Criptografia protejează informaţia vehiculată prin reţelele moderne de calculatoare. De-a lungul istoriei omenirii, dorinţa şi necesitatea comunicării confidenţiale au dus la perfecţionarea ştiinţei scrierilor secrete, numite azi criptografie. Cunoştinţele actuale referitoare la începuturile criptografiei sunt furnizate de diferite lucrări despre ştiinţele, religiile, războaiele de pe vremea unor civilizaţii de mult apuse. Este de apreciat că apariţia criptografiei s-a petrecut în mod independent în mai multe părţi ale lumii, la mai multe popoare. Dezvoltarea şi continua perfecţionare a criptografiei se datorează, în primul rând, războaielor şi activităţii diplomatice.

      Istoria criptografiei este deci lungă si pitorească. Evident, dezvoltarea tehnicilor de criptare a constituit o prioritate pentru organizaţiile militare, care utilizau frecvent asemenea procedee. Înainte de apariţia calculatoarelor, volumul mare de mesaje criptate sau transmise a fost gestionat de un număr mare de funcţionari „codori”. Evident, tehnicile folosite erau limitate de capacitatea codorilor de realizare a transformărilor necesare şi de însuşirea de către aceştia a unor tehnici criptografice noi. Totuşi, pericolul de capturare a codurilor de către „inamici” făcea necesară schimbarea periodică a metodei de criptare.

      Necesitatea protecţiilor informaţiilor a reprezentat un  deziderat mereu actual al omenirii. Tehnici secrete de codificare a mesajelor au fost utilizate încă din antichitate şi au prezentat o evoluţie continuă de-a lungul timpului, afectând în multe cazuri chiar istoria.

      Criptarea mesajelor şi trimiterea lor sub aceasta forma este utilizată de foarte mult timp. Unul dintre primii care au folosit tehnici de criptare pentru trimiterea mesajelor a fost celebrul împărat Cezar si dacă ar trebui ales un singur exemplu al criptografiei „clasice”, acesta ar fi cifrul lui Cezar, nu atât datorită celebrităţii împăratului roman de care se leagă folosirea lui, ci pentru că principiul său de bază s-a menţinut nealterat aproape două milenii. În comunicarea privată cu o persoană folosirea unui cod secret poate preveni citirea intenţionată sau neintenţionată a mesajelor de către cei care intră în posesia acestora, fie că trebuie să le transporte până la destinatar, fie că le interceptează în timp ce mesajul este transmis.

        Încă din cele mai vechi timpuri tehnologia în ceea ce priveşte domeniul criptografic a cunoscut progrese majore, şi tocmai de aceea se poate spune că în momentul de faţă se asistă la o informatizare pe scară largă a mai multor instituţii, lucru datorat avantajelor aduse de sistemele informatice: colectarea, transmiterea, procesarea şi regăsirea datelor se face mai rapid, mai ieftin, mai uşor, cu o economie mai mare de spaţiu. Astfel se face o economie semnificativă de timp şi de efort care pot fi investite pentru realizarea altor acte de mai bună calitate. Cu toate acestea există însă şi un  dezavantaj major, şi anume securitatea datelor devine mai greu de asigurat. Se poate spune că unul din cele mai studiate domenii din zilele noastre este criptarea mesajelor. Complexitatea tehnicilor de criptare şi de trimitere a mesajelor creşte permanent pentru a obţine o securitate cât mai ridicată a comunicaţiilor.

      Puţine sunt persoanele care să nu fi încercat, măcar o dată, transmiterea cifrată a unor mesaje personale foarte importante. Şi mai puţine sunt, probabil, cele care nu s-au amuzat niciodată rezolvând jocuri rebus unde, pe baza unor frânturi de mesaj trebuie descoperită  regula de reconstituire a mesajului. Explicaţia este atracţia firească pe care o prezintă un astfel de exerciţiu intelectual şi satisfacţia pe care ţi-o dă reuşita rezolvării. Criptografia sau ştiinţa codificării informaţiei în vederea împiedicării acceselor neautorizate are o lungă istorie, confidenţialitatea comunicării fiind o cerinţă a tuturor timpurilor.

