古くから、人々は暗号化、つまり暗号化されたメッセージを作成および解決する技術に依存して、秘密を保護しています。 5世紀には、暗号化されたメッセージが革や紙に刻まれ、人間のメッセンジャーによって届けられました。今日、暗号はインターネットを介してデジタルデータを保護するのに役立ちます。明日、フィールドはさらに別の飛躍を遂げるかもしれません。量子コンピューターが地平線に近づいている今、暗号学者は物理学の力を利用して、これまでで最も安全な暗号を作成しています。
秘密保持の歴史的な方法
「暗号化」という言葉はギリシャ語の「クリプトス」（隠されていることを意味する）と「グラフェン」という言葉から派生しています。暗号化を使用すると、メッセージを敵の目から物理的に隠すのではなく、2人の当事者が目に見える形でコミュニケーションをとることができますが、相手が読むことのできない言語でコミュニケーションをとることができます。
メッセージを暗号化するには、送信者はアルゴリズムと呼ばれる体系的な方法を使用してコンテンツを操作する必要があります。プレーンテキストと呼ばれる元のメッセージはスクランブルされている可能性があるため、文字が判読できない順序で並んでいるか、各文字が別の文字に置き換えられている可能性があります。クラッシュコースのコンピュータサイエンスによれば、結果の意味不明な言葉は暗号文として知られています。
Center for Cryptologic Historyによれば、ギリシャの時代、スパルタ軍はscytaleと呼ばれるデバイスを使用してメッセージを暗号化しました。巻きを解くと、ストリップはランダムな文字の文字列を帯びているように見えましたが、特定のサイズの譜表に巻き付けられた場合、文字は単語に整列しました。この文字シャッフリング手法は、転置暗号と呼ばれます。
カーマスートラは、代替として知られている代替アルゴリズムについて言及しており、女性が連絡の記録を隠す方法を学ぶことを推奨している、と大西洋が報告した。置換を使用するには、送信者はメッセージ内の各文字を別の文字に交換します。たとえば、「A」は「Z」になる可能性があります。そのようなメッセージを解読するには、スパルタの兵士が同じサイズのscytaleを所有する必要があったのと同じように、送信者と受信者はどの文字が交換されるかについて合意する必要があります。
最初の暗号解読者
暗号文を平文に戻すために必要な特定の知識（キーと呼ばれる）は、メッセージのセキュリティを確保するために秘密にしておく必要があります。キーなしで暗号を解読するには、多大な知識とスキルが必要です。
「The Code Book」（Random House、2011）の著者であるSimon Singhによると、代用暗号は最初のミレニアムA.D.まで解読されませんでした。特定の文字が他の文字よりも頻繁に使用されることに注意して、アルキンディは暗号文で最も頻繁に出現する文字を分析することで置換を逆にすることができました。アラビアの学者は、世界の最も重要な暗号解読者になり、暗号学者に彼らの方法を適応させることを強いました。
暗号化の方法が進歩するにつれて、暗号解読者はそれらに挑戦するためにステップアップしました。この進行中の戦いで最も有名な小競り合いの中に、第二次世界大戦中にドイツのエニグマ機を破壊する連合軍の努力がありました。 Enigmaマシンは、複雑なキーが毎日変更される置換アルゴリズムを使用してメッセージを暗号化しました。米国中央情報局によると、今度は暗号解読者のアランチューリングがエニグマの変化する設定を追跡するための「爆弾」と呼ばれるデバイスを開発しました。
インターネット時代の暗号
デジタル時代においても、暗号化の目的は同じです。つまり、2つの当事者間で交換される情報が敵対者に盗まれるのを防ぐことです。コンピュータサイエンティストは、しばしば2つの当事者を「アリスとボブ」と呼びます。これは、デジタル暗号化方法を説明する1978年の記事で最初に紹介された架空のエンティティです。アリスとボブは、「イブ」という厄介な盗聴者に常に悩まされています。
