Ранние криптографические системы и их применение
Люди, вероятно, пытались скрыть информацию в письменной форме с тех пор, как возникла письменность. Примеры сохранились в каменных надписях, клинописных табличках и папирусах, показывающих, что древние египтяне, евреи, вавилоняне и ассирийцы разрабатывали протокриптографические системы, чтобы скрыть информацию для непосвященных и повысить ее значимость, когда она была раскрыта. Первое зафиксированное использование криптографии для переписки было у спартанцев, которые еще в 400 году до н.э. использовали шифровальное устройство под названием "скитала" для секретной связи между военачальниками. Коса состояла из конической дубинки, вокруг которой по спирали наматывалась полоска пергамента или кожи, на которой затем писалось сообщение. Когда полоска разматывалась, буквы скремблировались по порядку и образовывали шифр; однако, когда полоска оборачивалась вокруг другой дубинки, идентичной по пропорциям оригинальной, вновь появлялся открытый текст. Таким образом, греки стали изобретателями первого транспозиционного шифра. В IV веке до нашей эры Эней Тактикус написал работу под названием "Об обороне укреплений", одна из глав которой была посвящена криптографии, что делает ее самым ранним трактатом на эту тему. Другой грек, Полибий (ок. 200-118 гг. до н.э.), разработал способ кодирования букв в пары символов с помощью устройства под названием "шашка Полибия", которое является настоящей билитеральной подстановкой и предвосхищает многие элементы более поздних криптографических систем. Подобные примеры примитивных подстановочных или транспозиционных шифров встречаются в истории других цивилизаций. Римляне использовали моноалфавитную подстановку с простым циклическим смещением алфавита. Юлий Цезарь использовал сдвиг на три позиции, так что открытый текст A шифровался как D, а Август Цезарь использовал сдвиг на одну позицию, так что открытый текст A шифровался как B. Как заметили многие кинозрители, HAL, компьютер в фильме "2001 год: космическая одиссея" (1968), шифруется в IBM с помощью шифра Августа.
Первыми, кто ясно понял принципы криптографии и заложил основы криптоанализа, были арабы. Они разработали и использовали как подстановочные, так и транспозиционные шифры и открыли возможность использования в криптоанализе распределения частот букв и вероятного открытого текста. В результате, примерно к 1412 году аль-Калка-шанди смог включить в свою энциклопедию Ṣubīal-aīshī достойное, хотя и элементарное, описание нескольких криптографических систем и дать четкие инструкции по криптоанализу шифротекста с помощью подсчета частот букв, а также длинные примеры, иллюстрирующие эту технику.
Европейская криптология берет свое начало в Средние века, когда ее развивали папские государства и итальянские города-государства. Первое европейское руководство по криптографии (ок. 1379 г.) представляло собой сборник шифров Габриэле де Лавинде из Пармы, который служил папе Клименту VII. Это руководство, хранящееся сейчас в архивах Ватикана, содержит набор ключей для 24 корреспондентов и включает в себя символы букв, нули и несколько двухсимвольных кодовых эквивалентов для слов и имен. Первые краткие кодовые словари, называемые номенклатурами, постепенно расширялись и стали основой дипломатической переписки почти всех европейских правительств вплоть до 20 века. В 1470 году Леон Баттиста Альберти опубликовал работу "Trattati in cifra" ("Трактат о шифрах"), в которой описал первый шифровальный диск; он предписал менять настройку диска после шифрования трех или четырех слов, что позволило ввести понятие полиалфавитности. Это же устройство почти пять веков спустя использовалось Сигнальным корпусом армии США для тактической связи во время Первой мировой войны (см. рис.). Джамбаттиста делла Порта представил модифицированную форму квадратной таблицы шифрования/дешифрования и самый ранний пример диграфического шифра в книге De furtivis literarum notis (1563; "Пресловутая тайная литература"). Трактат о шифрах", опубликованный в 1586 году Блезом де Виженером, содержит квадратную таблицу шифрования/дешифрования, носящую его имя, и описание первых систем автоключей открытого и зашифрованного текстов.
Ко времени Гражданской войны в США дипломатическая связь обычно обеспечивалась с помощью кодов, а шифрсистемы стали редкостью для этого применения из-за их предполагаемой слабости и неэффективности. Однако для военной тактической связи шифрсистемы преобладали из-за сложности защиты кодовых книг от захвата или компрометации в полевых условиях. В ранней истории Соединенных Штатов широко использовались коды, а также книжные шифры. Книжные шифры приблизительно представляют собой одноразовые ключи, если используемая книга утеряна или неизвестна. (Известным нераскрытым книжным шифром является шифр Била (ок. 1820 г.), который якобы указывает местонахождение зарытого клада в округе Бедфорд, штат Вирджиния). Во время Гражданской войны армия Союза широко использовала транспозиционные шифры, в которых ключевое слово указывало порядок считывания столбцов массива, а элементами были либо слова открытого текста, либо кодовые слова, заменяющие открытый текст. Армия Конфедерации в основном использовала шифр Виженера и иногда простую моноалфавитную подстановку. Хотя криптоаналитики Союза разгадали большинство перехваченных шифров Конфедерации, Конфедерация в отчаянии иногда публиковала шифры Союза в газетах, призывая читателей помочь в их криптоанализе.