     Când Iulius Cezar trimitea mesaje către generalii lui, el nu avea încredere în loialitatea mesagerilor. Aşa că, în cadrul mesajelor scrise el înlocuia toate literele „A” cu „D”, fiecare „B” cu „E” si aşa mai departe, în cadrul întregului alfabet. Numai cineva care cunoştea şi „saltul cu trei” putea să descifreze mesajul.

        Informaţiile care pot fi citite şi înţelese fără a folosi instrumente speciale, sunt numite „text în clar” sau în limba engleză „plaintext” ori „cleartext”. Metoda de camuflare a textului în clar în aşa fel încât substanţa să nu sufere modificări semantice, este denumită criptare. Din criptarea unui „plaintext” rezultã un text ilizibil numit criptotext. Se foloseşte  criptarea pentru a fi sigur că informaţia este inaccesibilă oricărei persoane care nu deţine instrumentul necesar decriptării, chiar dacă oricine poate vedea datele în formă criptografică. Oricum nu va înţelege nimic, care să conducă spre descifrarea textului original. Procesul retransformării criptogramei în textul original este numit decriptare.

       Criptarea sau cifrarea definită şi ca un mecanism puternic de asigurare a confidenţialităţii asigura confidenţialitatea datelor atunci când mecanismele de împiedicare a accesului la date au eşuat. Este un lucru înţelept să se folosească şi criptarea, deoarece sistemele informatice sunt foarte complexe, atât din punct de vedere hard, cât şi soft, aşa că întotdeauna vor exista breşe în sistemele de restricţionare a accesului. Dacă mecanismul de criptare a datelor este puternic şi aplicat în mod corect, atacatorul va avea în faţă nişte date pe care nu va putea să le folosească.

        Criptografia este ştiinţa care foloseşte matematica pentru a codifica si decodifica informaţiile. Cu ajutorul criptografiei se pot stoca uşor informaţiile sau se pot transmite de-a lungul unor reţele nesigure, de exemplu Internetul, şi nu pot fi citite decât de aceia care posedă cheia pentru decriptare. În timp ce criptografia este ştiinţa securizării informaţiilor, criptanaliza este ştiinţa analizării şi verificării securităţii comunicaţiei. Criptanaliza clasică implică combinaţii interesante de judecăţi analitice, aplicaţii ale metodelor matematice, căutarea şabloanelor, determinare si noroc. Criptologia le include pe ambele, criptografia şi criptanaliza.

     Criptografia poate fi puternică sau slabă. Puterea procesului de criptografie este măsurată în timp şi în resurse informatice necesare pentru a cripta un text. Rezultatul unei criptografii avansate este un text criptat, foarte greu de descifrat fără a fi în posesia unui instrument de decriptare. Cât de dificil? Dată fiind toată puterea de calcul din momentul de faţă şi tot timpul disponibil, luând în considerare un miliard de calculatoare care fac un miliard de operaţii pe secundă, este practic imposibil de descifrat rezultatul unei criptografii avansate înainte de sfârşitul Universului. Unii s-ar putea gândi deci, că criptografia avansată poate fi folosită foarte bine chiar împotriva unui criptanalist extrem de bine motivat. Cine spune asta? Nimeni n-a dovedit că este posibil ca folosind cea mai avansată tehnică de criptografie posibilă astăzi poate fi considerat la fel mâine, la puterea de calcul a zilei de mâine. Oricum, criptografia avansată este cea mai bună dintre cele disponibile astăzi. Vigilenţa si dorinţa de a păstra informaţiile intacte vor proteja mai bine oricum decât tendinţa de a proteja prin impenetrabilitatea sistemelor informatice.

