Кіріспе

Криптография, құпияларды қорғау үшін кодтар мен шифрларды қолдану, мыңдаған жылдар бұрын басталды. Соңғы онжылдықтарға дейін, ол классикалық криптография деп аталатын – яғни қалам мен қағазды, немесе қарапайым механикалық құралдарды пайдаланатын шифрлау әдістерінің тарихы болды. 20 ғасырдың басында күрделі механикалық және электромеханикалық машиналардың, мысалы, Энигма ротор машинасының ойдағыдай табылуы шифрлаудың одан да күрделі және тиімді құралдарын ұсынды; ал кейіннен электроника мен есептеу техникасының енгізілуі одан да күрделі схемаларға жол ашты, олардың көпшілігі қалам мен қағазға мүлдем жарамсыз. Криптографияның дамуы криптоанализбен – кодтар мен шифрларды «бұзумен» қатар жүрді. Шифрланған хабарларды оқу үшін жиіліктерді талдауды ерте пайдалану кейде тарих бағытын өзгертті. Мысалы, Циммерманн телеграммасы АҚШ-тың Бірінші дүниежүзілік соғысқа қатысуына себеп болды; ал Одақтастардың нацистік Германияның шифрларын оқуы, кейбір бағалаулар бойынша, Екінші дүниежүзілік соғысты екі жылға дейін қысқартты. 1960 жылға дейін қауіпсіз криптография көбінесе үкіметтердің құзырында болды. Содан бері екі оқиға оны кең жұртшылыққа жеткізді: жалпыға қолжетімді шифрлау стандартының (DES) жасалуы және ашық кілт криптографиясының табылуы.

Ежелгі дәуір

Криптографияның ең ерте кездескен қолданылуы шамамен 1900 жыл б.з.д. Ежелгі Египет патшалығы кезеңіндегі қабірдің қабырғасына қашалған стандартты емес иероглифтерде табылды. Алайда, бұл құпия хабар алмасуға жасалған нақты әрекеттер емес, көбінесе сауатты адамдарға құпиялылық, қызығушылық немесе әдемілік сыйлау мақсатында жасалған. Кейінірек, Месопотамиядан табылған саз тақташалардың кейбіреулері ақпаратты қорғауға арналғаны анық. Мысалы, шамамен 1500 жыл б.з.д. жасалған тақташада керамика глазурінің рецепті шифрланған, бұл рецепт коммерциялық құндылығы бар болған деседі. Сонымен қатар, еврей ғалымдары б.з.д. 600-500 жылдар шамасында қарапайым моноалфавиттік ауыстыру шифрларын (мысалы, Атбаш шифрын) қолданған. Үндістанда б.з.д. 400-200 жылдар аралығында "Млечита викалпа" немесе "шифрмен жазуды түсіну және сөздерді ерекше тәсілмен жазу өнері" Кама Сутрада жазылған, бұл ғашықтар арасындағы байланыс үшін қолданылған. Бұл да қарапайым ауыстыру шифры болған болуы мүмкін. Египеттік демотикалық грек сиқырлық папирустарының бір бөлігі шифрленген жазумен жазылған. Көне гректер шифрларды білген деген пікір бар. Спарта армиясы скитальді транспозициялық шифрды қолданған, Геродот ағаш тақтайшалардың балауыз астында немесе құлдың басына жасалған татуировка арқылы жасырылған хабарлар туралы айтады, бірақ бұл криптографияның нағыз мысалы емес, себебі хабар белгілі болғаннан кейін тікелей оқылады; мұндай әдіс стеганография деп аталады. Тағы бір грек әдісін Полибий жасаған (қазір "Полибий шаршысы" деп аталады).

