Изучая криптовалюты, однажды вы неизбежно наткнётесь на термин «криптография». В интересующей нас сфере криптография имеет множество функций. В их числе — защита данных, использование в составлении паролей, оптимизация банковской системы и т.д. В этой статье мы познакомим вас с основами криптографии и обсудим её значение для криптовалют.
История криптографии
Криптография — это метод безопасного сокрытия информации. Чтобы раскрыть информацию, читателю необходимо знать, каким образом информация была изменена или зашифрована. Если сообщение было качественно зашифровано, прочитать его смогут только отправитель и получатель.
Криптография отнюдь не нова, она существует уже тысячи лет. Исторически криптография использовалась для отправки важных сообщений, чтобы скрыть их от лишних глаз. Первые криптографические сообщения были найдены у древних египтян, однако подтверждённое использование шифров в стратегических целях относится к эпохе Древнего Рима.
По словам историков, Юлий Цезарь использовал криптографию и даже создал так называемый шифр Цезаря, чтобы отправлять секретные сообщения высокопоставленным генералам. Этот метод защиты конфиденциальной информации от нежелательных глаз использовался вплоть до новейшей истории.
Во время Второй мировой войны немцы использовали машину шифрования «Энигма», чтобы передавать важную информацию. Алан Тьюринг, математический человек и гений, в чью честь впоследствии был назван тест Тьюринга, нашёл способ её взломать. Сейчас взлом «Энигмы» считают одним из основных переломных моментов во Второй мировой.
Основы криптографии
Вышеупомянутый шифр Цезаря — один из простейших способов шифрования сообщений, полезный для понимания криптографии. Его также называют шифром сдвига, поскольку он заменяет исходные буквы сообщения другими буквами, находящимися в определённой позиции по отношению к первичной букве в алфавите.
Например, если мы зашифруем сообщение через шифр +3 на английском языке, то A станет D, а K станет N. Если же использовать правило -2, то D станет B, а Z станет X.
Это самый простой пример использования криптографии, однако на похожей логике строится и любой другой метод. Существует сообщение, которое секретно для всех, кроме заинтересованных сторон, и процесс, направленный на то, чтобы сделать это сообщение нечитаемым для всех, кроме отправителя и получателя. Этот процесс называется шифрованием и состоит из двух элементов:
Шифр — это набор правил, которые вы используете для кодирования информации. Например, сдвиг на X букв в алфавите в примере с шифром Цезаря. Шифр не обязательно должен быть засекречен, потому что сообщение можно будет прочитать только при наличии ключа.
Ключ — значение, описывающее, каким именно образом использовать набор правил шифрования. Для шифра Цезаря это будет число букв для сдвига в алфавитном порядке, например +3 или -2. Ключ — это инструмент для дешифровки сообщения.
Таким образом, многие люди могут иметь доступ к одному и тому же шифру, но без ключа они всё равно не смогут его взломать.
Процесс передачи секретного сообщения идёт следующим образом:
- сторона A хочет отправить сообщение стороне B, но при этом ей важно, чтобы никто другой его не прочитал;
- сторона A использует ключ для преобразования текста в зашифрованное сообщение;
- сторона B получает зашифрованный текст;
- сторона B использует тот же ключ для расшифровки зашифрованного текста и теперь может читать сообщение.
Эволюция криптографии
Сообщения шифруются для защиты их содержимого. Это подразумевает, что всегда будут стороны, заинтересованные в получении данной информации. Поскольку люди так или иначе достигают успехов в расшифровке различных кодов, криптография вынуждена адаптироваться. Современная криптография далеко ушла от обычного смещения букв в алфавите, предлагая сложнейшие головоломки, которые решать с каждым годом всё труднее. Вместо банального смещения буквы теперь могут заменяться на числа, другие буквы и различные символы, проходя через сотни и тысячи промежуточных шагов.
Цифровая эпоха привела к экспоненциальному увеличению сложности шифрования. Это связано с тем, что компьютеры принесли с собой резкое увеличение вычислительной мощности. Человеческий мозг по-прежнему остаётся самой сложной информационной системой, но, когда дело доходит до выполнения вычислений, компьютеры намного быстрее и могут обрабатывать гораздо больше информации.
Криптография цифровой эры связана с электротехникой, информатикой и математикой. В настоящее время сообщения обычно шифруются и дешифруются с использованием сложных алгоритмов, созданных с использованием комбинаций этих технологий. Однако, независимо от того, насколько сильным будет шифрование, всегда будут люди, работающие над его взломом.
Взлом кода
Вы можете заметить, что даже без ключа шифр Цезаря не так сложно взломать. Каждая буква может принимать только 25 разных значений, а для большинства значений сообщение не имеет смысла. С помощью проб и ошибок вы сможете расшифровать сообщение без особых усилий.
Взлом шифрования с использованием всех возможных вариаций называют брутфорсом (bruteforce, англ. — грубая сила). Такой взлом предполагает подбор всех возможных элементов до тех пор, пока решение не будет найдено. С увеличением вычислительных мощностей брутфорс становится всё более реалистичной угрозой, единственный способ защиты от которой — увеличение сложности шифрования. Чем больше возможных ключей, тем сложнее получить доступ к вашим данным «грубой силой».