クレジットカード番号、医療記録、ビットコインなどの暗号通貨など、あらゆる種類のアプリケーションで暗号化を使用してデータを保護しています。ビットコインの背後にあるテクノロジーであるブロックチェーンは、分散ネットワークを介して数十万のコンピューターを接続し、暗号化を使用して各ユーザーのIDを保護し、トランザクションの永続的なログを維持します。
コンピュータネットワークの出現により、新しい問題が発生しました。アリスとボブが地球の反対側にいる場合、イブがそれを引っ掛けずに秘密鍵をどのように共有するのですか？カーンアカデミーによると、公開鍵暗号化がソリューションとして登場しました。このスキームでは、一方向の関数を利用しています。数学は実行が簡単ですが、主要な情報がないと元に戻すことが困難です。アリスとボブはイブの注意深い視線の下で暗号文と公開鍵を交換しますが、それぞれが秘密鍵を自分自身に保持しています。両方の秘密鍵を暗号文に適用することにより、ペアは共有ソリューションに到達します。一方、イブはまばらな手がかりを解読するのに苦労しています。
RSA暗号化と呼ばれる広く使用されている形式の公開鍵暗号化は、素因数分解のトリッキーな性質を利用します-乗算して特定のソリューションを提供する2つの素数を見つけます。 2つの素数を掛けるのに時間はまったくかかりませんが、地球上で最も速いコンピューターでさえ、プロセスを逆にするのに数百年かかることがあります。アリスは、暗号化キーを作成するために2つの数値を選択します。イブは、それらの数字を難しい方法で掘り下げるという無駄なタスクを残します。
飛躍的な進歩
解読不可能な暗号を求めて、今日の暗号学者は量子物理学に目を向けています。量子物理学は、信じられないほど小さなスケールでの物質の奇妙な振る舞いを説明します。シュレーディンガーの有名な猫のように、素粒子は多くの州に同時に存在します。ただし、ボックスを開くと、パーティクルは1つの観測可能な状態にスナップします。 1970年代と80年代に、物理学者はこのファンキーなプロパティを使用して秘密のメッセージを暗号化し始めました。これは現在「量子鍵配送」として知られている方法です。
キーをバイトでエンコードできるのと同様に、物理学者は現在、粒子、通常は光子のプロパティでキーをエンコードします。悪意のある盗聴者はキーを盗むために粒子を測定する必要がありますが、そうしようとすると光子の動作が変更され、セキュリティ違反をアリスとボブに警告します。この組み込みのアラームシステムにより、量子鍵の配布が「おそらく安全」になるとWiredは報告している。
量子鍵は光ファイバーを介して長距離で交換できますが、1990年代に物理学者の興味をそそる別の配布ルートがありました。 Artur Ekertによって提案されたこの技法では、「量子もつれ」と呼ばれる現象のおかげで、2つの光子が遠く離れた場所で通信できるようになります。
「量子オブジェクトには、数百マイル以上離れていてもお互いを感じることができるという驚くべき特性があります」とオックスフォード教授で現在シンガポール国立大学の量子技術センターの所長であるEkert氏は述べています。絡まった粒子は1つの単位として動作し、アリスとボブは両端で測定を行うことで共有キーを作成できます。盗聴者がキーを傍受しようとすると、パーティクルが反応して測定値が変化します。
量子暗号は抽象的な概念以上のものです。ポピュラーサイエンスは、2004年に、絡み合った光子を使って3,000ユーロを銀行口座に送金したと報じた。 New Scientistによれば、2017年に研究者たちは、衛星Miciusから2つの絡み合った光子を地球に向けて発射し、747マイル（1,203キロメートル）を超える記録を維持しました。現在、多くの企業が商用アプリケーション向けの量子暗号の開発競争に巻き込まれており、これまでのところいくつかの成功を収めています。
サイバーセキュリティの未来を保証するために、彼らはまた、時計との競争にあるかもしれません。
「量子コンピューターがあると、暗号通貨を支えるものを含む既存の暗号化システムはもはや安全ではなくなるだろう」とEkert氏はLive Scienceに語った。 「正確にいつ構築されるかはわかりません。今すぐ何かを始めたほうがいいです。」