Ортағасырлық криптография

Дэвид Кан "Кодтар" кітабында қазіргі заманғы криптологияның пайда болуын атап өтті. Әл-Халил (717–786) криптографиялық хабарлар кітабын жазды, онда дауыстылары бар және жоқ барлық мүмкін араб сөздерін тізімдеу үшін пермутация мен комбинацияларды алғаш рет қолданды. Араб математигі Аль Киндидің шамамен 800 жылы моноалфавиттік алмастыру шифрларын бұзу үшін жиілікті талдау әдісін ойлап табуы, Екінші дүниежүзілік соғысқа дейінгі ең маңызды криптоаналитикалық жетістік болды. Әл Кинди криптография туралы "Рисалах фи Истихрадж әл Муамма" (Криптографиялық хабарламаларды шешу туралы қолжазба) атты кітап жазды, онда ол алғашқы криптоаналитикалық әдістерді сипаттады, оның ішінде полиалфавиттік шифрлар, шифрларды жіктеу, араб фонетикасы мен синтаксисі және ең бастысы, жиілікті талдау туралы алғашқы сипаттамаларды берді. Ол сондай-ақ шифрлау әдістерін, кейбір шифрларды криптоанализ етуді және араб тіліндегі әріптер мен әріптердің тіркесінің статистикалық талдауын қамтыды. Ибн Адланның (1187–1268) маңызды үлесі жиілікті талдау үшін қолданылатын үлгінің мөлшеріне қатысты болды. Осы кезеңде Батыста маңызды және елеулі криптографиялық тәжірибелер жүргізілді. Ахмад әл-Қалқашанди (1355–1418) 14 томдық "Субх әл-аша" энциклопедиясын жазды, онда криптологияға арналған бөлім бар. Бұл ақпарат 1312–1361 жылдары өмір сүрген, бірақ криптография туралы жазбалары жоғалған Ибн әл-Дурахимге қатысты. Бұл жұмыстағы шифрлар тізіміне алмастыру және транспозиция, сондай-ақ әр қарапайым мәтін әрпі үшін бірнеше алмастырулар бар шифр кірді (кейін гомофоникалық алмастыру деп аталды). Сондай-ақ, Ибн әл-Дурахимге байланысты криптоанализдің түсіндірмесі мен жұмыс үлгісі, оның ішінде әріптер жиілігінің кестелері және бір сөзде бірге кездеспейтін әріптер жиынтығын пайдалану жазылған. Гомофоникалық алмастыру шифрының ең ерте мысалы – 1400 жылдардың басында Мантуя герцогы қолданған шифр. Гомофоникалық шифр әр әріпті әріптің жиілігіне байланысты бірнеше символмен алмастырады. Бұл шифр өз уақытынан озық, өйткені ол моноалфавиттік және полиалфавиттік ерекшеліктерді біріктіреді. Полалфавиттік шифрдың дамуына дейін барлық шифрлар жиілікті талдаудың криптоаналитикалық әдісіне осал болды, және одан кейін де көптеген шифрлар осал болып қалды. Полиалфавиттік шифрды шамамен 1467 жылы Леон Баттиста Альберти ең нақты түсіндірді, осы себепті ол "Батыс криптологиясының әкесі" деп аталды. Еуропада криптография саяси бәсекелестік пен діни төңкеріс салдарынан (құпия түрде) маңыздырақ болды. Мысалы, Еуропадағы Ренессанс кезеңінде және одан кейін, әртүрлі итальян мемлекеттерінің азаматтары – Папалық мемлекеттер мен Рим-католик шіркеуі де болды – криптографиялық техникалардың жылдам таралуына жауапты болды, олардың азы ғана Альбертидің полиалфавиттік жетістігін түсінді (немесе тіпті білді). Альбертиден кейін де "жетілген шифрлар" оларды ойлап тапқандардың/әзірлеушілердің/пайдаланушылардың айтқандарындай (немесе тіпті олардың өзі сенгендей) жетілген жоқ. Олар жиі бұзылып тұрды. Бұл артық оптимизм криптографияға тән болуы мүмкін, өйткені сол кезде – және бүгінгі күні де – өз жүйесінің қаншалықты осал екенін білу принципіалды түрде қиын. Білім болмаған жағдайда болжамдар мен үміттер күтілетіндей көп кездеседі. Криптография, криптоанализ және құпия агенттердің/курьерлердің сатқындығы королева Елизавета I билік құрған кездегі Бэбингтон қастандығында көрініс тапты, бұл Шотландия королевасы Мэридің өлім жазасына кесілуіне әкелді. Роберт Хук Доктор Дидің "Рухани кітабы" тарауында Джон Дидің королева Елизавета I-мен байланысын жасыру үшін тритемиялық стеганографияны қолданғанын айтты. Франция королі Людовик XIV-нің бас криптографы Антуан Россиньоль болды; ол және оның отбасы 1890 жылға дейін бастапқы қолданылуынан бастап шешілмеген "Ұлы шифр" деп белгілі нәрсені жасады, француз әскери криптоаналитигі Этьен Базери оны шешті. "Темір бетперде киген адам" заманындағы шифрланған хабар (Этьен Базери 1900 жылға дейін бұзып шығарған) сол нақты, аңызға толы және бақытсыз тұтқынның кім екеніне аздаған, өкінішке орай, нақты емес жарық сырға салды. Еуропадан тыс жерлерде, моңғолдар Исламның алтын ғасырын аяқтағаннан кейін, криптография салыстырмалы түрде дамымаған күйінде қалды. Жапонияда криптография шамамен 1510 жылға дейін қолданылмаған сияқты, ал озық техникалар 1860 жылдары елдің Батысқа ашылуынан кейін ғана белгілі болды.

