暗号の歴史

暗号学、つまり秘密を守るためのコードや暗号方式は、数千年前に始まりました。^[1]ここ数十年までは、いわゆる古典的暗号学、つまりペンと紙、あるいは単純な機械的補助手段を使った暗号化の方法の話でした。20世紀初頭には、エニグマ 暗号機などの複雑な機械式および電気機械式の機械が発明され、より高度で効率的な暗号化手段が提供されました。その後の電子機器とコンピューターの導入により、さらに複雑で精巧な方式が可能になりましたが、そのほとんどはペンと紙ではまったく使えません。

暗号技術の発展は、暗号解読、つまりコードや暗号文の「解読」の発展と並行して進んできました。暗号化された通信の解読に周波数分析が早くから発見され、応用されたことで、歴史の流れが変わることもありました。たとえば、ツィンメルマン電報は、米国が第一次世界大戦に参戦するきっかけとなりました。また、連合国がナチスドイツの暗号文を解読したことで、第二次世界大戦の期間が 2 年も短縮されたという評価もあります。

1960 年代まで、安全な暗号化は主に政府の専有領域でした。その後、公開暗号化規格 ( DES ) の作成と公開鍵暗号化の発明という 2 つの出来事により、安全な暗号化は完全にパブリック ドメインになりました。

暗号の使用例として最も古いものは、紀元前1900年頃のエジプト古王国時代の墓の壁に刻まれた非標準的な象形文字です。 ^[1]しかし、これらは秘密通信を真剣に試みたものではなく、むしろ謎や陰謀、あるいは読み書きのできる傍観者を楽しませるための試みであったと考えられています。^[2]

メソポタミアから発見された粘土板の中には、明らかに情報を保護するためのものがあり、紀元前1500年頃の粘土板には陶器の釉薬の職人のレシピが暗号化されており、おそらく商業的に価値があったと思われる。^{[3] [4]}さらに、ヘブライの学者たちは、おそらく紀元前600年から500年頃から、単純なアルファベット1文字の置換暗号（アトバシュ暗号など）を使用していた。 ^{[5] [6]}

インドでは紀元前400年から紀元後200年頃、恋人同士のコミュニケーションの目的で、ムレッキタ・ヴィカルパ（暗号の理解と独特な方法で言葉を書く技術）がカーマ・スートラに記録されている。これも単純な換字暗号だったと思われる。 ^{[7] [8]}エジプトのデモティック・ ギリシャ魔術パピルスの一部は暗号で書かれていた。^[9]

古代ギリシャ人は暗号を知っていたと言われている。^[10]スキュタレ転置暗号はスパルタ軍によって使用されていたが^[6] 、 スキュタレが暗号化、認証、または会話における不吉な兆しを避けるためのものであったかどうかは明確にはわかっていない。^{[11] [12]}ヘロドトスは^[13]、木の板のワックスの下に物理的に隠された秘密のメッセージや、奴隷の頭の入れ墨として再生した髪に隠された秘密のメッセージについて語っているが、これらは暗号そのものの正確な例ではないが、メッセージが一度知られると直接読み取ることができるため、これはステガノグラフィーとして知られている。別のギリシャの方法はポリュビオスによって開発された（現在「ポリュビオス方陣」と呼ばれている）。 ^[6]ローマ人は暗号についてある程度知っていた（例えば、シーザー暗号とそのバリエーション）。^[14]

デイヴィッド・カーンは『暗号解読者』の中で、現代の暗号学はアラブ人によって始まり、彼らは暗号解読法を体系的に文書化した最初の人々であると述べている。^[15] アル＝ハリール（717-786）は『暗号文の書』を著したが、そこには母音の有無にかかわらずすべての可能なアラビア語の単語を列挙するために順列と組み合わせが初めて使用された。 ^[16]

アラブの数学者アル・キンディ^{[17] [18]}が西暦800年頃に発明した、アルファベット順換字式暗号を解読するための頻度分析技術は、第二次世界大戦まで暗号解読における最も重要な進歩であった。アル・キンディは『暗号解読のための手稿』と題する暗号に関する本を著し、その中で多アルファベット暗号、暗号の分類、アラビア語の音声学と構文を含む最初の暗号解読技術について説明し、最も重要なこととして、頻度分析について初めて説明した。^[19]彼はまた、暗号化の方法、特定の暗号の暗号解読、アラビア語の文字と文字の組み合わせの統計分析についても説明した。^{[20] [21]}イブン・アドラン（1187-1268）の重要な貢献は、頻度分析に使用するサンプルサイズに関するものであった。 ^[16]

800年から1100年にかけての中世初期のイングランドでは、換字式暗号が筆写者によって、メモや謎解き、奥付などを暗号化する遊び心のある巧妙な方法として頻繁に使用されていました。暗号は比較的単純な傾向がありますが、通常のパターンから逸脱することがあり、複雑さが増し、おそらくは洗練度も増しました。^[22]この時期には、西洋で重要かつ重要な暗号実験が行われました。

