” JUDSON KNIGHT
Cryptologie is de studie van zowel cryptografie, het gebruik van berichten die verborgen worden door codes of cijfers, als cryptanalyse, of het breken van gecodeerde berichten. De studie is bijna zo oud als de beschaving zelf, hoewel cijfers en codes vóór de late middeleeuwen in West-Europa naar huidige maatstaven meestal zeer eenvoudig waren. Vooruitgang in de wiskunde maakte de ontwikkeling van steeds meer gesofisticeerde systemen mogelijk. Verdere verbeteringen in de cryptologie gingen gepaard met de oprichting van moderne staande legers en inlichtingendiensten tijdens de negentiende eeuw. Na de wereldoorlogen en het ontstaan van de computer kwam de cryptologie in een veel verder gevorderd stadium, wat resulteerde in de creatie van codes en cijfers die zo geavanceerd zijn dat vrijwel geen enkel menselijk genie, niet geholpen door computertechnologie, ze kan breken.
Ancient Cryptology
Eerdere voorbeelden van cryptologie kunnen worden gevonden in het werk van Mesopotamische, Egyptische, Chinese en Indiase schriftgeleerden. In deze vier bakermatten van beschaving, die ontstonden in de periode tussen 3500 en 2000 v. Chr., konden weinig mensen lezen en schrijven, en daarom was de geschreven taal een geheime code op zich. Verdere verhulling van betekenis achter ondoorzichtige hiërogliefen, spijkerschrift of ideogrammen diende om het beoogde publiek nog verder te beperken.
De specialisatie van schrijfvaardigheden diende, in twee gevallen, om de overdracht van deze vaardigheden op latere generaties te voorkomen. De kennis van het hiërogliefenschrift in Egypte stierf uit, en zonder de ontdekking en ontcijfering van de Steen van Rosetta in het begin van de negentiende eeuw zou de vertaling van Egyptische teksten waarschijnlijk pas in het computertijdperk hebben plaatsgevonden – als zij al had plaatsgevonden. Het feit dat de geschreven taal van de Indus riviervallei beschavingen in het oude India nog steeds niet vertaald is, dient als bewijs dat computers niet alle cryptologische vragen kunnen oplossen zonder een wieg of sleutel.
Griekenland en Rome. Moderne geleerden weten veel meer over cryptologische systemen in Griekenland en Rome dan in vroegere beschavingen. De Spartanen in ongeveer 400 v. Chr. gebruikten een cryptografisch systeem dat een scytale heette, waarbij een blad papyrus om een staf werd gewikkeld, een boodschap werd geschreven over de lengte van de staf, en vervolgens de papyrus werd uitgewikkeld. Om de boodschap goed te kunnen lezen, moest de ontvanger een staf met precies dezelfde diameter hebben.
Twee eeuwen later introduceerde de Griekse historicus Polybius wat bekend werd als het Polybius vierkant, een raster van 5 x 5 dat gebruik maakte van de 24 letters van het Griekse alfabet – een model voor het ADFGX cijfer dat door de Duitsers in de Eerste Wereldoorlog werd gebruikt. gebruikte een van de eerste bekende vercijferingen, een systeem waarbij drie letters naar rechts werden verschoven: een gewone tekst Z zou bijvoorbeeld een C worden, een A een D, enzovoort.
Middeleeuwse cryptologie
De vooruitgang in de cryptologie kwam – net als in de meeste andere studiegebieden – vrijwel tot stilstand tussen het verval van het Romeinse Rijk in de derde eeuw en de opkomst van de Islam in de zevende. Vanaf de achtste eeuw pionierden Arabische geleerden met cryptoanalyse, het oplossen van vercijferingen of codes zonder de hulp van een sleutel. In 1412 publiceerde al-Kalka-shandi een verhandeling waarin hij de techniek introduceerde, later beroemd gemaakt bij een populair publiek door Edgar Allan Poe in “The Gold Bug,” het oplossen van een cijfer gebaseerd op de relatieve frequentie van letters in de taal.
Op dat moment was de cryptologie weer op gang gekomen in Europa, waar de Italiaanse stadstaten geheime codes gebruikten voor hun diplomatieke berichten in de veertiende eeuw. Berichten werden te paard vervoerd, en zelfs in vredestijd werden de wegen van Europa geteisterd door struikrovers, zodat geheimhouding in de communicatie van het grootste belang was.
Vooruitgang in de wiskundige kennis vanaf de twaalfde eeuw hielp deze vooruitgang. In het begin van de dertiende eeuw, introduceerde de Italiaanse wiskundige Leonardo Fibonacci de Fibonacci rij, waarin elk getal de som is van de vorige twee: 1, 1, 2, 3, 5, 8, enzovoort. De reeks van Fibonacci zou zeer invloedrijk blijken in de cryptologie: zelfs in de late twintigste eeuw vertrouwden sommige cryptologische systemen op een elektronische machine die een Fibonacci generator werd genoemd, die getallen produceerde in een Fibonacci reeks.