1800 жылдан бастап Бірінші дүниежүзілік соғысқа дейінгі шифрлау

Криптографияның ұзақ және күрделі тарихы болғанымен, 19 ғасырға дейін шифрлау немесе криптоанализ (криптожүйелердегі әлсіз жерлерді табу ғылымы) саласында ерекше тәсілдерден асып түспеді. Соңғысының мысалы ретінде Чарльз Бэббидждің Крым соғысы кезеңіндегі полиалфавиттік шифрлардың математикалық криптоанализі жөніндегі жұмысын атауға болады, оны кейінірек пруссиялық Фридрих Казиски қайта жаңартып, жариялады. Осы кезде криптография туралы түсінік көбінесе қиындықпен қол жеткізілген тәжірибелік ережелерден тұрды; мысалы, 19 ғасырдың соңындағы Огюст Керкгоффтың криптографиялық жазбаларын қараңыз. Эдгар Аллан По 1840 жылдары шифрларды шешу үшін жүйелі әдістерді қолданды. Ол өзінің қабілеттері туралы хабарламаны Филадельфиядағы "Alexander's Weekly (Express) Messenger" газетінде жариялап, шифрларды жіберуге шақырды, олардың көпшілігін ол шешті. Оның жетістігі бірнеше ай бойы көпке танылды. Кейін ол криптография әдістері туралы эссе жазды, ол бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде неміс кодтары мен шифрларын бұзуға тырысқан британдық криптоанализшілерге бастауыш ретінде пайдалы болды. Сондай-ақ, ол "The Gold Bug" атты әйгілі әңгіме жазды, онда криптоанализ маңызды рөл атқарды. Криптография және оның теріс пайдалануы Мата Харидің өліміне, Дрейфустың айыпталуы мен түрмеге қамалуына себеп болды, бұл оқиғалардың екеуі де 20 ғасырдың басында болды. Криптографтар Дрейфус ісіне әкелген махинацияларды ашуға да қатысты; ал Мата Хари, керісінше, атылып өлтірілді. Бірінші дүниежүзілік соғыста Адмиралтействоның 40-шы бөлмесі неміс теңіз кодтарын бұзып, соғыс кезінде бірнеше теңіз шайқастарында маңызды рөл атқарды, әсіресе Доггер Банкі мен Ютландия шайқастарына әкелген Солтүстік теңізге неміс шабуылдарын анықтауда. Алайда, оның ең маңызды үлесі, әлдебір Циммерманн телеграммасын шифрлау болды, ол Германия Сыртқы істер министрлігінен Вашингтон арқылы Мексикадағы елшісі Генрих фон Эккардтқа жіберілген және АҚШ-ты соғысқа тартуға үлкен үлес қосты. 1917 жылы Гилберт Вернам телепринтер шифрын ұсынды, онда бұрын дайындалған кілт қағаз таспасында сақталады және ашық мәтіндік хабармен әр таңбасы біріктіріліп, шифрланған мәтін жасалады. Бұл электромеханикалық құрылғыларды шифрлау машиналары ретінде және бір реттік блок сияқты бұзуға болмайтын шифрдың дамуына әкелді. 1920 жылдары поляк теңіз офицерлері жапон әскерилеріне кодтар мен шифрларды әзірлеуге көмектесті. Математикалық әдістер Екінші дүниежүзілік соғысқа дейінгі кезеңде кеңінен таралды (әсіресе Уильям Ф. Фридманның криптоанализ және шифрлауды дамытуға статистикалық әдістерді қолдануы және Мариан Реевскидің 1932 жылы неміс армиясының Энигма жүйесінің нұсқасын алғашқы рет бұзуы).