アフマド・アル＝カルカシャンディ（1355年 - 1418年）は、暗号学のセクションを含む14巻の百科事典「スブ・アル＝ア・シャ」を著した。この情報は、1312年から1361年まで生きたイブン・アル＝ドゥレイヒムによるものとされているが、暗号に関する彼の著作は失われている。この著作の暗号一覧には、換字と転置の両方が含まれており、平文の各文字を複数の換字で置き換える多アルファベット暗号^[23] （後に同音異義語換字と呼ばれる）が初めて含まれていた。また、イブン・アル＝ドゥレイヒムの著作とされる暗号解読の解説と実例には、文字の出現頻度表や、1つの単語に一緒に出現できない文字セットの使用などがある。

同音異義語置換暗号の最も古い例は、1400年代初頭にマントヴァ公爵が使用した暗号です。 ^[24]同音異義語暗号は、文字の出現頻度に応じて各文字を複数の記号に置き換えます。この暗号は、単一アルファベットと複数アルファベットの特徴を組み合わせた点で時代を先取りしたものでした。

多アルファベット暗号が開発されるまで、基本的にすべての暗号は頻度分析という暗号解読技術に対して脆弱であり、その後も多くの暗号が脆弱のままであった。多アルファベット暗号は、 1467年頃にレオン・バッティスタ・アルベルティによって最も明確に説明され、これにより彼は「西洋暗号学の父」と呼ばれた。^[1] ヨハネス・トリテミウスは、著書『ポリグラフィア』で、ヴィジュネル暗号の重要な要素であるタブラ・レクタを発明した。トリテミウスは『ステガノグラフィア』も著した。ジョヴァンニ・バッティスタ・ベッラーゾは1553年に、19世紀にヴィジュネル暗号として知られるようになる暗号を初めて説明したが、これはブレーズ・ド・ヴィジュネルの作と誤って考えられていた。^[25] ヨーロッパでは、政治競争と宗教革命の結果として、暗号は（ひそかに）より重要になった。たとえば、ルネッサンス期およびルネッサンス期以降のヨーロッパでは、イタリアのさまざまな国家 (教皇領およびローマカトリック教会を含む) の市民が暗号技術の急速な普及に貢献しましたが、そのほとんどがアルベルティの多アルファベットの進歩を理解していた (あるいは知っていた) わけではありません。アルベルティ以後でさえ、「高度な暗号」は、発明者/開発者/ユーザーが主張したほど (おそらく彼ら自身も信じていた) 高度なものではありませんでした。暗号は頻繁に破られました。この過剰な楽観主義は暗号に固有のものかもしれません。なぜなら、当時も今も、自分のシステムがどれだけ脆弱であるかを知ることは原理的に困難だったからです。知識がなければ、推測や希望が当然一般的になります。

エリザベス1世の治世中に起きたバビントン陰謀事件では、暗号技術、暗号解読、秘密諜報員/密使の裏切りが特徴的であり、この事件はスコットランド女王メアリーの処刑につながった。ロバート・フックは『ドクター・ディーの霊魂の書』の中で、ジョン・ディーがエリザベス1世との通信を隠すためにトリセミアン・ステガノグラフィーを利用したと示唆している。 ^[26]

フランス国王ルイ14世の主任暗号学者はアントワーヌ・ロシニョールであった。彼と彼の家族は、最初に使われてから1890年にフランス軍の暗号解読者エティエンヌ・バゼリーが解読するまで解読されなかったことから、大暗号として知られる暗号を作成した。 ^[27]鉄仮面の男の時代の暗号化されたメッセージ（1900年直前にエティエンヌ・バゼリーによって解読された）は、残念ながら決定的ではないが、伝説的で不運な囚人の正体についていくらか光を当てた。

ヨーロッパ以外では、モンゴル人がイスラムの黄金時代を終わらせた後、暗号技術は比較的未発達のままでした。日本では暗号技術は1510年頃まで使用されていなかったようで、高度な技術は1860年代に日本が西洋に開かれるまで知られていませんでした。

暗号学には長く複雑な歴史があるが、暗号化や暗号解読（暗号システムの弱点を見つける科学）に対するアドホックなアプローチ以上のものが開発されたのは19世紀に入ってからである。後者の例としては、チャールズ・バベッジがクリミア戦争時代に書いた多アルファベット暗号の数学的暗号解読法があり、この論文はその後プロイセンのフリードリヒ・カシスキによって再開発され出版された。当時の暗号学の理解は、苦労して得た経験則に基づいていたのが一般的で、例えば、19世紀後半の オーギュスト・ケルクホフスの暗号に関する著作を参照のこと。エドガー・アラン・ポーは1840年代に体系的な方法を使って暗号を解読した。特に彼はフィラデルフィアの新聞「アレクサンダーズ・ウィークリー（エクスプレス）・メッセンジャー」に自分の能力を宣伝する記事を掲載し、暗号の投稿を募ったところ、そのほとんどを解読した。彼の成功は数か月間世間を騒がせた。^[28]彼は後に暗号の方法に関するエッセイを執筆したが、これは第一次世界大戦中にドイツの暗号を解読しようとしたイギリスの初心者暗号解読者にとって入門書として有用であることが証明された。また、暗号解読が重要な要素となった有名な物語『黄金虫』も執筆した。

