ציר הטרנספורמציה

הצפנת Vernam היא סוג ההצפנה היחידי בו ניתן להוכיח "אבטחה בלתי מותנית" בתעבורת מידע. בצופן מסוג זה, אורך המפתח זהה לאורך המלל (המידע עצמו) ולאורך הודעת הצופן. אבל יש בו בעיה: נדרש בו תו אחד של מפתח סודי על כל תו של טקסט לא מוצפן. לכן, השיטה לא פרקטית לשימוש נרחב בהעברת כמויות מידע גדולות. הצפנה מסוג זה שמורה לתנאי סודיות מרבית, בהם קיימת כמות קטנה של מידע עליו יש להגן. כמו למשל, מספר הטלפון האדום שבין וושינגטון למוסקבה בתקופת המלחמה הקרה.
אנו עדים היום להופעה של תהליך חדש, הקריפטוגרפיה השארייתית, המאפשרת אותו ביטחון כמו בהצפנת ורנאם אך ללא מגבלות כמותיות.

כאשר מתחילים ללמוד הצפנה, תמיד קוראים על יוליוס קיסר. במהלך מלחמת גאליה יוליוס קיסר המציא כתב הצפנה כדי למנוע מן האויב לגלות את פקודותיו לגנרלים שלו במקרה של תפיסת השליח.
להצפנה ופענוח המסרים השתמשו על פי שיטה זו בשני סרגלים מקבילים שעל כל אחד מהם היה כתוב ה-אלף בית. על ידי הזזת אחד הסרגלים במספר מקומות נתון, נקבע חילופי התווים. זו שיטה המשתמשת בבלבול בלבד (שינוי התווים של המסר המקורי).
כעבור שנים, נוספה ה- redundancy (יתירות) כדי לערפל את המידע – להחביא את הסטטיסטיקות (תווים או צירופים חוזרים) שניתן להסיק בפענוח.
עד כה, טיב ההצפנה הייתה תלויה במיומנות המצפינים. 
כיום נוסף  אלמנט חדש: ציר הטרנספורמציה, ההופך את הצפנים להרמטיים יותר. בחודש בנובמבר האחרון פרסם משרד הפטנטים האירופי את השיטה שהגיש לרישום פרופסור Vicent Martínez Sancho, מאוניברסיטת ולנסיה בספרד. על שיטתו קיבל הנ"ל ממשרד הפטנטים ציון בדרגה א' בחדשנות, יצירתיות ויישום תעשייתי.
הממציא אומר שמדובר בתהליך שיקבע אבן דרך בהיסטוריה של הקריפטוגרפיה, מפני שבנוסף למגוון הגדול של יישומים תעשייתיים בטלקומוניקציה, מחשוב, ביטחון לאומי, תשלומים אלקטרוניים וטרנסקציות בנקאיות, כולל גם חתימות אלקטרוניות, יש לו פוטנציאל לשים קץ לפעילות הפיראטית במוזיקה ובסרטים.

קורות חייו של מרטינז סנצ'ו מלאים ביותר מארבעים שנות הוראה בפקולטה לפיזיקה באוניברסיטת ולנסיה, שם פרסם מספר עבודות בפיזיקה גרעינית ותיאוריית היחסות. הוא מוכר מאוד הודות לספר לימוד פיזיקה נרחב והראשון מסוגו בשפה הקטלאנית, שכתב  עבור תלמידי ההשכלה גבוהה.
עד לא מזמן הוא כלל לא עסק בקריפטוגרפיה ובשנים האחרונות התמקד בתיאוריית המספרים. בשטח זה הוא הסיק טענה שאפשר להוכיח את נכונותה, וקרא לה תֵּיאוֹרֶמָת השאריות, כאשר המילה שאריות מתכוונת לתכונה משותפת לקבוצת מספרים אינסופית.
התעניינותו של מרטינז סנצ'ו בקריפטוגרפיה נוצר כאשר לפני שלוש שנים קרא בעיתונות על מקרה של אדם שהמייל שלו נפרץ וממנו נגנבו פרטים אינטימיים. הוא חשב אז שתיאורמת השאריות שלו מסוגל למנוע סוג כזה של חדירה.
התיאורמה היווה עבורו המבוא לציר הקריפטוגרפיה של הטרנספורמציה, אשר מעתה ילווה את הבלבול והדיפוזיה. עם הטרנספורמציה, מספר המפתחות עמן ניתן לבנות הודעת צופן מתוך טקסט פשוט הופך לבלתי מוגבל, ולכן גם מספר הודעות הצופן שניתן ליצור מתוך טקסט פשוט אחד, הופך לאינסופי.
כמו כן באמצעות הטרנספורמציה ניתן לקשר לטקסט פשוט אחד, אינסוף הודעות צופן, כולן באותו אורך ושנוצרו עם אותו מפתח. לכן, כל הודעות הצופן הללו שוות ערך, והפענוח של כולן מניב את אותו טקסט פשוט.