Екінші дүниежүзілік соғыс криптографиясы

Екінші дүниежүзілік соғысқа қарай механикалық және электромеханикалық шифрлау машиналары кеңінен қолданысқа енді, бірақ мұндай машиналар қолдануға ыңғайсыз болған жағдайларда код кітаптары мен қолмен жұмыс істейтін жүйелер де қолданыла берді. Шифрлауды жасау және криптоанализ салаларында үлкен прогресс жасалды, бәрі де құпия түрде жүрді. Осы кезең туралы ақпарат ресми британдық 50 жылдық құпия сақтау мерзімі аяқталғаннан бастап, АҚШ архивтері ақырындап ашыла бастағанда және түрлі естеліктер мен мақалалар жарияланғанда жария етіле бастады.

Германия

Немістер бірнеше нұсқада "Энигма" деп аталатын электромеханикалық роторлық машинаны кеңінен пайдаланды. Математик Мариан Реевский Польшаның Шифрлау бюросында 1932 жылдың желтоқсанында математикалық әдістер мен француз әскери барлау қызметінің капитаны Густав Бертран ұсынған шектеулі құжаттаманы пайдаланып, неміс кеңсе қызметкерінен алынған неміс армиясының "Энигма" машинасының толық құрылымын анықтады. Тарихшы Дэвид Канның айтуынша, бұл мың жылдан астам уақыт ішінде криптоанализдегі ең маңызды табыс болды. Реевский және оның Шифрлау бюросының математик әріптестері, Джерзи Рожицкий мен Генрик Зигальский, "Энигманы" оқуды және неміс армиясы машинасының компоненттері мен шифрлау процедураларының эволюциясымен бірқатар уақыт бойы қадамдасты. Польшаның ресурстары немістер енгізген өзгерістерге байланысты тартылып, соғыс жақындағанда, Шифрлау бюросы, Польша Бас штабының тапсырмасы бойынша, 1939 жылдың 25 шілдесінде Варшавада француз және британдық барлау өкілдерін "Энигма" шифрын бұзу құпиясына енгізді. 1939 жылдың 1 қыркүйегінде Германияның Польшаға шабуылынан кейін, Шифрлау бюросының негізгі қызметкерлері оңтүстік-шығысқа қарай эвакуацияланды; 17 қыркүйекте Кеңес Одағы Польшаға шығыстан шабуыл жасағанда, олар Румынияға өтті. Одан олар Парижге, Францияға жетті; Парижге жақын жердегі Бруно полигонында олар "Энигманы" бұзу жұмысын жалғастырды, ал британдықтар "Энигманы" бұзу жұмысына кіріскенде, Блетчли Парктегі британдық криптологтармен бірлесіп жұмыс істеді. Уақыт өте келе британдық криптографтар, олардың қатарында көптеген шахмат шеберлері мен математика профессоры Гордон Уэлчман, Макс Ньюман және Алан Тьюринг (заманауи есептеу техникасының тұжырымдамалық негізін қалаушы) болды, "Энигма" шифрын бұзудың ауқымы мен технологиясында маңызды табыстарға қол жеткізді. Екінші дүниежүзілік соғыста неміс кодтарын бұзу да сәттілікке жетті, ең бастысы, №3 теңіз шифрын бұзу арқылы. Бұл оларға Атлант мұхитындағы конвойлерді іздеп табуға және батыруға мүмкіндік берді. 1943 жылдың маусым айында Әскери-теңіз флотын кодтарын өзгертуге "Ультра" ақпараты ғана көндіре алды. Бұл таңғаларлық жайт, өйткені бұрынғы дүниежүзілік соғыста британдық Room 40 кодтарын бұзушылардың жетістіктері болған еді. Соғыс аяқталғаннан кейін, 1945 жылдың 19 сәуірінде Ұлыбританияның жоғары деңгейдегі азаматтық және әскери шенеуніктеріне неміс "Энигма" шифрының бұзылғанын ешқашан жариялай алмайтындығы айтылды, өйткені бұл жеңілген жауға "біз жақсы және әділ жеңілген жоқпыз" деп мәлімдеуге мүмкіндік берер еді. Неміс әскері де бірнеше телепринтерлік шифрлау жүйелерін пайдаланды. Блетчли Парк оларды "Балық" шифрлары деп атады; Макс Ньюман және оның әріптестері "Хит Робинсонды", содан кейін әлемдегі алғашқы бағдарламаланатын цифрлық электрондық компьютерді, "Колосс" құрылғысын, олардың криптоанализіне көмектесу үшін жобалады және орналастырды. Германия Сыртқы істер министрлігі 1919 жылы бір реттік жазбалық кітапшаны пайдалана бастады; бұл ақпараттың бір бөлігі Екінші дүниежүзілік соғыста, неміс курьерінің Оңтүстік Америкада жеткілікті күтімсіз тастаған кейбір негізгі материалдарды қалпына келтіру нәтижесінде оқылды. "Schlüsselgerät 41" соғыстың соңында "Энигмаға" қарағанда қауіпсіз балама ретінде әзірленді, бірақ шектеулі қолданыста болды.

Жапония

АҚШ армиясының тобы, ШІС, 1940 жылы Перл-Харборға шабуылдан бұрын, ең жоғары қорғаныс деңгейіне ие жапондық дипломатиялық шифрлау жүйесін (америкалықтар "Purple" деп атаған электромеханикалық қадамдық ауыстырғыш машинаны) бұза білді. Жапонияда жасалған "Пурпур" машинасы Жапония Сыртқы істер министрлігі қолданған бұрынғы "Қызыл" машинасының орнына келді, ал АҚШ Әскери-теңіз күштерінің Агнес Дрисколл бұзған, әскери атташелер қолданған "M 1" машинасымен байланысты болды. Одақтастар жапондық машиналардың барлық шифрларын әлдебір деңгейде бұзды. Жапон Әскери-теңіз күштері мен армиясы көбінесе код кітапшалары жүйесін қолданды, кейіннен оған жеке сандық қосымша енгізілді. АҚШ Әскери-теңіз күштерінің криптографтары (1940 жылдан кейін британдық және голланд криптографтарымен бірлесіп) жапондық Әскери-теңіз күштерінің бірнеше шифрлау жүйелерін бұзды. Олардың бірі, JN 25, АҚШ-тың Мидуэй шайқасындағы жеңісіне тікелей себеп болды; және бұл факт шайқастан кейін көп ұзамай "Чикаго Трибюн" газетінде жарияланды, бірақ жапондықтар JN 25 жүйесін қолдануын тоқтатпағандықтан, оған ешқандай назар аударған жоқ.