20 世紀初頭のマタ・ハリの処刑とドレフュスの有罪判決および投獄には、暗号とその悪用が関係していた。暗号学者はドレフュス事件を引き起こした陰謀を暴くことにも関与していたが、対照的にマタ・ハリは銃殺された。

第一次世界大戦では、海軍本部第40号室はドイツ海軍の暗号を解読し、戦争中のいくつかの海戦で重要な役割を果たした。特に、イギリス艦隊が迎撃に派遣された際に、ドッガーバンクとユトランド沖海戦につながる北海へのドイツ軍の大規模な出撃を探知した。しかし、最も重要な貢献は、おそらくツィンメルマン電報の解読だろう。ツィンメルマン電報は、ドイツ外務省からワシントン経由でメキシコ駐在のドイツ大使ハインリヒ・フォン・エッカートに送られた電報であり、米国を戦争に引き込む大きな役割を果たした。

1917 年、ギルバート・バーナムは、事前に準備された鍵を紙テープに保管し、平文メッセージと 1 文字ずつ組み合わせて暗号文を作成するテレプリンター暗号を提案しました。これにより、暗号機として電気機械装置が開発され、唯一解読不可能な暗号であるワンタイム パッドが誕生しました。

1920 年代、ポーランドの海軍士官は暗号と暗号技術の開発で日本軍を支援しました。

数学的手法は第二次世界大戦前の時期に急増した（特にウィリアム・F・フリードマンによる統計的手法の暗号解読と暗号開発への応用や、 1932年にマリアン・レイェフスキがドイツ軍のエニグマシステムを初めて解読したことなど）。

第二次世界大戦までに、機械式および電気機械式の暗号機が広く使用されるようになったが、そのような機械が実用的でない地域では、暗号書や手動のシステムが引き続き使用されていた。暗号の設計と解読の両方で大きな進歩があったが、すべて秘密裏に行われた。英国の公式の50年間の秘密保持期間が終了し、米国の公文書館が徐々に公開され、さまざまな回顧録や記事が登場するにつれて、この時期に関する情報は機密解除され始めた。

ドイツ人は、エニグマとして知られる電気機械式ローターマシンを、いくつかのバリエーションで多用した。^{[29]ポーランド}暗号局の数学者マリアン・レイェフスキは、1932年12月、ドイツ軍のエニグマの詳細な構造を、数学と、ドイツ人事務員から得たフランス軍情報のギュスターヴ・ベルトラン大尉から提供された限られた文書を使用して推測した。歴史家デイヴィッド・カーンによれば、これは千年以上ぶりの暗号解読における最大の進歩だった。^[要出典]レイェフスキと暗号局の数学者同僚のイェジー・ロジツキとヘンリク・ジガルスキは、エニグマの解読を続け、ドイツ軍のマシンのコンポーネントと暗号化手順の進化にしばらく追いついた。ドイツが導入した変更によってポーランドの資源が逼迫し、戦争が迫る中、暗号局はポーランド参謀本部の指示により、1939年7月25日にワルシャワでフランスとイギリスの諜報機関の代表者にエニグマ解読の秘密を教えた。

1939年9月1日のドイツによるポーランド侵攻後すぐに、暗号局の主要職員は南東方向に避難した。9月17日、ソ連が東からポーランドを攻撃すると、彼らはルーマニアに渡った。そこから彼らはフランスのパリに到着し、パリ近郊のブルーノ暗号局でエニグマ解読に向けて研究を続け、イギリスがエニグマ解読で遅れをとる中、ブレッチリー・パークのイギリス人暗号学者と協力した。やがて、ゴードン・ウェルチマン、マックス・ニューマン、アラン・チューリング（現代コンピュータの概念的創始者）など多くのチェスの名人や数学者を擁するイギリスの暗号学者たちは、エニグマ解読の規模と技術において飛躍的な進歩を遂げた。

第二次世界大戦におけるドイツの暗号解読も、ある程度の成功を収めた。最も重要なのは、海軍暗号第3号を解読したことである。これにより、ドイツは大西洋の船団を追跡し、沈没させることができた。1943年6月に海軍本部に暗号を変更するよう最終的に説得したのは、ウルトラ情報部だけだった。これは、先の大戦における 英国のルーム40暗号解読者の成功を考えると驚くべきことである。

