До Биткоина, часть 1 - "Сага об открытых ключах" 70-е
Профессионал, либо энтузиаст любого дела должен знать историю, которая привела к развитию области его интереса. Благодаря этому мы чтим первопроходцев и можем извлечь уроки, пересматривая старый подход с помощью новых знаний.
Что будет, если вы спросите людей, откуда взялся биткоин или криптовалюта? Вы получите много ответов, и если они верны, они, скорее всего, будут расплывчатыми. Чего многие не знают, так это того, что Биткоин был создан движением шифропанков. Возникшее в 70-х годах, но сформировавшееся в 90-х, оно боролось с несправедливостью правительства США в отношении цифровой свободы и продвигало современные права на неприкосновенность частной жизни.
Хотя вы можете попытаться понять шифропанков с помощью Google… получить какие-то простые ответы, однако это не даст понимания всей картины. Для этого необходимо понимать контекст. Вы должны уменьшить масштаб и думать шире. Кто положил начало движению шифропанков? Откуда взялись все идеи?
Чтобы погрузить вас в этот контекст, автор написал материал из четырёх статей, в которых кратко описаны целые десятилетия.
Итак… Мы хотим понять криптовалюту и ее историю.
Я хочу начать с рассказа о 70-х годах и создании криптографии с открытым ключом. Хотя вы можете стонать от пыльных черно-белых изображений 70-х, как и я, когда впервые исследовал криптографию, я не осознавал, насколько важным было это десятилетие…
До 70-х годов криптография в основном использовалась военными для защиты связи. Исследования в основном проводились спецслужбами (GCHQ, АНБ и т.д.) или лицензированными исследовательскими лабораториями таких предприятий, как IBM. Криптография использовалась в коммерческих целях, и общественность имела ограниченный доступ к знаниям. Ограничение доступа к современной криптографии будет нарушено публикацией общедоступной криптографии, выпущенной тремя криптографами, известными как Хеллман, Диффи и Меркл. Их работа привела к первой большой волне общественного интереса к криптографии.
Так что же такое криптография с открытым ключом?
Криптография - это практика обеспечения безопасности и защиты информации от «противника» или людей, не имеющих права доступа к данной информации. Это основной механизм, который обеспечивает подлинность и целостность информации, а также, в конечном счете, то, что делает возможными блокчейны и криптовалюты.
Криптография с открытым ключом - это изменение в использовании криптографии, которое теперь защищает большинство протоколов криптовалют.
По сути, криптография с открытым ключом позволяет людям отправлять зашифрованную информацию на общедоступный адрес по незащищенным каналам. И только люди, имеющие доступ к соответствующему закрытому ключу публичного адреса, могут расшифровать информацию. Закрытый ключ также используется для подписи/проверки подлинности отправляемой информации и подлинности её происхождения.
В случае криптовалют, хотя люди могут отправлять биткоины на общедоступный адрес и видеть, сколько биткоинов он хранит, только владелец с соответствующим закрытым ключом может использовать биткоины и подписывать транзакции.
Это была чрезвычайно важная концепция для криптографии, которая привела к первому большому интересу к предмету…
Три криптографа, известные как Мартин Хеллман, Уитфилд Диффи и Ральф Меркл, являются создателями. И у них очень интересная история…
Так как же этим трем исследователям удалось победить правительственный контроль над криптографическими знаниями?
Во-первых, давайте проследим за историей криптографа, известного как Мартин Хеллман.
Мартин Хеллман, молодой амбициозный человек
Хеллман вырос ботаником, и в раннем возрасте его отец, учитель физики в местной средней школе, познакомил сына с наукой. Он помнит, что:
«У моего отца на книжной полке стояли книги о разных вещах, которые я брал и читал. В том числе одна книга, о которой я помню, «Физика Ганота», старый учебник по физике 1890-х годов, который он купил. Очевидно, это был антиквариат даже для него. И мой проект научной ярмарки седьмого класса родился из этого. Так что меня интересовала наука, но не криптография... и я тоже любил математику».