Достастар

Американдықтар криптоанализ нәтижесінде алынған барлық ақпаратты, әсіресе "Пурпурлы" машинадан алынғанды "Magic" деп атады. Британдықтар криптоанализден алынған ақпарат үшін, әсіресе түрлі "Энигма" машиналарымен қорғалған хабарламалар үшін, ақырында "Ultra" деген атты қабылдады. "Ultra" үшін бұрынғы британдық атау "Boniface" болған, оның мақсаты – ақпараттың құпиясы ашылған жағдайда, оның көзі жеке агент болуы мүмкін деген ойды тудыру. Екінші дүниежүзілік соғыста одақтас елдер қолданған шифрлау машиналарының ішінде британдық TypeX және американдық SIGABA машиналары бар; екеуі де "Энигма" машинасына ұқсас электромеханикалық роторлық конструкциялар болған, бірақ одан да жетілдірілген. Соғыс кезінде ешкім оларды бұза алмаған. Поляктар "Lacida" машинасын қолданды, бірақ оның қауіпсіздігі күтілгендей болмады (бұл туралы Ұлыбританиядағы поляк армиясының криптографтары анықтады) және оны пайдалану тоқтатылды. АҚШ әскерлері шебінде M 209 және одан да нашар қорғалған M 94 машиналары қолданылды. Британдық SOE агенттері бастапқыда "өлең шифрларын" (жатталған өлеңдер шифрлау/дешифрлеу кілттері ретінде қолданылды) пайдаланды, бірақ соғыс барысында бір реттік жазбаларға көшуге бастады. VIC шифры (кем дегенде 1957 жылға дейін Рудольф Абельдің Нью-Йорк шпиондық желісімен байланысты қолданылған) өте күрделі қолмен шифрлау болды және Дэвид Канның "Кодтар туралы Кан" кітабында айтылғандай, кеңестіктер қолданған ең күрделі шифр болып саналады. Кеңес шифрларын дешифрлеу (әсіресе бір реттік жазбалар қайта қолданылған кезде) туралы мәліметтерді Venona жобасынан қараңыз.