1945年4月19日、戦争の終わりに、イギリスの最高レベルの文民および軍当局は、ドイツのエニグマ暗号が解読されたことを決して明かしてはならないと告げられた。なぜなら、それは敗れた敵に「十分に打ち負かされたわけではない」と言う機会を与えることになるからである。^[30]

ドイツ軍もテレタイプ ストリーム暗号をいくつか導入した。ブレッチリー・パークはこれをフィッシュ暗号と呼んだ。マックス・ニューマンとその同僚はヒース・ロビンソン暗号を設計・導入し、その後世界初のプログラム可能なデジタル電子計算機であるコロッサスを暗号解読に役立てた。ドイツ外務省は1919年にワンタイムパッドを使い始めた。この通信の一部は第二次世界大戦中にドイツの運び屋が十分な注意を払わずに捨てた南米の重要な資料が回収されたこともあり、解読された。

Schlüsselgerät 41 は、エニグマのより安全な代替品として戦争後期に開発されましたが、限られた範囲でしか使用されませんでした。

1940年、真珠湾攻撃前に、アメリカ陸軍のグループであるSISが、最高レベルのセキュリティを誇る日本の外交暗号システム（アメリカではパープルと呼ばれていた電気機械式ステップスイッチマシン）を解読することに成功した。国内で開発されたパープルマシンは、日本の外務省が使用していた以前の「レッド」マシンと、米海軍のアグネス・ドリスコルが解読した海軍武官が使用した関連マシンであるM-1に代わるものである。日本の機械暗号はすべて、程度の差こそあれ、連合国によって解読された。

日本海軍と陸軍は主に暗号書システムを使用していたが、後には別の数字が追加された。米国海軍の暗号学者は（1940年以降は英国とオランダの暗号学者の協力を得て） 、日本海軍の暗号システムをいくつか解読した​​。その1つであるJN-25の解読は、ミッドウェー海戦での米国の勝利につながり、その事実は戦闘直後にシカゴ・トリビューン紙に掲載されたが、日本軍はそれに気づかなかったようで、JN-25システムを使い続けた。

アメリカ人は、暗号解読から得られる情報、特にパープル マシンから得られる情報を「マジック」と呼んでいました。イギリス人は最終的に、暗号解読から得られる情報、特にさまざまなエニグマによって保護されたメッセージ トラフィックから得られる情報を「ウルトラ」と呼ぶようになりました。イギリスでは以前、ウルトラは「ボニファス」と呼ばれていましたが、これは、漏洩された場合、情報源として個別のエージェントが存在する可能性があることを示唆するものでした。

第二次世界大戦で使用された連合軍の暗号機には、英国のTypeXと米国のSIGABAがあった。どちらも、大幅に改良されたものの、エニグマと精神は似た電気機械式ローター設計だった。どちらも戦争中に誰かに解読されたことは知られていない。ポーランドはLacida暗号機を使用したが、そのセキュリティは想定よりも低いことが判明したため (英国にいたポーランド軍の暗号技術者により)、使用は中止された。戦地の米軍は M -209と、さらに安全性の低いM-94ファミリーの暗号機を使用した。英国特殊作戦執行部 ( SOE) のエージェントは当初「詩暗号」(暗記した詩が暗号化/復号化の鍵) を使用していたが、戦争後期にはワンタイム パッドに切り替え始めた。

VIC暗号(少なくとも 1957 年まではルドルフ・アベルのニューヨークのスパイ組織に関連して使用されていた) は非常に複雑な手持ち暗号であり、デビッド・カーンの著書 Kahn on Codesによれば、ソ連で使用されたものとしては最も複雑なものであるとされている。ソ連の暗号の解読 (特にワンタイム パッドが再利用されていた場合) については、ヴェノナ プロジェクトを参照。

英国と米国は暗号解読作戦に多数の女性を雇用し、ブレッチリー・パークには約7,000人が配属され^[31] 、ワシントンDC周辺の米陸軍と海軍の別々の作戦には11,000人が配属された^{[32] 。日本とドイツの}ナチスの伝統により、少なくとも戦争後期までは、女性は戦争作業から排除されていた。暗号システムが破られた後も、変更に対応し、複数のネットワークの毎日の鍵設定を復元し、世界的紛争で生成された膨大な量の敵のメッセージを傍受、処理、翻訳、優先順位付け、分析するために、膨大な作業が必要だった。エリザベス・フリードマンやアグネス・マイヤー・ドリスコルなど数人の女性は、1930年代の米国の暗号解読に大きく貢献しており、海軍と陸軍は真珠湾攻撃の直前に女子大学のトップクラスの卒業生を積極的に採用し始めた。リザ・マンディは、連合国と枢軸国における女性の才能の活用におけるこの差が戦争における戦略的な違いを生んだと主張している。^{[32] : p.29}