Следуя своему интересу, он изучал электротехнику в Нью-Йоркском университете и в 1967 году получил степень магистра в Стэнфордском университете. Он довольно хорошо подходил для академических кругов, хорошо учился и любил проводить свое время в школе.
Хотя может быть интуитивно понятно, что в какой-то момент он изучал криптографию, он никогда особо не связывался с этой стороной информатики и математики до более позднего времени. Вместо этого в начале он был очень ориентирован на карьеру, уже спланировав свою жизнь в раннем возрасте.
Он предполагал, что женится в возрасте 35 лет, а до тех пор будет путешествовать по миру, работая менеджером в крупных компаниях.
В возрасте 22 лет он намеревался получить докторскую степень по некоему эзотерическому способу мышления, называемому «логикой принятия решений». Хеллман рассматривал докторскую степень как возможность «противостоять» своей молодости в управлении, исходя из логики:
«Если бы у меня была докторская степень, это было бы способ помочь подавить такие вопросы, как «что может сделать этот ребенок?».
По иронии судьбы, в первый год работы над докторской диссертацией он женился. Это не остановило его, и через 2 года после получения докторской степени, в возрасте 24 лет, он добился раннего прорыва. Он выпустил свою диссертацию: Обучение с конечной памятью.
Цепляясь за свой грандиозный жизненный план, он последовал своей мечте и пошел работать в IBM.
Какое-то время он обдумывал решение либо преподавать, либо работать на предприятии, но, движимый соблазном путешествовать по миру и большим количеством денег, решил: «Нет, спасибо, я не хочу быть бедным».
Раннее влияние Хорста Фейстеля и Питера Элиаса
Поэтому он пошел работать в IBM в Исследовательский центр Томаса Дж. Уотсона в Нью-Йорке. Хеллман работал в отделе распознавания образов, создавая машины, которые пытались распознавать числа по фотографиям (капча).
Хотя работа Хеллмана не имела ничего общего с криптографией, у IBM было собственное подразделение, занимавшееся криптографическими исследованиями. В этом подразделении он познакомился с немецким исследователем по имени Хорст Фейстель. Благодаря их дружбе, Фейстель познакомил Хеллмана с криптографией. Они часто обедали, обсуждая криптографические системы и, казалось бы, неразрешимые проблемы. Хеллман считает, что Фейстель оказал на него наибольшее влияние, и позже он разработает государственный стандарт шифрования данных (DES).
Когда он умственно повзрослел, а также когда его жена была беременна, он спросил себя: «Я действительно хочу путешествовать по миру или я хочу проводить больше времени со своей семьей?». Это была вечная дилемма, с которой людям приходилось сталкиваться на протяжении всей истории: жена и ребенок против денег.
Выбрав семью, он стал доцентом кафедры электронной инженерии Массачусетского технологического института. Именно здесь он встретил Питера Элиаса, руководителя отдела электронной инженерии Массачусетского технологического института, который сотрудничал в исследованиях с Клодом Шенноном, «отцом теории информации». Если это ничего не значит для вас, он, по сути, изобрел современную криптографию, которая использовалась во время Второй мировой войны.
После встречи, Питер дал Хеллману копию знаменательной статьи Шеннона: «Математическая теория коммуникации» (1948). Это было еще одним важным событием повлиявшим на Хеллмана, сформировавшим его математическое понимание криптографии.
Он подружился с Элиасом, что со временем углубило его увлечение и знание криптографии. Хеллман считал Элиаса еще одной ключевой частью своего образования в области криптографической философии.
В 1971 году Хеллман вернулся в Стэнфорд. На этот раз в качестве доцента. Продолжая свою работу над исследованиями в области принятия решений, к концу 1971 года он начал заниматься криптографическими исследованиями.