        În cadrul criptografiei, criptarea se defineşte ca fiind procesul de aducere a informaţiei din forma ei iniţială, inteligibilă, într-o formă neinteligibilă, astfel încât să fie făcută imposibil de citit fără cunoştinţe secrete. Deci textul iniţial, care se doreşte a fi protejat, se numeşte „text în clar”, iar rezultatul criptării se numeşte „text cifrat” sau „criptogramă”. Decriptarea sau descifrarea este procesul invers, recuperând textul în clar din textul cifrat.

Criptografia în antichitate  

        Egiptul antic de acum circa patru mii de ani ne furnizează primele indicii despre criptografie sub forma unor formule funerare care conţin, într-o formă incipientă,  elemente constitutive ale ştiinţei de astăzi. Grecii au practicat în multe variante scrierea secretă, aşa cum atestă documentele istorice.

        În lucrări antice din secolele IV-V î.e.n. se prezintă diferite variante de scriere secretă, cum ar fi „discul cu orificii”, „bastonul cu panglica  scitală”. Istoricul grec Polibiu, martor ocular la al treilea război punic (149-146 î.e.n.), prezintă în lucrarea sa „Istoria generală” următorul sistem de cifrare: un pătrat conţine literele greceşti şi are numerotate liniile şi coloanele. Fiecare literă se codifică prin două cifre date de numerele de linie şi coloană ale celulei în care se află. Roma antică a folosit „cifrul lui Cezar” în transmiterea mesajelor. Principiul substituţiei (fiecare literă este înlocuită cu cea aflată la o distanţă de 3 în alfabetul latin), ce stă la baza acestui cifru, s-a menţinut nealterat aproape două milenii.

       Societatea feudală timpurie, ridicată pe ruinele Imperiului roman, nu a favorizat dezvoltarea ştiinţei şi culturii. Descoperirea tiparului în jurul anului 1440 a dat un nou impuls preocupărilor umane pentru dezvoltarea criptografiei.

         În perioada Renaşterii umaniştii au studiat manuscrise ale autorilor antici şi au redescoperit, printre altele, metodele de cifrare folosite în antichitate. Extinderea şi amplificarea relaţiilor diplomatice dintre diferitele state feudale au dat un nou avânt dezvoltării criptologiei. Curţile regale şi statul papal dispuneau de criptologi şi criptanalişti.

        „Poligraphiae libri sex” este prima carte asupra criptologiei, a apărut în anul 1518 şi descrie metoda de cifrare numită „tablou de transpoziţie”, bazată pe transpoziţii şi substituţii.

       Giambattista della Porta scrie în anul 1563 lucrarea „De Furtivis Literarum Notis” în care prezintă drumul parcurs de criptologie, observaţii critice asupra metodelor folosite de predecesori şi aduce contribuţii personale la dezvoltarea criptologiei pe baza „tabelelor de frecvenţă a literelor”, propunând un nou procedeu de cifrare bazat pe transpoziţii şi substituţii.

        Vigenère scrie în anul 1586 cartea „Tratatul cifrurilor sau modalităţi secrete de a scrie” în care prezintă metode noi de cifrare bazate pe substituţia polialfabetică. Cardan (1501-1576), matematician italian, naturalist, medic renumit al epocii sale, a influenţat şi criptografia. În lucrarea „De rerum varietate” a conceput mărirea siguranţei secretului prin schimbarea cheii la fiecare mesaj, utilizând mesajul însuţi drept cheie de cifrare prin folosirea „grilei cu ferestre”.

         Rossignol a fost primul criptolog profesionist din Franţa şi printre cei mai abili descifratori din Europa. El a contribuit la multe succese diplomatice şi victorii în bătăliile purtate de Ludovic al XIII-lea şi Ludovic al XIV-lea. A reuşit să modifice modul de stabilire a corespondenţei între elementele clare ale mesajului şi cifruri, introducând două tipuri de corespondenţe, numite „tabel de cifrare” şi „tabel de descifrare”.