現代の暗号化は、情報を暗号化および復号化するキーを持つアルゴリズムを使用して実現されます。これらのキーは、暗号化によってメッセージとデータを「デジタルな意味不明な文字」に変換し、復号化によって元の形式に戻します。一般に、キーが長いほど、コードを解読するのが難しくなります。これは、ブルートフォースで暗号化されたメッセージを解読するには、攻撃者が考えられるすべてのキーを試す必要があるためです。これを文脈に当てはめると、各バイナリ情報単位、つまりビットは、0 または 1 の値を持ちます。8 ビットのキーには、256 または 2^8 のキーが考えられます。56 ビットのキーには、メッセージを解読するために 2^56 または 72 兆のキーが考えられます。現代のテクノロジーでは、このような長さのキーを使用する暗号は解読しやすくなっています。 DES は、米国政府が初期に承認した暗号で、有効な鍵長は 56 ビットであり、この暗号を使用したテスト メッセージは、総当たり方式の鍵検索によって解読されています。しかし、技術が進歩するにつれて、暗号化の品質も向上しています。第二次世界大戦以降、暗号化研究における最も注目すべき進歩の 1 つは、非対称鍵暗号 (公開鍵暗号と呼ばれることもあります) の導入です。これは、数学的に関連する 2 つの鍵を使用して同じメッセージを暗号化するアルゴリズムです。これらのアルゴリズムの中には、一方の鍵を公開できるものもあります。これは、一方の鍵を知っているだけではもう一方の鍵を特定することが非常に難しいためです。^[33]

1990 年頃から、インターネットを商業目的で使用し、インターネット上で商取引が導入されたことで、暗号化の標準規格が広く普及するようになりました。Advanced Encryption Standard (AES) が導入される前は、金融データなどのインターネット経由で送信される情報は、暗号化される場合は、ほとんどの場合、データ暗号化標準 (DES) を使用していました。DES は、このような暗号アルゴリズムの候補を求める一般からの呼びかけと競争の後、そのセキュリティを理由に NBS (米国政府機関) によって承認されました。DES は短期間承認されましたが、高品質の暗号化を一般が使用することに関する複雑な論争により、使用が延長されました。DES は、NBS の後継機関である NIST が主催した別の公開競争の後、最終的に AES に置き換えられました。1990 年代後半から 2000 年代前半にかけて、公開鍵アルゴリズムの使用が暗号化のより一般的なアプローチとなり、すぐに2 つのスキームのハイブリッドが、電子商取引の運用を進めるための最も受け入れられる方法になりました。さらに、セキュアソケットレイヤー（SSL）と呼ばれる新しいプロトコルの作成により、オンライン取引が可能になりました。商品の購入からオンラインでの請求書の支払いや銀行取引まで、さまざまな取引でSSLが使用されました。さらに、家庭でのワイヤレスインターネット接続が普及するにつれて、日常的な状況で一定レベルのセキュリティが必要となり、暗号化の必要性が高まりました。^[34]

クロード・E・シャノンは、^多くの人から数学的暗号の父とみなされている。シャノンはベル研究所で数年間働き、在職中に「暗号の数学的理論」と題する論文を執筆した。この論文は1945年に執筆され、最終的には1949年にベルシステム技術ジャーナルに掲載された。^[35]この論文が現代の暗号の発展の出発点であったことは広く認められている。シャノンは戦時中に「暗号の問題に取り組むことを思いついた。なぜなら、秘密システムは通信理論の興味深い応用を提供するからである」と考えた。シャノンは暗号の2つの主な目標、つまり秘密と真正性を特定した。彼の焦点は秘密性の探求にあり、35年後、GJシモンズが真正性の問題に取り組むことになる。シャノンはさらに「通信の数学的理論」と題する論文を執筆し、彼の研究の最も重要な側面の1つ、つまり暗号が芸術から科学へと移行したことを強調した。^[36]

シャノンは著書の中で、秘密保持のための 2 つの基本的なシステムについて説明しました。1 つ目は、メッセージを解読するためのリソースが無限にあるハッカーや攻撃者から保護する目的で設計されたシステム (理論上の秘密保持、現在は無条件のセキュリティ) で、2 つ目は、メッセージを解読するためのリソースが有限であるハッカーや攻撃者から保護する目的で設計されたシステム (実践上の秘密保持、現在は計算上のセキュリティ) です。シャノンの研究のほとんどは理論上の秘密保持に関するものでした。ここで、シャノンは暗号の「解読不能性」の定義を導入しました。暗号が「解読不能」と判断された場合、その暗号は「完全な秘密保持」を持つとみなされました。「完全な秘密保持」を証明するにあたり、シャノンは、2 進数で表された長さが暗号化される情報に含まれるビット数以上である秘密鍵でのみ、この秘密保持を実現できると判断しました。さらに、シャノンは「秘密鍵を決定する平文の量」として定義される「単一性距離」を開発しました。^[36]