Его коллеги и друзья в Стэнфорде не поддержали его решение. «Мне сказали, что я сумасшедший», - сказал Хеллман. Забавно, но он не то чтобы не соглашался с их мнением:
«Как я мог надеяться обнаружить что-то такое, чего еще не знало Агентство национальной безопасности, основное американское агентство по разработке и взлому кодов? И они изучили всё настолько глубоко, что если бы мы придумали что-нибудь хорошее, они бы это уже придумали».
Но движимый интеллектуальным увлечением и предыдущим опытом работы в IBM и MIT, он верил, что криптография будет иметь коммерческое значение в будущем.
Он выступил со своим первым докладом и выпустил свой первый технический отчет по криптографии в 1973 году. Работа Хеллмана вскоре распространилась и не осталась незамеченной. В 1973 году к нему обратился исследователь по имени Уитфилд Диффи.
Уитфилд Диффи, очень скучающий молодой человек
В отличие от Хеллмана, Диффи впервые познакомился с криптографией в 10-летнем возрасте, когда его отец, профессор истории, принес домой книги по криптографии из местной библиотеки. Он любил математику, но ненавидел школу. Диффи был описан как «очень перспективный» и «никогда не прилагавший усилий в той степени, на которую надеялся его отец». Диффи едва закончил школу.
Несмотря на свою успеваемость, он был достаточно умен, чтобы успешно сдать вступительные экзамены в Массачусетский технологический институт. Изучая там математику, он помнит, как пытался сам научиться программировать, но считал это «очень низкоклассной работой». В целом ему было довольно скучно, и вместо этого он проводил большую часть своего времени, изучая чистую математику.
Уход с основной работы для работы над ИИ и «Взломщиками кодов»
Как только он закончил учебу, правительство США начало призывать молодых парней воевать во Вьетнаме. Пулеметы и крики вьетконговцев не особенно интересовали Диффи, поэтому вместо этого он взялся за разработку программного обеспечения и другую «низкоклассную работу». В то же время он также начал работать «неполный рабочий день» в лаборатории искусственного интеллекта проекта MAC Массачусетского технологического института, которой руководили два довольно умных человека: Марвин Мински и Джон Маккарти.
У Диффи были очень крепкие отношения с Маккарти, и он многому у него научился. Неизвестный Диффи и многим в то время, Маккарти, позже будет считаться отцом искусственного интеллекта (ввел термин: ИИ). Маккарти, которого часто цитируют, считал, что «каждый аспект обучения или любое другое свойство интеллекта в принципе может быть описано настолько точно, что его можно будет смоделировать с помощью машины». Он был невероятно устремлен в будущее, полагая, что зачатие такого интеллекта наступит через «пять-пятьсот лет». Под его руководством Диффи познакомился со своей компьютерной философией и развил глубокое понимание сетей, электронных ключей и аутентификации. Позже Диффи последовал за Маккарти в Стэнфорд, чтобы присоединиться к его новой лаборатории искусственного интеллекта (SAIL: Стэнфордская лаборатория искусственного интеллекта).
Во время своего пребывания в Стэнфорде, Диффи прочитал книгу Дэвида Кана «Взломщики кодов: история секретного письма». В нем резюмируется история криптографии от Древнего Египта до времени ее написания. Данная книга «глубоко» повлияла на его убеждения в отношении конфиденциальности.
Вынужденный заняться своими личными исследованиями в области криптографии, он покинул SAIL в 1973 году, проведя следующий год путешествуя по стране, чтобы встретиться и обсудить криптографию с различными экспертами.
«Я занимался одной из тех вещей, в которых хорошо разбираюсь, а именно откапывал редкие рукописи в библиотеках, разъезжал по округе, навещал друзей в университетах».
В 1974 году в рамках своего исследования он посетил лабораторию IBM Томаса Дж. Уотсона в Йорктаун-Хайтс, чтобы встретиться с группой исследователей криптографии. В то время лабораторию возглавлял Хорст Фейстель, парень, который представил Хеллману криптографию.
Когда Диффи приехал, он мало что узнал, так как большая часть работы была засекречена АНБ. Вместо этого его направили к Мартину Хеллману, профессору Стэнфордского университета, который работал над аналогичной криптографией.
