassa kuin lennätin tai radio olivat aiemmin tehneet. Useimmat sodan jälkeiset kryptologiset edistysaskeleet ovat liittyneet tietokoneisiin tai käyttäneet niitä. Neljännesvuosisata sodan päättymisen jälkeen, 1970-luvun alussa, amerikkalaiset sähköinsinöörit Martin Hellman ja Whitfield Diffie esittivät ajatuksen epäsymmetrisistä eli julkisista salakirjoituksista, joita on erittäin vaikea murtaa. Tämä johti RSA-algoritmin (joka on nimetty sen luojien Rivestin, Shamirin ja Adelmanin mukaan) kehittämiseen Massachusettsin teknologiainstituutissa vuonna 1977.
Niin ikään vuonna 1977 Yhdysvaltain liittovaltion hallitus otti käyttöön DES-algoritmin, joka oli niin monimutkainen, että se vaikutti turvalliselta keinolta suojata tietokoneiden tietoja. Koska DES:ssä oli noin 256 mahdollista avainta (luku vastaa suunnilleen ykköstä, jota seuraa 17 nollaa), se vaikutti tuolloin murtamattomalta. 1990-luvun alkuun mennessä tietokoneiden prosessointinopeus oli kuitenkin kasvanut valtavasti, joten hakkerit pystyivät murtamaan DES:n ”brute-force” -menetelmällä eli kokeilemalla kaikkia mahdollisia arvoja tietylle salausmenetelmälle, kunnes ratkaisu löytyi. Näiden hyökkäysten torjumiseksi DES:n tilalle kehitettiin uudet AES-algoritmit (Advanced Encryption Standard).
Tietokoneiden ja Internetin kautta tapahtuvan sähköisen viestinnän kehittyminen on sekä mahdollistanut että edellyttänyt kryptologian kehitystä. Esimerkiksi sähköinen kaupankäynti edellyttää kehittyneitä salausjärjestelmiä käyttäjien luottokorttitietojen suojaamiseksi. Vastaavasti matkapuhelimien kautta tapahtuva digitaalinen viestintä vaatii salausta, jotta puheluita ei olisi helppo kuunnella. 1990-luvun kehitykseen kuuluu Phil Zimmermannin PGP (Pretty Good Privacy) sähköpostiviestinnän suojaamiseksi.
” LISÄTIETOJA:
KIRJAT:
Beutelspacher, Albrecht. Kryptologia: An Introduction to the Art and Science of Enciphering, Encrypting, Concealing, Hiding, and Safeguarding Described Without Any Arcane Skullduggery But Not Without Cunning Waggery for the Delectation and Instruction of the General Public. Washington, D.C.: Mathematical Association of America, 1994.
Haldane, Robert A. The Hidden War. New York: St. Martin’s Press, 1978.
Kahn, David. Kahn on Codes: Uuden kryptologian salaisuudet. New York: Macmillan, 1983.
Konheim, Alan G. Cryptography, a Primer. New York: Wiley, 1981.
Lubbe, J. C. A. van der. Kryptografian perusmenetelmät. New York: Cambridge University Press, 1995.
Melton, H. Keith. The Ultimate Spy Book. New York: DK Publishing, 1996.
KATSO MYÖS
ADFGX-salaus
Kryptologia ja lukuteoria
GSM-salaus
Pretty Good Privacy (PGP)
.