עד כה, השיטות הקריפטוגרפיות המוכרות השיגו את מטרתן הודות לשתי תכונות: בלבול ודיפוזיה. הראשונה מנסה למסך את הקשר בין מלל המקור לטקסט המוצפן באמצעות החלפות. השנייה "מוהלת" את הכפילויות של הטקסט הלא מוצפן על ידי פיזורן באמצעות טרנס פוזיציה (שינוי מקום).
אלגוריתמים של הצפנה מודרניים לא משיגים את מטרת ה"סודיות המושלמת" של שנון, מה שעושה אותם פגיעים מפני מתקפת פריצה או חדירה פיראטית.
רבים מן הקונצפטים הבסיסיים שמבטא Claude Shannon במאמרו משנת 1949 ("תיאוריית התקשורת של מערכות סוֹדִיּוּת"), רלוונטיים גם היום. במיוחד החלק של "סוֹדִיּוּת מושלמת", ורעיונות נוספים הקיימים בצפנים כגון RC4 ובסביבה האלחוטית.
למרות שההצפנה הסימטרית קיימת כבר אלפי שנים, מדענים וצפנים עדיין מחפשים את הצופן המושלם. שנון זיהה שלושה סוגים של מערכות סודיות ברמה גבוהה: מערכות הַסְתָּרָה, מערכות פְּרָטִיּוּת ומערכות סוֹדִיּוּת אמיתית.
מערכות הסתרה כוללות אפילו את הכתיבה בדיו בלתי נראה, וניתן לסכם אותן כניסיון להסתיר מידע רגיש באופן פיזי (אבטחה באמצעות עֲמִימוּת).
מערכות פְּרָטִיּוּת משערות כי קיים ציוד משותף (למצפין במקור ולמפענח המיועד) שלא נמצא בידי המצותת הממוצע, בעוד מערכות סוֹדִיּוּת אמיתיות משערות כי כל אחד מסוגל ליירט ולהעתיק (או להקליט) את המסר או את התשדורת המוצפנים.
עולם ה"סוֹדִיּוּת האמיתית" של שנון דומה מאוד לאתגרי האבטחה שעומדים מולנו באינטרנט של היום. הסוֹדִיּוּת המושלמת מתקרבת לרעיון של הצפנה מושלמת. בעיקרון, היא קובעת כי אם המלל המוצפן, מפתח ההצפנה והמלל הבלתי מוצפן משתנים בקצב עקבי, כנראה שאנחנו מתקרבים לסודיות המושלמת. התיאוריה קובעת שכל מי שיצליח ליירט הודעה מוצפנת, לא יצליח להסיק דבר על הטקסט הבלתי מוצפן באמצעות ניתוח המלל או התבניות שבהודעה המוצפנת. אין תבנית ממנה אפשר לחשב לאורך זמן את ההודעה המקורית, והסיכוי שמישהו ינחש את ההודעה המקורית זהה לזו של ניחוש ללא שתהיה בידיו ההודעה המוצפנת. זה אומר שכל הודעה מוצפנת שהפורץ רואה, חסרה כל משמעות ולא ניתן להשתמש בה לשחזור הטקסט המקורי.
מתקפות מסוג Brute force לא מצליחות לגלות דבר מפני שמפתח ההצפנה משתנה כל הזמן. תיאורטית, "פנקס חד פעמי" (OTP – One Time Pad)  הוא צופן סימטרי בלתי פריץ שיש בו את תכונת ה-"סודיות המושלמת" של שנון.

הצפנת השאריות של מרטינז סנצ'ו היא עד היום המערכת היחידה שבנוסף לשני התנאים המסורתיים של שנון (בלבול ודיפוזיה) מוסיפה תנאי נוסף: טְרַנְסְפוֹרְמַצְיָה, שינוי צורה. תכונה זו נכנסת לקריפטוגרם  באמצעות מפתח פרוטוקול הנוצר מתוך 3 דרכי הצפנה לפחות שניתן להנחיל באופן אינדיבידואלי או ביחד. פרופסור מרטינז סנצ'ו אומר כי זה מה שיוצר שוני מהותי מקיף ביחס לשיטות קריפטוגרפיות אחרות. כלומר, ההצפנה הופכת מתורה דו ממדית לתורה תלת ממדית (בלבול x דיפוזיה x טרנספורמציה).
עם הצפנת השאריות ניתן לצור מספר בלתי מגובל של תהליכי הצפנה עם אותו מלל בסיס ואותו מפתח, והתוצאה היא בכל מקרה קריפטוגרם (הודעת צופן) באותו אורך (מספר תווים), אך בדרך שאף אחד מהם לא ניתן לפענוח - גם אם המפתח ידוע – אלא באמצעות התהליך הייחודי אשר שימש למצפין.
מפתח הפרוטוקול בלבד כבר מציע מספר אינסופי של אפשרויות שילוב, מה שמקל על הצפנות שונות של כל פיסת מלל, תמונה, קובץ או סרט, מבלי להציע כל מידע שיקל על פענוח הקריפטוגרם הבא – בדיוק כפי שנקבע על ידי הקריפטוגרם הבטוח של שאנון.

מרטינז סנצ'ו הדגים בפני עיתונאים את הצפנת השאריות באמצעות מחשב ישן והתקן חומרה שהכיל את תוכנת ההצפנה שלו. תוך 3 שניות התוכנה הצפינה את ספר דון קישוט השלם ובהמשך הפיקה הודעות צופן שונות של אותו ספר.
הפרופסור שלח את הודעת הצופן בדואל, קיבל אותה בחשבון אחר ופתח אותה, הוסיף לה את מפתח ההצפנה ופענח אותה. לדבריו, גם אם צד ג' יצליח לגלות את 99% מהרכב המפתח, הוא לא יצליח לפענח את הצופן באמצעות מתקפת Brute Force, המנסה פעם אחר פעם אפשרויות מפתח שונות. תו אחד שגוי, והמידע לא ניתו לפענוח.
אבל, גם במידה וצד ג' השיג את המפתח השלם, הוא לא יהיה מסוגל לפענח את הצופן ללא התהליך ששימש להצפנה – תהליך אחד מתוך מספר אינסופי של אפשרויות.