シャノンの研究は1970年代の暗号研究に影響を与え、公開鍵暗号の開発者であるMEヘルマンとW・ディフィーはシャノンの研究を大きな影響として挙げている。彼の研究は秘密鍵暗号の現代的な設計にも影響を与えた。シャノンの暗号研究の終わりには、ヘルマンとディフィーが「公開鍵暗号」に関する論文を発表するまで進歩は鈍化した。^[36]

1970 年代半ばには、2 つの大きな公的 (つまり、非秘密) 進歩がありました。1 つ目は、 1975 年 3 月 17 日に米国連邦官報にデータ暗号化標準の草案が掲載されたことです。提案された DES 暗号は、銀行やその他の大規模金融機関などの企業向けの安全な電子通信設備を開発する取り組みの一環として、米国国立標準技術局 ( NIST ) の招待を受けたIBMの研究グループによって提出されました。舞台裏で活動していたNSAによる助言と修正の後、1977 年に連邦情報処理標準出版物として採用され、発行されました (現在は FIPS 46-3)。DES は、NSA などの国家機関によって「承認」された最初の公的にアクセス可能な暗号でした。NBS による仕様の公開は、暗号に対する一般市民と学術関係者の関心を爆発的に高めました。

2001年にNISTがFIPS 197を発表した際に、老朽化し​​たDESは正式に高度暗号化標準（AES）に置き換えられました。公開コンペの結果、NISTは2人のベルギーの暗号学者が提出したRijndaelをAESとして選定しました。DESとそのより安全な変種（トリプルDESなど）は現在でも使用されており、多くの国家標準や組織標準に組み込まれています。しかし、56ビットのキーサイズではブルートフォース攻撃を防ぐには不十分であることが判明しています（サイバー人権団体の電子フロンティア財団が1997年に実行したそのような攻撃の1つは、56時間で成功しました。^[37]）。その結果、ストレートDES暗号化は現在、新しい暗号システムの設計で使用するには間違いなく安全ではなく、DESを使用する古い暗号システムで保護されているメッセージ、そして実際には1976年以降にDESを使用して送信されたすべてのメッセージも危険にさらされています。 DES の本来の品質にかかわらず、DES のキー サイズ (56 ビット) は 1976 年当時でも小さすぎると考える人もいましたが、最も公に考えていたのはWhitfield Diffieでした。当時でも政府機関には DES メッセージを解読できる十分な計算能力があるのではないかという疑念がありましたが、明らかに他の組織がこの能力を実現していました。

1976 年の 2 番目の進歩は、おそらくさらに重要でした。暗号システムの仕組みを根本的に変えてしまったからです。これは、Whitfield DiffieとMartin Hellmanによる論文「New Directions in Cryptography」の発表でした。この論文では、暗号鍵を配布するまったく新しい方法が導入され、暗号の基本的な問題のひとつである鍵配布の解決に大きく貢献し、Diffie–Hellman 鍵交換として知られるようになりました。この論文はまた、新しいクラスの暗号化アルゴリズムである非対称鍵アルゴリズムのほぼ即時の開発を促しました。

それまで、現代の有用な暗号化アルゴリズムはすべて対称鍵アルゴリズムであり、送信者と受信者の両方が同じ暗号鍵を基礎アルゴリズムで使用し、両者ともその鍵を秘密にしておく必要がありました。第二次世界大戦で使用されたすべての電気機械式機械は、シーザー暗号やアトバシュ暗号、そして基本的に歴史上のすべての暗号システムと同様に、この論理クラスに属していました。コードの「鍵」は、もちろんコードブックであり、これも同様に配布され秘密にしておく必要があり、そのため実際にはほとんど同じ問題を抱えています。

必然的に、このようなシステムでは、システムを使用する前に、信頼できるブリーフケースを手首に手錠でつないだ宅配業者や、対面での接触、忠実な伝書鳩など、何らかの安全な方法で通信当事者間で鍵を交換する必要がありました (通常使用される用語は「安全なチャネル経由」です)。この要件は決して些細なものではなく、参加者の数が増えると、または鍵交換に安全なチャネルが利用できない場合、または賢明な暗号化の慣例であるように鍵が頻繁に変更される場合、すぐに管理不能になります。特に、メッセージが他のユーザーから保護されるようにする場合は、考えられる各ユーザー ペアごとに個別の鍵が必要です。この種のシステムは、秘密鍵または対称鍵暗号システムとして知られています。DH 鍵交換 (およびその後の改良と変形) により、これらのシステムの操作は、これまでの歴史でかつてなかったほど簡単かつ安全になりました。