      Maiorul Bazaries a contribuit în anii 1800 la dezvoltarea serviciului de cifrare al armatei franceze, a descifrat „Marele cifru” folosit de Ludovic al XIV-lea (a cărui cheie a fost mult timp pierdută), a inventat dispozitivul numit „cilindru de cifrare” prin care s-au pus bazele cifrării mecanizate. Perfecţionarea maşinilor de cifrat este legată de nivelul de dezvoltare al ştiinţei şi tehnicii din epoca respectivă. Primele maşini de cifrat erau construite din elemente simple, cum ar fi roţi dinţate, elevatori etc.

        Constructorii maşinilor de cifrat au urmărit de-a lungul timpului două scopuri: mărirea siguranţei în cifrare şi simplificarea activităţii de cifrare. Dezvoltarea mecanizării a dus la apariţia maşinilor de cifrat din ce în ce mai performante construite cu discuri, roţi dinţate, bare şi puse în funcţiune manual sau prin intermediul unui arc.

     Telegraful, folosit pentru transmiterea unor volume mari de date în condiţiile dezvoltării impetuoase a industriei şi comerţului, a stimulat dezvoltarea criptografiei pentru transmiterea în secret a informaţiilor în condiţia unui trafic intens de mesaje.

        Maşinile de tip telegraf au mărit ritmul cifrării până la viteza dactilografierii (150-200 litere/minut).

      Radioul, folosit pentru transmiterea informaţiilor secrete de natură militară şi diplomatică începând cu perioada premergătoare Primului Război Mondial, a impus în anii 1920 introducerea unei metode noi în criptografie numită „bloc cu o singură utilizare”. Maşina Hagelin C-48 a fost construită la nivelul anilor 1940 şi a fost utilizată de către armata americană în al doilea război mondial sub numele M-209. Construcţia mecanică cu roţi dinţate, cutii, bare, mânere a maşinii M-209 evidenţiază tehnici general valabile pentru elaborarea dispozitivelor de cifrare, combină textul clar, caracter cu caracter, cu un şir cheie (care este o secvenţă pseudo aleatoare derivată din cheie), obţinându-se textul cifrat.

         Maşinile cu rotor au fost folosite în perioada 1940-1950. Cele mai cunoscute modele: M-134 sau SIGABA (SUA), TYPEX (Anglia), ENIGMA (Germania). Componenta centrală este rotorul cu contacte electrice sau roata cablată. În perioada celui de-al doilea război mondial s-au produs mari acumulări cantitative în domeniul criptologiei (cifrarea şi descifrarea mesajelor).

         C. E. Shannon contribuie fundamental la saltul calitativ în dezvoltarea criptologiei prin două lucrări de referinţă: „The Matematical Theory of Communication” (Bell System Journal, iulie şi octombrie 1948) şi „Communication Theory of Secrecy Systems” (Bell System Journal, octombrie 1949). El reuşeşte să evidenţieze legătura dintre teoria informaţiei şi criptologie, dă o definiţie abstractă a sistemului secret şi-i stabileşte structura matematică. Considera că problema decriptării criptogramelor interceptate este asemănătoare cu problema decodificării mesajului în prezenţa zgomotului. Demonstrează posibilitatea de a construi un sistem secret cu o mulţime finită de chei în care echivocul criptanalistului nu tinde către zero, chiar dacă volumul criptogramei tinde spre infinit.

        Având în vedere faptul că transmisia de date în Internet este neprotejată, a apărut necesitatea dezvoltării tehnicilor de criptare în direcţia automatizării acestora si a implementării lor în reţele de calculatoare. Astfel, utilizarea unor algoritmi pentru criptarea informaţiilor transmise va deveni principalul mijloc de rezolvare a problemelor de interceptare în reţele.

        În descrierea unei transmisii de date prin reţea se obişnuieşte să se numească generic "mesaj" un ansamblu de date trimis de un „emiţător” unui „receptor”. Printr-o metodă de criptare, mesajele vor fi transformate, pe baza unei chei de criptare, astfel încât să poată fi înţelese doar de destinatar.