Ашық кілт

1976 жылы болған екінші оқиға, мүмкін, одан да маңызды болды, өйткені ол криптожүйелердің жұмыс істеу тәсілін түбегейлі өзгертті. Бұл Уитфилд Диффи мен Мартин Хеллманның «Криптографиядағы жаңа бағыттар» атты мақаласының жарық көргені. Ол криптографиялық кілттерді таратудың түбегейлі жаңа әдісін енгізді, ол криптографияның негізгі мәселелерінің бірі – кілтті бөлуді шешуге үлкен үлес қосты және Diffie–Hellman кілт алмасуы ретінде танылды. Мақала сонымен қатар шифрлау алгоритмдерінің жаңа класын, асимметриялық кілт алгоритмдерін дамытуға итермеледі. Осыған дейін барлық пайдалы заманауи шифрлау алгоритмдері симметриялық кілт алгоритмдері болды, онда бірдей криптографиялық кілт жіберуші де, алушы да негізгі алгоритммен бірге қолданады және оны құпия сақтауы керек. Екінші дүниежүзілік соғыста қолданылған барлық электромеханикалық машиналар, Цезарь және Атбаш шифрлары және тарих бойындағы барлық шифрлау жүйелері осы логикалық сыныпқа жатады. Кодтың «кілті» – бұл, әрине, код кітабы, оны да тарату және құпия сақтау керек, сондықтан іс жүзінде көптеген ортақ проблемалар бар. Қажеттілік бойынша, мұндай жүйедегі кілт жүйе қолданылғанға дейін байланыс жасайтын тараптар арасында қауіпсіз жолмен алмастырылуы керек (әдетте «қауіпсіз арна арқылы» деп аталады), мысалы, сенімді курьермен, қолына кісен салынған портфельмен немесе бетпе-бет кездесуде немесе адал хатшы көгершінмен. Бұл талап ешқашан оңай болмайды және қатысушылар саны артқан сайын, немесе кілтті алмасу үшін қауіпсіз арналар болмағанда, немесе кілттер жиі өзгертілетінде басқару қиынға түседі. Егер хабарламалар басқа пайдаланушылардан қорғалса, әрбір пайдаланушы жұбы үшін жеке кілт қажет. Мұндай жүйе құпия кілт немесе симметриялық кілт криптожүйесі деп аталады. Diffie–Hellman кілт алмасуы (және одан кейінгі жақсартулар мен нұсқалары) осы жүйелерді пайдалануды бұрынғыдан әлдеқайда оңай және қауіпсіз етті. Керісінше, асимметриялық кілт шифрлау математикалық байланысты кілттер жұбын пайдаланады, олардың әрқайсысы екіншісін қолдана отырып шифрлауды бұзады. Бұл алгоритмдердің кейбіреулерінде қосымша қасиет бар, яғни жұпталған кілттердің бірін сынақ пен қатеден басқа белгілі әдіспен екіншісінен шығаруға болмайды. Мұндай алгоритм ашық кілт немесе асимметриялық кілт жүйесі деп аталады. Мұндай алгоритмді пайдалану үшін әр пайдаланушыға тек бір кілт жұбы қажет. Жұптың бір кілтін жеке (әрқашан құпия), ал екіншісін ашық (көбінесе кеңінен қол жетімді) деп белгілеу арқылы кілт алмасу үшін қауіпсіз арна қажет емес. Жеке кілт құпия болғанша, ашық кілт қауіпсіздікті бұзбай ұзақ уақыт бойы кеңінен танылуы мүмкін, сондықтан сол кілт жұбын шексіз қайта пайдалану қауіпсіз. Асимметриялық кілт алгоритмінің екі пайдаланушысы қауіпсіз емес арна арқылы қауіпсіз байланыс жасауы үшін әрқайсысы өзінің ашық және жеке кілттерін, сондай-ақ екінші пайдаланушының ашық кілтін білуі керек. Мысалы, Алиса мен Бобтың әрқайсысында бірнеше жылдар бойы басқа пайдаланушылармен бірге пайдаланған кілттер