対照的に、非対称キー暗号化では、数学的に関連するキーのペアを使用し、それぞれのキーが、もう一方のキーを使用して実行された暗号化を復号化します。これらのアルゴリズムの一部 (すべてではありません) には、ペアのキーの 1 つを試行錯誤以外の既知の方法ではもう一方のキーから推測できないという追加の特性があります。この種のアルゴリズムは、公開キーまたは非対称キーシステムと呼ばれます。このようなアルゴリズムを使用すると、ユーザーごとに 1 つのキー ペアのみが必要になります。ペアのキーの 1 つを秘密 (常に秘密) として指定し、もう 1 つを公開 (多くの場合、広く利用可能) として指定すると、キー交換に安全なチャネルは必要ありません。秘密キーが秘密のままである限り、公開キーはセキュリティを損なうことなく長期間広く知られているため、同じキー ペアを無期限に再利用しても安全です。

非対称キー アルゴリズムを使用する 2 人のユーザーが、安全でないチャネルを介して安全に通信するには、各ユーザーが自分の公開キーと秘密キー、および他のユーザーの公開キーを知っている必要があります。次の基本的なシナリオを考えてみましょう。アリスとボブは、長年にわたって他の多くのユーザーと使用してきたキーのペアをそれぞれ持っています。メッセージの冒頭で、2 人は安全でない回線を介して暗号化されていない公開キーを交換します。次に、アリスは自分の秘密キーを使用してメッセージを暗号化し、次にその結果をボブの公開キーを使用して再度暗号化します。二重に暗号化されたメッセージは、アリスからボブにデジタル データとして回線を介して送信されます。ボブはビット ストリームを受信し、自分の秘密キーを使用してそれを復号化し、次にそのビット ストリームをアリスの公開キーを使用して復号化します。最終結果がメッセージとして認識できる場合、ボブは、そのメッセージが実際にアリスの秘密鍵を知っている人物 (アリスが秘密鍵を慎重に扱っていた場合はおそらくアリス自身) から送信されたものであること、また、そのチャネルを盗聴する人は誰でもそのメッセージを理解するためにボブの秘密鍵が必要であることを確信できます。

非対称アルゴリズムの有効性は、一方向関数と呼ばれる数学の問題のクラスに依存しています。一方向関数は、実行には比較的少ない計算能力しか必要としませんが、逆戻りが可能な場合、逆戻りには膨大な計算能力を必要とします。一方向関数の典型的な例は、非常に大きな素数の乗算です。2 つの大きな素数を乗算するのはかなり高速ですが、2 つの大きな素数の積の因数を見つけるのは非常に困難です。一方向関数の数学のため、考えられるほとんどのキーは暗号化キーとして不適切な選択です。特定の長さの考えられるキーのうち、適しているのはごく一部だけなので、非対称アルゴリズムでは、比較的短い対称キーによって提供されるのと同じレベルのセキュリティを実現するために、非常に長いキーが必要になります。キー ペアの生成と暗号化/復号化操作の両方を実行する必要があるため、ほとんどの対称アルゴリズムと比較して、非対称アルゴリズムの計算コストは​​高くなります。対称アルゴリズムでは、任意の (ランダムな、または少なくとも予測できない) ビットのシーケンスをキーとして使用できるため、使い捨てのセッション キーを短期間使用するためにすばやく生成できます。したがって、長い非対称キーを使用して、使い捨てのはるかに短い (ただし、強度は同じ) 対称キーを交換するのが一般的です。低速の非対称アルゴリズムは対称セッション キーを安全に送信し、高速の対称アルゴリズムがメッセージの残りの部分を引き継ぎます。

非対称鍵暗号、ディフィー・ヘルマン鍵交換、そして最もよく知られている公開鍵/秘密鍵アルゴリズム（つまり、通常RSAアルゴリズムと呼ばれるもの）は、すべて、1976年にディフィーとヘルマンが公表する前に、英国の諜報機関で独立して開発されていたようです。GCHQは、ディフィーとヘルマンの論文の発表前に公開鍵暗号を開発したと主張する文書を公開しました。^[要出典] 1960年代から1970年代にかけて、GCHQではさまざまな機密文書が書かれ、最終的には1973年と1974年にRSA暗号化と本質的に同一の方式とディフィー・ヘルマン鍵交換につながりました。これらのいくつかは現在公開されており、発明者（ジェームズ・H・エリス、クリフォード・コックス、マルコム・ウィリアムソン）は（いくつかの）研究成果を公開しています。

