لآلاف السنين، إذا أردت إرسال رسالة سرية، كانت هناك طريقة واحدة للقيام بذلك. يمكنك تشفير الرسالة باستخدام قاعدة خاصة، لا يعرفها إلا أنت وجمهورك المستهدف. كانت هذه القاعدة بمثابة مفتاح القفل. إذا كان لديك المفتاح، فيمكنك فك تشفير الرسالة؛ وإلا فستحتاج إلى فتح القفل. بعض الأقفال فهي فعالة جدًا بحيث لا يمكن اختيارها أبدًا، حتى مع وجود وقت وموارد غير محدودة. ولكن حتى تلك المخططات تعاني من نفس نقطة الضعف التي تعاني منها جميع أنظمة التشفير: كيف يمكنك وضع هذا المفتاح في الأيدي اليمنى، مع إبقائه بعيدًا عن الأيدي الخطأ؟

الحل غير البديهي، المعروف باسم تشفير المفتاح العام، لا يعتمد على الحفاظ على سر رئيسي، بل على إتاحته على نطاق واسع. وتتمثل الحيلة أيضًا في استخدام مفتاح ثانٍ لا تشاركه أبدًا مع أي شخص، حتى الشخص الذي تتواصل معه. فقط باستخدام هذا المزيج من المفتاحين – أحدهما عام والآخر خاص – يمكن لأي شخص تشفير الرسالة وتفكيكها.

لفهم كيفية عمل ذلك، من الأسهل التفكير في “المفاتيح” ليس كأشياء يمكن وضعها في القفل، ولكن كمكونين متكاملين في حبر غير مرئي. العنصر الأول يجعل الرسائل تختفي، والثاني يجعلها تظهر مرة أخرى. إذا أراد جاسوس يُدعى بوريس أن يرسل لنظيرته ناتاشا رسالة سرية، فإنه يكتب رسالة ثم يستخدم المكون الأول لجعلها غير مرئية على الصفحة. (من السهل عليه أن يفعل: فقد نشرت ناتاشا صيغة سهلة ومعروفة لاختفاء الحبر.) وعندما تتلقى ناتاشا الورقة في البريد، فإنها تطبق المكون الثاني الذي يجعل رسالة بوريس تظهر مرة أخرى.

متعلق ب: ستكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية حلمًا أصبح حقيقة بالنسبة للقراصنة، حيث يخاطرون بكل شيء بدءًا من الأسرار العسكرية وحتى المعلومات المصرفية. هل يمكننا إيقافهم؟

في هذا المخطط، يمكن لأي شخص جعل الرسائل غير مرئية، لكن ناتاشا فقط هي التي يمكنها جعلها مرئية مرة أخرى. ولأنها لم تشارك أبدًا صيغة المكون الثاني مع أي شخص – ولا حتى بوريس – فيمكنها التأكد من أن الرسالة لم يتم فك رموزها على طول الطريق. عندما يريد بوريس تلقي رسائل سرية، فإنه ببساطة يتبنى نفس الإجراء: فهو ينشر وصفة سهلة لجعل الرسائل تختفي (يمكن لناتاشا أو أي شخص آخر استخدامها)، مع الاحتفاظ بوصفة أخرى لنفسه فقط مما يجعلها تظهر مرة أخرى.

في تشفير المفتاح العام، يعمل المفتاحان “العامة” و”الخاصة” تمامًا مثل المكونين الأول والثاني في هذا الحبر الخاص غير المرئي: يقوم أحدهما بتشفير الرسائل، والآخر بفك تشفيرها. ولكن بدلاً من استخدام المواد الكيميائية، يستخدم تشفير المفتاح العام ألغازًا رياضية تسمى وظائف الباب المسحور. من السهل حساب هذه الوظائف في اتجاه واحد ومن الصعب للغاية عكسها. ولكنها تحتوي أيضًا على “أبواب خفية”، وهي أجزاء من المعلومات التي، إذا كانت معروفة، تجعل من السهل حساب الوظائف في كلا الاتجاهين.