жұбы бар. Хабарламаның басында олар шифрланбаған ашық кілттерді қауіпсіз емес желі арқылы алмасады. Алиса өзінің жеке кілтін пайдаланып хабарламаны шифрлайды, содан кейін Бобтың ашық кілтін пайдаланып оны қайта шифрлайды. Екі рет шифрланған хабарлама содан кейін Алисадан Бобқа сым арқылы цифрлық дерек ретінде жіберіледі. Боб биттік ағынды алады және оны өзінің жеке кілтімен шифрлап шығарады, содан кейін бұл биттік ағынды Алисаның ашық кілтімен шифрлайды. Егер соңғы нәтиже хабарлама ретінде танылса, Боб бұл хабарламаның шын мәнінде Алисаның жеке кілтін білетін біреуден келгеніне сенімді бола алады (әрине, егер ол жеке кілтін мұқият сақтаса), және арнаны тыңдап отырған кез-келген адамға хабарламаны түсіну үшін Бобтың жеке кілті қажет болады. Асимметриялық алгоритмдер тиімділігі үшін математикадағы бір бағытты функциялар деп аталатын проблемалар класына сүйенеді, оларды орындау үшін салыстырмалы түрде аз есептеу қуаты қажет, бірақ кері айналдыру мүмкін болса, кері айналдыру үшін үлкен күштер қажет. Бір бағытты функцияның классикалық мысалы – өте үлкен жай сандарды көбейту. Екі үлкен жай санды көбейту оңай, бірақ екі үлкен жай санның көбейтіндісін табу қиын. Бір бағытты функциялардың математикалық қасиеттеріне байланысты, көптеген мүмкін кілттер криптографиялық кілттер ретінде қолдануға жарамсыз, тек берілген ұзындықтағы кілттердің шағын бөлігі ғана жарамды, сондықтан асимметриялық алгоритмдерге салыстырмалы түрде қысқа симметриялық кілттермен қамтамасыз етілгендей қауіпсіздік деңгейіне жету үшін өте ұзын кілттер қажет. Кілт жұбын жасау және шифрлау/шифрлауды бұзу операцияларын орындау қажеттілігі асимметриялық алгоритмдерді көптеген симметриялық алгоритмдермен салыстырғанда есептеу жағынан қымбат етеді. Симметриялық алгоритмдер кез келген (кәдімгі немесе болжамсыз) биттер тізбегін кілт ретінде пайдалана алатындықтан, уақытша пайдалану үшін жылдам түрде жасалатын бір реттік сессиялық кілтті жасауға болады. Соған байланысты, ұзақ асимметриялық кілтті пайдаланып, қысқарақ (бірақ соншалықты күшті) симметриялық кілтті алмасу кең таралған. Баяу асимметриялық алгоритм қауіпсіз симметриялық сессиялық кілтті жібереді, ал жылдам симметриялық алгоритм хабарламаның қалған бөлігі үшін жұмыс істейді. Асимметриялық кілт криптографиясы, Diffie–Hellman кілт алмасуы және ашық кілт/жеке кілт алгоритмдерінің ең танымалдары (яғни, әдетте RSA алгоритмі деп аталатын) 1976 жылы Диффи мен Хеллманның жариялағаннан бұрын Ұлыбританияның барлау агенттігінде тәуелсіз түрде жасалған сияқты көрінеді. GCHQ Диффи мен Хеллманның мақаласы жарық көргенге дейін ашық кілт криптографиясын жасағандықтарын растайтын құжаттарды жариялады. 1960 және 1970 жылдары GCHQ-да RSA шифрлауына және 1973 және 1974 жылдары Diffie–Hellman кілт алмасуына ұқсас схемаларға әкелген бірнеше құпия қағаздар жазылды. Олардың кейбіреулері қазір жарияланды, ал ойлап табушылар (Джеймс Х. Эллис, Клиффорд Кокс және Малькольм Уильямсон) өздерінің жұмысының бір бөлігін жариялады.