In de late vijftiende eeuw publiceerde een andere invloedrijke Italiaanse wiskundige, Leon Battista Alberti, een werk waarin hij het idee van een cijferschijf introduceerde. Dit is een apparaat voor het coderen en decoderen van berichten door middel van concentrische wielen bedrukt met alfabetische en numerieke tekens. Zelfs in de late negentiende eeuw gebruikten cryptografen codeerschijven gebaseerd op het model van Alberti.
De vroegmoderne tijd (1500-1900)
Door haar geheime aard werd cryptografie – een woord gebaseerd op Griekse wortels die “geheim schrift” betekenen – reeds lang geassocieerd met het occulte, en een occultist die de kunst vooruit hielp was de vroeg zestiende-eeuwse Duitse monnik Trithemius. Trithemius ontwikkelde een tabel waarin elke rij alle letters van het alfabet bevatte, maar elke opeenvolgende rij werd één letter opgeschoven. De eerste letter van gewone tekst werd vercijferd met de eerste regel, de tweede letter met de tweede regel, enzovoort. Laat in de jaren 1500 paste de Franse cryptograaf Blaise de Vigenère de Trithemius tabel aan voor zijn eigen Vigenère tabel, die in de twintigste eeuw de basis werd voor de wijdverbreide data-encryptie standaard, of DES.
In de achttiende en vroege negentiende eeuw was cryptografie wijdverbreid geworden in Europa, waar overheden speciale kantoren gebruikten die “zwarte kamers” werden genoemd om onderschepte communicatie te ontcijferen. In Amerika ontwikkelde Thomas Jefferson een vroeg codeerwiel en in de jaren 1840 introduceerde Samuel F.B. Morse een machine die een enorme impact zou hebben op cryptologie: de telegraaf. Tot dan toe werd alle gecodeerde of vercijferde communicatie met de hand geschreven en gedragen, en de telegraaf was de eerste manier van afstandstransmissie. De telegraaf maakte ook gebruik van één van de beroemdste codes ter wereld, de morsecode, en droeg bij tot de wijdverspreide belangstelling voor cryptografie. (Het is geen toeval dat Poe’s fictieve geschriften over cryptologie samenvielen met dit tijdperk.)
In de jaren 1850 introduceerden Charles Wheatstone en Lyon Playfair het Playfair systeem, dat een Polybius vierkant gebruikte en letters in paren codeerde. Deze paarsgewijze vercijfering bemoeilijkte de ontcijfering, omdat het minder gemakkelijk was te zien hoe vaak bepaalde letters voorkwamen. Het Playfair-systeem bleek zo doeltreffend dat de Geallieerden het tijdens de Tweede Wereldoorlog in beperkte vorm tegen de Japanners gebruikten. Ondanks deze vooruitgang in die tijd, was cryptografie nog ver van gevorderd tijdens de Amerikaanse Burgeroorlog. De Confederatie was zo in het nadeel op het gebied van cryptoanalyse dat haar regering soms onontcijferde berichten van de Unie publiceerde in kranten met het verzoek om hulp van lezers bij het ontcijferen ervan.
De Twintigste Eeuw
In het begin van de twintigste eeuw had een andere uitvinding, de radio, een diepgaand effect op cryptografie door het vermogen van verzenders om berichten naar afgelegen gebieden te verzenden sterk te verbeteren. De Eerste Wereldoorlog markeerde een keerpunt in cryptografie. Het was niet alleen het eerste grote conflict waarin radio werd gebruikt, het was ook het laatste waarin een grote mogendheid er niet in slaagde cryptografische communicatie te gebruiken. Aan het Oostfront stuurden de Russen ongecodeerde berichten die gemakkelijk geïnterpreteerd konden worden door Russisch sprekende inlichtingenofficieren aan Duitse en Oostenrijkse zijde, wat leidde tot een grote overwinning voor de Centrale Mogendheden bij Tannenberg in 1914.
De oorlog betekende ook het debuut van het Duitse ADFGX cijfer, dat zo gesofisticeerd was dat Franse cryptanalysten het slechts één dag konden ontcijferen, waarna de Duitsers de sleutel opnieuw veranderden. Maar de cryptografische dimensie van de oorlog behoorde niet volledig toe aan de Centrale Mogendheden. De Britse inlichtingendienst kraakte de Duitse code, en onderschepte een bericht van de Duitse minister van buitenlandse zaken Arthur Zimmermann aan de Mexicaanse president, waarin hij beloofde gebieden terug te geven die Mexico verloren had aan de Verenigde Staten in de Mexicaanse Oorlog als het land de Verenigde Staten zou aanvallen. Op de hoogte van het Zimmermann telegram verklaarde President Woodrow Wilson de oorlog aan Duitsland.