     Dezvoltarea sistemelor criptografice cunoaşte o cotitură semnificativă în epoca modernă, datorită următoarelor patru elemente

a) Utilizarea calculatorului electronic a permis potenţarea gamei de instrumente folosite efectiv în execuţia algoritmilor de cifrare. Folosirea unor chei de dimensiuni mai mari, au sporit rezistenţa la atacurile criptanalitice, datorită puterii de calcul mereu sporite Criptografia clasică asigura secretul mesajelor în principal prin nedivulgarea algoritmului (metodei) de criptare şi complicarea lui combinând substituţii şi transpoziţii. Criptografia modernă asigură secretul mesajelor prin folosirea unor chei de cifrare de dimensiuni mari frecvent schimbate, chiar dacă se cunoaşte algoritmul de cifrare. Pe această idee se bazează Standardul american de cifrare a datelor DES (Data Encryption Standard) adoptat în 1977 şi bazat pe criptografia simetrică.

b) Dezvoltarea reţelelor de calculatoare şi a Internetului au impus dorinţa utilizatorilor (persoane, organizaţii economice şi comerciale) pentru păstrarea secretului şi siguranţei poştei electronice, transferului electronic de fonduri, comunicaţiilor şi altor aplicaţii, ceea ce a dus la perfecţionarea metodelor şi algoritmilor de criptare.

c) Criptografia asimetrică sau cu chei publice aduce un principiu nou prin cercetările din 1976 ale lui Whitfield Diffie şi Martin Hellman de la Universitatea Stanford-California.

        Criptografia simetrică folosea o singură cheie, atât la cifrarea mesajului cât şi la descifrarea lui. Trimiterea cheii de la emiţătorul mesajului la receptorul lui, se realiza printr-un canal sigur (clasic: un curier, modern: prin telefon). Criptografia asimetrică foloseşte două chei diferite, una pentru cifrarea mesajului la emiţător, cealaltă pentru descifrarea lui la receptor. Deoarece deducerea unei chei din cealaltă este imposibilă, una din chei poate fi făcută publică şi poate fi folosită de către oricine pentru a transmite un mesaj cifrat; doar destinatarul care deţine a doua cheie (secretă) poate descifra şi utiliza mesajul. Autentificarea mesajelor poate fi asigurată prin tehnica cheilor publice. Datorită acestor avantaje, guvernul SUA doreşte schimbarea standardului de cifrare a datelor, orientându-se în 1990 şi 1991 spre metodele de cifrare asimetrică  RSA (prezentă deja în domeniul industriei) şi DSS (dezvoltată de Agenţia Naţională de Securitate a SUA).

d) Criptografia cu chei în custodie (Key Escrow Systems) este un concept nou pe care au încercat să-l impună în anii ‘90 agenţiile statului pentru securitatea naţională a SUA. Acest concept ar fi dus către elaborarea unui sistem care permitea agenţiilor statului să decripteze legal mesajele transmise în reţelele de calculatoare ale unor firme, corporaţii şi persoane. Conceptul reprezintă nucleul programului guvernamental Clipper (numit şi EES - Escrowed Encryption Standard), care este integrat în programul Capstone. Motivaţiile legale şi sociale ale acestui „drept de ascultare” sunt discutabile şi au dus la tensiuni între interesele publice (pentru protecţia informaţiilor) şi interesele guvernamentale (pentru accesul la informaţiile adversarilor). În prezent s-a ajuns la concluzia că este nevoie de mecanisme care să permită unei  persoane autorizată accesul la informaţie, dar protejându-se informaţia în faţa altor persoane. 

        În epoca modernă criptografia a devenit un domeniu de intense cercetări academice şi nu numai.