Ашшінгіш

Хашинг – криптографияда ақпаратты әдеттегі алгоритмдерді пайдаланып жылдам түрлендіруге қолданылатын кең таралған әдіс. Әдетте, алгоритм мәтін жолына қолданылады, ал нәтижесіндегі жол «хаш-мәні» болады. Бұл хабарламаның «цифрлік із таңбасын» құрайды, себебі нақты хаш-мәні нақты хабарламаны анықтау үшін қолданылады. Алгоритмнің нәтижесі «хабарламаның дайджесті» немесе «тексеру сомасы» деп те аталады. Хашинг ақпараттың жіберу кезінде өзгергенін анықтауға өте қолайлы. Егер хаш-мәні қабылдағанда жібергендегіден өзгеше болса, хабарлама өзгертілгенін көрсетеді. Алгоритм хашталған деректерге қолданғаннан кейін, хаш-функция белгілі бір ұзындықтағы нәтиже шығарады. Құнынан, хаш-функция арқылы өткен кез келген дерек, сол хаш-функция арқылы өткен кез келген басқа дерек сияқты бірдей ұзындықтағы нәтиже беруі керек. Хашинг пен шифрлау – бір емес екенін есте ұстаған жөн. Хашинг – деректерді қысқартылған хабарлама дайджестісіне түрлендіретін бір бағытты операция. Сонымен қатар, хабарламаның толықтығын хашинг арқылы өлшеуге болады. Керісінше, шифрлау – жай мәтінді шифрланған мәтінге және керісінше түрлендіретін екі бағытты операция. Шифрлау хабарламаның құпиялылығын қамтамасыз етеді.