ハッシュは、一般的なアルゴリズムを使用して情報をすばやくエンコードするために暗号化で使用される一般的な手法です。通常、アルゴリズムはテキストの文字列に適用され、結果の文字列は「ハッシュ値」になります。特定のハッシュ値を使用して特定のメッセージを識別するため、これによりメッセージの「デジタル指紋」が作成されます。アルゴリズムの出力は、「メッセージ ダイジェスト」または「チェック サム」とも呼ばれます。ハッシュは、送信中に情報が変更されたかどうかを判断するのに適しています。受信時のハッシュ値が送信時と異なる場合、メッセージが変更されたという証拠があります。ハッシュするデータにアルゴリズムが適用されると、ハッシュ関数によって固定長の出力が生成されます。基本的に、ハッシュ関数を通過するものはすべて、同じハッシュ関数を通過する他のものと同じ長さの出力に解決される必要があります。ハッシュは暗号化と同じではないことに注意してください。ハッシュは、データを圧縮されたメッセージ ダイジェストに変換するために使用される一方向の操作です。さらに、メッセージの整合性はハッシュによって測定できます。逆に、暗号化は平文を暗号文に変換し、その逆も行う双方向の操作です。暗号化では、メッセージの機密性が保証されます。^[38]

ハッシュ関数はデジタル署名の検証に使用できるため、インターネット経由で文書に署名する場合、署名は特定の個人に適用されます。手書きの署名と同様に、これらの署名は、その正確なハッシュコードを個人に割り当てることによって検証されます。さらに、ハッシュはコンピュータシステムのパスワードにも適用されます。パスワードのハッシュは、UNIXオペレーティングシステムで始まりました。システムのユーザーは最初にパスワードを作成します。そのパスワードは、アルゴリズムまたはキーを使用してハッシュされ、パスワードファイルに保存されます。これは今日でも一般的であり、パスワードを必要とするWebアプリケーションは、ユーザーのパスワードをハッシュしてデータベースに保存することがよくあります。^[39]

1970 年代の公的発展により、政府機関が保持していた高品質の暗号技術のほぼ独占状態が崩れた (当時の米国における政策論争の一部に関するジャーナリストによる解説については、S Levy のCrypto を参照)。史上初めて、政府機関以外の者が、誰も (政府を含む) 容易に解読できない暗号技術にアクセスできるようになりました。公的および私的なかなりの論争と対立が、多かれ少なかれ直ちに始まり、暗号戦争と呼ばれることもあります。それらはまだ収まっていません。たとえば、多くの国では、暗号技術の輸出は制限されています。1996 年まで、40 ビットを超える鍵 (知識のある攻撃者に対して安全であるには小さすぎる) を使用する暗号技術の米国からの輸出は厳しく制限されていました。つい最近の 2004 年には、元FBI長官のLouis Freeh が9/11 委員会で証言し、暗号の公的使用を禁止する新しい法律を要求しました。

強力な暗号化を一般向けに推奨した最も重要な人物の 1 人はPhil Zimmermannです。彼は 1991 年に非常に高品質の暗号化システムであるPGP (Pretty Good Privacy) を書き、リリースしました。彼は、米国政府が当時検討していた、米国内で開発されるすべての暗号化製品にバックドアを組み込むことを要求する法案に脅威を感じ、PGP のフリーウェア版を配布しました。彼のシステムは米国でリリースされてから間もなく世界中にリリースされ、それがきっかけで米国司法省(DOJ) による輸出規制違反の疑いでの長期にわたる刑事捜査の始まりとなりました。DOJ は最終的に Zimmermann に対する訴訟を取り下げ、PGP のフリーウェア版の配布は世界中で継続されました。PGP は最終的にオープンなインターネット標準 (RFC 2440 またはOpenPGP ) にもなりました。

AESや高品質の非対称暗号などの最新の暗号は解読不可能であると広く考えられていますが、貧弱な設計や実装が依然として採用される場合があり、近年、導入された暗号システムの重要な解読が行われています。解読された暗号設計の顕著な例としては、最初のWi-Fi暗号化方式であるWEP、DVD の使用を暗号化して制御するために使用されるコンテンツ スクランブル システム、 GSM携帯電話で使用されるA5/1およびA5/2暗号、フィリップス エレクトロニクスから分離したNXP セミコンダクターズの広く導入されているMIFARE Classicスマート カードで使用されているCRYPTO1暗号などがあります。これらはすべて対称暗号です。これまでのところ、公開鍵暗号の基礎となる数学的アイデアの 1 つが「解読不可能」であると証明されていないため、将来の数学的分析の進歩により、公開鍵暗号に依存するシステムが安全でなくなる可能性があります。このような画期的な進歩を予見する情報通はほとんどいないが、暗号解読に必要な計算能力が増大し、より安価で入手しやすくなるにつれて、セキュリティのベストプラクティスとして推奨される鍵のサイズは増加し続けている。十分な容量を持つ量子コンピューターが構築されれば、既存の公開鍵アルゴリズムを破ることができるため、量子暗号の開発と標準化に向けた取り組みが進められている。

従来の意味での暗号化を破らなくても、キャッシュ メモリの使用状況、タイミング情報、電力消費、電磁気の漏洩、さらには発せられる音など、コンピュータ システムの実装方法から得られる情報を悪用するサイドチャネル攻撃を仕掛けることができます。このような攻撃をより困難にする新しい暗号化アルゴリズムが開発されています。

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