«Осенью 1974 года Уит появляется у меня на пороге. Я никогда не забуду тот день», - Хеллман (2011).
По рекомендации, Хеллман согласился встретиться с Диффи в его доме в 1974 году.
Диффи пришел во второй половине дня, но остался на ужин и ушел в 11 вечера. Короткая встреча растянулась на несколько часов обсуждений. Хеллман вспоминает, что «работа в вакууме была в некотором роде утомительна, и найти родственную душу было действительно чем-то». Вскоре после этого Диффи устроился на работу в местную исследовательскую группу и, как и на своей первой работе, вскоре стал проводить больше времени, работая с Хеллманом над криптографией, чем на своей настоящей работе.
В начале следующего, 1975 года, у них было еще кое-что, о чем нужно было беспокоиться: DES.
Стандарт шифрования данных (DES)
В начале 1975 года правительство опубликовало DES. Это был первый шифровальный стандарт, одобренный для публичного и коммерческого использования. АНБ настаивало на внедрении DES в финансовые и другие коммерческие сектора, где требовалось надежное шифрование (SIM-карты, сетевые устройства, маршрутизаторы и модемы).
До DES, первая поправка конституции США классифицировала криптографию в общий раздел с боеприпасами и другими предметами, которые носили военный характер. Вы должны были иметь лицензию на использование любой формы криптографии, и вся работа, связанная с этим, была засекречена АНБ.
Это было первое публичное одобрение на использование такой технологии.
Необходимость в национальном шифровании была осознана после исследования, проведенного в 1972 году Национальным бюро стандартов (теперь известном как NIST, Национальный институт стандартов и технологий). По сути оболочка АНБ. В 1973 и 1974 годах они запросили предложения по дизайну у исследовательских центров США. После первого запуска в 1974 году IBM разработала шифр под названием Люцифер.
Разработкой Люцифера руководил Хорст Фейстель из IBM.
Этот шифр был усовершенствованием ранее разработанного шифра, но соответствовал требованиям АНБ. Lucifer прошел дополнительный этап обсуждения с АНБ. Они хотели уменьшить размер ключа с 64 бит до 48 бит (на базовом уровне это означает, что для шифрования и дешифрования требуется меньшая вычислительная мощность). Их окончательное решение уменьшить размер ключа до 56 бит позже им аукнется.
Хеллман и Диффи изначально восприняли DES с распростертыми объятиями, так как видели в нем огромный шаг на пути к тому, чтобы криптография стала достоянием общественности. Но присмотревшись, они предвидели, насколько укороченная длина ключа уязвима для атак.
Но что еще более важно, среди исследовательских кругов, команда IBM обвинила АНБ во взломе шифра. После того, как шифр был отправлен в Вашингтон на утверждение, он был возвращен с измененным S-блоком (частью шифра, которая превращает обычный текст в зашифрованный текст).
В 70-е годы существовало общее чувство недоверия к правительству. Эта настороженность восходит к периоду после Второй мировой войны. Извлекая уроки из контроля тоталитарных правительств (СССР, нацистская Германия), общественность проявляла бдительность против вторжения правительства в частную жизнь. Страхи публики нашли отражение в романе Оруэлла «1984» и других популярных текстах, в которых исследуется слежка со стороны правительства, контроль над обществом и личная свобода. Это мнение сохранилось и в 60-е годы, когда это десятилетие было потрясено убийством Джона Кеннеди, Карибским кризисом и социально-политическими движениями, такими как права чернокожих и геев. В 1970-х это усугубилось Уотергейтским инцидентом в 1972 году, когда возник спор вокруг санкционированной президентом Никсоном операции по прослушиванию штаб-квартиры Национального комитета Демократической партии в США. Для публики их страхи медленно, но верно проявлялись у них на глазах.
Люди считали, что АНБ создало шифр, который они могли обойти сами.