       Tradiţional, criptografii foloseau algoritmi simpli asociaţi cu chei de securitate foarte lungi. Azi se urmăreşte crearea unor algoritmi de criptare atât de complecşi încât să fie practic ireversibili, chiar dacă un criptanalist achiziţionează cantităţi foarte mari de text cifrat. O altă caracteristică a criptografiei moderne constă în automatizarea tehnicilor clasice, prin folosirea unor dispozitive special concepute. Transpoziţiile si substituţiile vor fi implementate cu circuite simple, de viteză mare, care vor fi conectate în cascadă astfel încât dependenta ieşirii de intrare devine extrem de complicată si dificil de descoperit.

        În 1977, guvernul SUA a adoptat ca standard oficial pentru informaţiile nesecrete un cifru produs si dezvoltat de IBM, numit DES (Data Encryption System), care a fost larg adoptat în industrie. DES este cel mai popular algoritm cu cheie secretă; el continuă să stea la baza unor sisteme folosite în mod curent. DES foloseşte (uzual) o cheie de 56 de biţi. Aceasta a fost în cele din urmă adoptată în locul uneia de 128 de biţi, neagreată de NSA (National Security Agency), agenţia „spărgătoare de coduri a guvernului”, care dorea supremaţia în domeniul criptografic.

        Din 1977, cercetătorii în criptografie au încercat să proiecteze maşini pentru a sparge DES. Prima asemenea maşină (1977) a fost concepută de Diffie si Hellman, avea nevoie de mai puţin de o zi iar costul ei a fost estimat la 20 de milioane de dolari. După aproape 2 decenii, costul unei astfel de maşini a ajuns la 1 milion de dolari iar timpul necesar spargerii codului a scăzut la 4 ore. Ulterior, s-au dezvoltat si alte metode, cum ar fi folosirea unui cip DES încorporat (loteria chinezească).

       În scopul decriptării s-ar mai putea folosi mecanisme soft specifice (cum ar fi algoritmul asimetric Diffie-Hellman) si resursele libere ale unor calculatoare cu destinaţie universală. Astfel, s-a demonstrat că rularea pe mai multe calculatoare a unor programe distribuite de criptare (uzual, pe un număr mare de maşini, de ordinul miilor sau chiar zecilor de mii) creste considerabil eficienta procesului de decriptare.

      Un alt cifru renumit este IDEA (International Data Encryption Algorithm), realizat de doi cercetători la Politehnica Federală din Zürich (ETHZ). Acest algoritm foloseşte o cheie de 128 de biţi si este inspirat din metodele anterioare - DES si cele imaginate pentru spargerea DES.

        Un alt algoritm performant a fost descoperit de un grup de cercetători de la MIT - Ronald Rivest, Adi Shamir, Leonard Adelman, şi s-a numit cu iniţialele creatorilor lui RSA. Algoritmul de criptare RSA foloseşte o cheie publică. Se observă că utilizarea unor astfel de algoritmi de criptare a datelor asigură transmisii confidenţiale de date în reţele neprotejate, rezolvând problema interceptării. De fapt, riscul de interceptare / modificare nu dispare cu totul, din cauză că orice mesaj criptat poate fi în general decriptat fără a deţine cheia corespunzătoare, dacă se dispune de suficiente resurse materiale si de timp.

        Evident, dimensiuni variate ale cheii asigură diferite grade de confidenţialitate iar perioada de timp necesară pentru decriptare poate fi prevăzută în funcţie de mărimea cheii utilizate. Totuşi, dacă procesul de decriptare este lent, este posibil ca în momentul în care s-ar obţine datele dorite, acestea să nu mai fie actuale sau utile.

        Timpul de decriptare depinde în mod natural si de puterea procesoarelor utilizate în acest scop, astfel încât utilizarea distribuită a unui foarte mare număr de procesoare poate duce la o micşorare considerabilă a timpului necesar. Din acest motiv, pentru transmisii de date în care este necesară o confidenţialitate strică se utilizează chei de dimensiuni mult mai mari, chiar pentru algoritmul DES (de 256, 512, 1024 si chiar 2048 sau 4096 de biţi), ştiut fiind că timpul necesar decriptării creşte exponenţial cu dimensiunea cheii de criptare / decriptare.