Современные шифры позволяют использовать триллионы возможных ключей, делая брутфорс менее опасным. Тем не менее утверждается, что суперкомпьютеры и в особенности квантовые компьютеры вскоре смогут взломать большинство шифров посредством брутфорса из-за своих непревзойдённых вычислительных мощностей.
Как уже говорилось, расшифровка сообщений со временем становится всё труднее. Но нет ничего невозможного. Любой шифр неотъемлемо связан с набором правил, а правила в свою очередь могут быть проанализированы. Анализом правил занимается более тонкий метод дешифровки сообщений — частотный анализ.
С колоссальным усложнением шифров в наши дни эффективный частотный анализ можно осуществить только с использованием компьютеров, но это всё ещё возможно. Этот метод анализирует повторяющиеся события и пытается найти ключ, используя эту информацию.
Давайте снова рассмотрим пример шифра Цезаря, чтобы разобраться. Мы знаем, что буква E используется гораздо чаще, чем другие буквы в латинском алфавите. Когда мы применяем это знание к зашифрованному сообщению, мы начинаем искать букву, которая повторяется чаще всего. Мы находим, что буква H используется чаще других, и проверяем наше предположение, применяя к сообщению сдвиг -3. Чем длиннее сообщение, тем легче применить к нему частотный анализ.
Криптография и криптовалюты
Большинство криптовалют служат совершенно другим целям, нежели отправка секретных сообщений, но, несмотря на это, криптография играет здесь ключевую роль. Оказалось, что традиционные принципы криптографии и используемые для неё инструменты имеют больше функций, чем мы привыкли считать.
Наиболее важные новые функции криптографии — это хеширование и цифровые подписи.
Хеширование
Хеширование — это криптографический метод преобразования больших объёмов данных в короткие значения, которые трудно подделать. Это ключевой компонент технологии блокчейн, касающийся защиты и целостности данных, протекающих через систему.
Этот метод в основном используется для четырёх процессов:
- верификация и подтверждение остатков в кошельках пользователей;
- кодирование адресов кошельков;
- кодирование транзакций между кошельками;
- майнинг блоков (для криптовалют, предполагающих такую возможность) путём создания математических головоломок, которые необходимо решить, чтобы добыть блок.
Цифровые подписи
Цифровая подпись в некотором смысле представляет собой аналог вашей реальной подписи и служит для подтверждения вашей личности в сети. Когда речь заходит о криптовалютах, цифровые подписи представляют математические функции, которые сопоставляются с определённым кошельком.
Таким образом, цифровые подписи — это своего рода способ цифровой идентификации кошелька. Прилагая цифровую подпись к транзакции, владелец кошелька доказывает всем участникам сети, что сделка исходила именно от него, а не от кого-либо другого.
Цифровые подписи используют криптографию для идентификации кошелька и тайно связаны с общедоступным и приватным ключами кошелька. Ваш общедоступный ключ — это аналог вашего банковского счёта, в то время как приватный ключ — ваш пин-код. Не имеет значения, кто знает номер вашего банковского счета, потому что единственное, что с ним смогут сделать, — это внести деньги на ваш счёт. Однако, если они знают ваш пин-код, у вас могут возникнуть реальные проблемы.
В блокчейне приватные ключи используются для шифрования транзакции, а открытый ключ — для дешифровки. Это становится возможным, потому что отправляющая сторона отвечает за транзакцию. Передающая сторона шифрует транзакцию своим приватным ключом, но её можно дешифровать с помощью открытого ключа получателя, потому что единственное назначение этого процесса заключается в верификации отправителя. Если открытый ключ не срабатывает при дешифровке транзакции, она не выполняется.
В такой системе открытый ключ распространяется свободно и тайно соотносится с приватным ключом. Проблемы нет, если открытый ключ известен, но приватный ключ всегда должен находиться в тайне. Несмотря на соотношение двух ключей, вычисление приватного ключа требует невероятных вычислительных мощностей, что делает взлом финансово и технически невозможным.
Необходимость защиты ключа — основной недостаток этой системы. Если кому-то станет известен ваш приватный ключ, он сможет получить доступ к вашему кошельку и совершать с ним любые транзакции, что уже происходило с Bloomberg, когда один из ключей сотрудников был показан по телевизору.
Заключение
Криптография в блокчейне имеет множество разных уровней. В этой статье рассматриваются только основы и общие принципы использования криптографии, однако этот вопрос куда глубже, чем может показаться на первый взгляд.
Важно понимать взаимосвязь между криптографией и технологией блокчейн. Криптография позволяет создать систему, в которой сторонам не нужно доверять друг другу, так как они могут положиться на используемые криптографические методы.
С момента своего появления в 2009 году криптографическая защита блокчейна биткоина выдержала все попытки подделки данных, а их было бесчисленное множество. Новые криптовалюты реализуют ещё более безопасные методы криптографии, некоторые из которых даже защищены от брутфорса квантовых процессоров, то есть предупреждают угрозы будущего.
Без криптографии не могло быть биткоина и криптовалют в целом. Удивительно, но этот научный метод, изобретённый тысячи лет назад, сегодня держит наши цифровые активы в целости и сохранности.