Ook in 1917 ontwikkelde de Amerikaanse ingenieur Gilbert S. Vernam het eerste geautomatiseerde vercijferings- en ontcijferingstoestel van betekenis toen hij een elektromagnetische codeermachine combineerde met een teletypewriter. Een jaar later bedacht majoor Joseph O. Mauborgne van het Amerikaanse leger het one-time pad, waarbij verzender en ontvanger identieke blokken codeerbladen bezitten die één keer worden gebruikt en dan vernietigd – een vrijwel onbreekbaar systeem. In de Eerste Wereldoorlog werd ook een codeermachine ontwikkeld door Edward Hebern, die zijn idee probeerde te verkopen aan de U.S. Navy. De Navy verwierp Hebern’s systeem, dat later door de Japanners werd overgenomen en gebruikt in de Tweede Wereldoorlog. Tegen de tijd van die oorlog had Hebern Mark II (SIGABA) ontwikkeld, dat het meest veilige Amerikaanse codeersysteem werd tijdens het conflict.
De geallieerde cryptologische overwinningen op de As in de Tweede Wereldoorlog zijn lang gevierd in de inlichtingengemeenschap, en weinige hebben meer bijval gekregen dan het kraken van de Duitse Enigma code. De Duitse Enigma machine, uitgevonden door de Duitse elektrotechnicus Arthur Scherbius rond dezelfde tijd dat Hebern zijn toestel introduceerde, was een complexe creatie waarbij de variabele instellingen van rotors en stekkers de sleutels bepaalden. Het oplossen ervan was een belangrijke overwinning voor de Geallieerden, die het feit dat ze het systeem hadden gekraakt geheim hielden om het te kunnen blijven exploiteren. Het kraken van de codes hielp ook bij overwinningen in Noord-Afrika en de Pacific. Tegelijkertijd maakte het Amerikaanse gebruik van codetalkers die vercijferde berichten uitzonden in de Navajo-indianentaal hun uitzendingen onleesbaar voor de Japanners.
Het computertijdperk. Amerikaans cryptologisch werk tijdens de Tweede Wereldoorlog had bijgedragen tot de ontwikkeling van een machine, de computer, die een revolutie teweeg zou brengen in de cryptologie in een nog grotere mate dan de telegraaf of de radio voorheen hadden gedaan. De meeste cryptologische vooruitgang sinds de oorlog had te maken met, of maakte gebruik van, computers. Een kwart eeuw na het einde van de oorlog, in het begin van de jaren 1970, introduceerden de Amerikaanse elektrotechnici Martin Hellman en Whitfield Diffie het idee van asymmetrische of publieke-sleutel cijfers, die extreem moeilijk te kraken zijn. Dit leidde tot de ontwikkeling van het RSA-algoritme (genoemd naar de makers ervan, Rivest, Shamir en Adelman) aan het Massachusetts Institute of Technology in 1977.
Ook in 1977 introduceerde de Amerikaanse federale regering DES, een transpositie-substitutie-algoritme dat zo complex was dat het een veilig middel leek om computergegevens te beveiligen. Aangezien DES ongeveer 256 mogelijke sleutels had (een getal dat ruwweg overeenkomt met een 1 gevolgd door 17 nullen), leek het destijds onbreekbaar. Tegen het begin van de jaren negentig maakten enorme snelheidsverhogingen van computers het hackers echter mogelijk DES te kraken door middel van “brute kracht”, d.w.z. door elke mogelijke waarde voor een gegeven cijfer te proberen totdat een oplossing werd gevonden. Om zich tegen deze aanvallen te beschermen, werden nieuwe Advanced Encryption Standard (AES) algoritmen ontwikkeld om DES te vervangen.
De vooruitgang in computers, en in communicatie via elektronische middelen over het Internet, heeft zowel vooruitgang in cryptologie mogelijk gemaakt als noodzakelijk gemaakt. Elektronische handel vereist bijvoorbeeld gesofisticeerde encryptiesystemen om de kredietkaartinformatie van gebruikers te beschermen. Evenzo vereist digitale communicatie via cellulaire telefoons encryptie om te voorkomen dat telefoongesprekken gemakkelijk kunnen worden onderschept. Ontwikkelingen in de jaren negentig zijn onder meer Phil Zimmermann’s PGP (Pretty Good Privacy) om e-mailcommunicatie te beschermen.
” FURTHER READING:
BOOKS:
Beutelspacher, Albrecht. Cryptologie: 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 over Codes: Geheimen van de Nieuwe Cryptologie. New York: Macmillan, 1983.
Konheim, Alan G. Cryptography, a Primer. New York: Wiley, 1981.
Lubbe, J. C. A. van der. Basismethoden van Cryptografie. New York: Cambridge University Press, 1995.
Melton, H. Keith. Het Ultieme Spionnenboek. New York: DK Publishing, 1996.
ZIE OOK
ADFGX Cipher
Cryptology and Number Theory
GSM Encryption
Pretty Good Privacy (PGP)