Меркл, ребенок, который ничего не знал
Вскоре после выпуска DES, Хеллман и Диффи выпустили техническую статью под названием «Многопользовательские криптографические методы», и вскоре они узнали о Ральфе Меркле, молодом 23-летнем студенте компьютерных наук из Беркли (Хеллману в то время было 30 лет, а Диффи был всего на год старше).
До встречи с Хеллманом и Диффи, Меркл уже работал над своей ранней концепцией шифрования с открытым ключом, которая позже будет известна как головоломки Меркла. Он начал работать над своими идеями во время курса информатики CS244, где наткнулся на загадку: как восстановить безопасную связь, когда противник уже все знает? Ему нужно было выполнить личный проект для курса, и это казалось ему идеальным для развития своих идей.
«Когда я подумал о том, как можно обеспечить безопасность, когда противнику все известно, и противник может прослушивать сообщения, как вы вообще можете обеспечить безопасность?
Поэтому моей первой мыслью было: не похоже, что ты можешь, так что я попытаюсь доказать, что это невозможно. Итак, я пытался доказать, что вы не можете установить безопасность, и я пытался, и я пытался, и я пытался, и я с треском провалился.
Затем я еще немного подумал и сказал: «Ну, если я не смогу доказать, что вы не можете этого сделать, я повернусь и попытаюсь найти способ сделать это. И когда я попытался придумать способ сделать это, только что попытавшись доказать, что вы не можете этого сделать, я знал, где щели в моем доказательстве, так сказать, и я знал, где я мог бы попытаться проскользнуть через них. Вот я и поработал над теми местами и о чудо, оказалось, что это возможно. Я мог бы использовать пробелы в своем доказательстве, чтобы придумать метод, как это сделать на самом деле, и когда я понял, как это сделать, был этот, ну, традиционный «ага-момент», когда я сказал: «О, да, это работает. Я могу сделать это."
Это произошло очень быстро. Это была всего одна ночь, когда я не спал допоздна и думал, а затем понял: «О, черт возьми, я могу это сделать. Это кажется очень нелогичным, но я действительно могу найти ключ. Я могу установить криптографический ключ по открытой линии связи, даже если враг, нарушитель все знает».
Не имея теоретических или исторических знаний о криптографии, он не знал, почему проблема считается неразрешимой.
Он записал все на бумаге и поделился со всеми. Преподаватель курса по безопасности не понял его работы и велел Мерклу убираться. И когда он отправил свою работу в CACM, уважаемый журнал по компьютерным наукам, ему отказали. Но на этот раз не потому, что это чепуха, а потому, что Редактор считал, что это содержание его работы…
«…не в русле современного криптографического мышления…».
Однако, он также поделился ею с ученым-компьютерщиком по имени Питер Блатман, который сразу же заметил ценность его работы. Меркл не знал, что Блатман дружил с Диффи, который затем пригласил его на встречу по криптографии в Стэнфорде. Во время поездки Блатман кратко изложил проблему, над которой работал Меркл.
Судя по всему, Диффи много лет был одержим одной и той же проблемой, и, услышав о том, как какой-то молодой студент, изучающий информатику, потенциально решил эту проблему, он отбросил такую возможность, вспыхнув вспышкой. Но как только Диффи снова успокоился, он загорелся возможностью такого решения.
Хеллман и Диффи недавно представили статью, в которой исследовались вопросы шифрования с открытым ключом в предположении, что это возможно. Диффи дал Блатману копию для Меркла.
«В Стэнфорде есть ребята, которые говорят так же, как ты».
Прочитав их работу, Меркл прислал свою статью. Когда двое других прочитали ее, их образ мыслей полностью изменился. Несмотря на молодость Меркла и полное отсутствие криптографических знаний, его творчество решило проблему распространения открытых ключей. Этому молодому 23-летнему парню удалось добиться того, к чему многие годы стремились ученые.
Но Хеллман и Диффи сочли его решение неэффективным. Обладая знаниями в области криптографии, они нашли гораздо более компактное решение проблемы распределения ключей и предложили новую идею криптографии с открытым ключом. Вскоре их концепции будут сформулированы в статье, которая будет известна как «Новые направления в криптографии».