تتضمن إحدى وظائف الباب المسحور الشائعة ضرب رقمين أوليين كبيرين، وهي عملية سهلة التنفيذ. لكن عكس ذلك، أي البدء بالحصيلة وإيجاد كل عامل أولي، هو أمر غير عملي من الناحية الحسابية. لإنشاء مفتاح عام، ابدأ برقمين أوليين كبيرين. هذه هي الأبواب المسحورة الخاصة بك. اضرب الرقمين معًا، ثم قم بإجراء المزيد العمليات الحسابية. يمكن لهذا المفتاح العام الآن تشفير الرسائل. لفك تشفيرها، ستحتاج إلى المفتاح الخاص المقابل، والذي يحتوي على العوامل الأولية – الأبواب المسحورة الضرورية. باستخدام هذه الأرقام، يصبح من السهل فك تشفير الرسالة. احتفظ بسرية هذين العاملين الرئيسيين، وستظل الرسالة سرية.

تم اكتشاف أسس تشفير المفتاح العام لأول مرة بين عامي 1970 و1974 من قبل علماء رياضيات بريطانيين يعملون في مقر الاتصالات الحكومية في المملكة المتحدة، وهي نفس الوكالة الحكومية التي فكت شفرة إنجما النازية خلال الحرب العالمية الثانية. تمت مشاركة عملهم (الذي ظل سريًا حتى عام 1997) مع وكالة الأمن القومي الأمريكية، ولكن نظرًا لقدرة الحوسبة المحدودة والمكلفة، لم تقم أي من الحكومتين بتنفيذ النظام. وفي عام 1976، اكتشف الباحثان الأمريكيان ويتفيلد ديفي ومارتن هيلمان أول اكتشاف معروف علنًا مخطط تشفير المفتاح العاممتأثرًا بعالم التشفير رالف ميركل. وبعد عام واحد فقط، أنشأت خوارزمية RSA، التي سُميت على اسم مخترعيها رون ريفست، وآدي شامير، وليونارد أدلمان، طريقة عملية لاستخدام تشفير المفتاح العام. ولا يزال يُستخدم على نطاق واسع حتى اليوم، وهو لبنة أساسية في شبكة الإنترنت الحديثة، مما يتيح كل شيء بدءًا من التسوق وحتى البريد الإلكتروني المستند إلى الويب.

يتيح هذا النظام ذو المفتاحين أيضًا “التوقيعات الرقمية” – وهو دليل رياضي على أن الرسالة قد تم إنشاؤها بواسطة حامل المفتاح الخاص. يعمل هذا لأنه يمكن استخدام المفاتيح الخاصة لتشفير الرسائل أيضًا، وليس فقط فك تشفيرها. بالطبع، هذا غير مفيد للحفاظ على سرية الرسائل: إذا استخدمت مفتاحك الخاص لتشفير رسالة، فيمكن لأي شخص استخدام المفتاح العام المقابل لفك تشفيرها. ولكنه يثبت أنك أنت وحدك من أنشأ الرسالة، حيث أنه باعتبارك صاحب المفتاح الخاص، لا يمكن لأحد سواك تشفير الرسالة. لا يمكن للعملات المشفرة مثل البيتكوين أن توجد بدون هذه الفكرة.

إذا كان هناك مفتاحان للتشفير بدلًا من مفتاح واحد فعالين جدًا، فلماذا استغرق اكتشافهما آلاف السنين؟ وفق راسل إمباليازو، عالم الكمبيوتر ومنظر التشفير في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو، لم يكن مفهوم وظيفة الباب المسحور مفيدًا بدرجة كافية قبل اختراع أجهزة الكمبيوتر.

وقال “إنها مسألة تكنولوجيا”. “اعتقد شخص ما في القرن التاسع عشر أن التشفير يتم بين عملاء فرديين مع استخبارات عسكرية في الميدان – حرفيًا، في حقل يتم فيه إطلاق النار. لذا، إذا كانت خطوتك الأولى هي “اختيار رقمين أوليين مكونين من 100 رقم لضربهما معًا”، فستنتهي المعركة قبل أن تفعل ذلك.” إذا قمت بتقليص المشكلة إلى شيء يمكن للإنسان القيام به بسرعة، فلن يكون آمنًا بشكل كبير.

أعيد طبع القصة الأصلية بإذن من مجلة كوانتا، منشور مستقل تحريريًا تدعمه مؤسسة SimonsFoundation.