После их сотрудничества Меркл уехал в Стэнфорд, приняв приглашение Хеллмана работать под его началом в качестве аспиранта.
Новые направления в криптографии
В ноябре 1976 г, вышла статья «Новые направления в криптографии». В ней обсуждались фундаментальные проблемы криптографии. Криптографии с открытым ключом и протоколов, облегчающих аутентифицированную связь.
Меркл получил признание за свою независимую работу, но в конце концов протокол связи был назван: обмен ключами Диффи-Хеллмана. Однако, несмотря на это, в 1977 году, когда было запатентовано шифрование с открытым ключом, Меркл был признан одним из трех изобретателей. Диффи отзывается о Меркле как о «возможно, самом изобретательном персонаже в саге об открытых ключах».
«С тех пор эта система стала известна как обмен ключами Диффи-Хеллмана. Хотя эта система была впервые описана в статье Диффи и меня, это система распределения открытых ключей, концепция, разработанная Мерклом, и, следовательно, ее следует называть «обмен ключами Диффи-Хеллмана-Меркла», если с ней связаны имена. Я надеюсь, что эта небольшая работа поможет в этом стремлении признать равный вклад Меркла в изобретение криптографии с открытым ключом», - Мартин Хеллман (2002).
Концепции, обсуждаемые в статье, используются для разработки и защиты блокчейнов, которые мы используем сегодня. Одна из целей статьи, отмеченная в конце, заключалась в том, чтобы:
«Вдохновляйте других работать в этой увлекательной области, участие в которой в недавнем прошлом не поощрялось почти полной государственной монополией» - Новые направления в криптографии.
Впервые общественность получила доступ к мощной технологии шифрования. Их работа нарушила контроль над криптографическими знаниями. Подпитываемая растущим недоверием к правительственному шифру DES, описанная в статье технология вызвала первую большую волну общественного интереса к криптографии и шифрованию.
Позже выяснилось, что Хеллман, Диффи и Меркл не были первыми создателями криптографии с открытым ключом. Его форма была первоначально создана и применена к алгоритму, исследователями из разведывательного управления Великобритании (GCHQ). И хотя АНБ имело к этому доступ, все это было засекречено и оставалось в неведении.
А теперь представьте, если бы эти трое никогда не публиковали работы о шифровании с открытым ключом. Наш мир потенциально мог быть совсем другим.
Публикации Хеллмана, Диффи и Меркла удалось спровоцировать новую волну инноваций, которая продлится десятилетиями, в то время как правительственные учреждения держали свои открытия за закрытыми дверями. Этот контраст очень подчеркивает важность открытой совместной работы в криптографии, а также в других науках.
Соответственно, первая строка статьи начиналась словами:
«Сегодня мы стоим на пороге революции в криптографии».
В то время как Хеллман и Диффи продолжали работать над криптографией, Меркл продолжал совершенствоваться. Проведя остаток 70-х в качестве ученика Хеллмана и Диффи, Меркл продолжал влиять на криптографию в 80-х; позже изобретя криптографическое хеширование.
Эти три человека сломали барьер для криптографии. В 80-х, криптограф, известный как Дэвид Чаум, продолжал непосредственно опираться на их работу и концептуализировать необходимость анонимных коммуникаций, платежей и, в конечном итоге, потребности в децентрализованных услугах. Однако работа Чаума стала возможной только благодаря самоотверженности Хеллмана, Диффи и Меркла.
Огромная благодарность Peter ‘pet3rpan’, создателю данного материала. Оригинал можно найти по ссылке.
До Биткоина, часть 2 - "Истоки децентрализации" 80-е
До Биткоина, часть 3 - "Криптовойны" 90-е
Статья подготовлена командой Cryptology Pro Invest.
Регулярный анализ, кейсы и практическую информацию можно получать в нашем канале.
Навигатор по темам
Платные каналы Cryptology
Реферальные ссылки
// CRYPTOLOGY //