La storia della crittografia ha origini remote ed inizia con la crittografia classica, con metodi di cifratura che utilizzavano carta e penna o, al massimo, semplici supporti meccanici; agli inizi del XX secolo l'invenzione di dispositivi elettromeccanici, come ad esempio la macchina Enigma a rotori, elevò a più sofisticati ed efficienti livelli la cifratura; la successiva introduzione dell'elettronica e dei computer ha permesso l'utilizzo di schemi di cifratura sempre più complessi, molti dei quali non ottenibili con carta e penna.
Lo sviluppo della crittografia è andato di pari passo con lo sviluppo della crittanalisi, l'arte della "rottura" dei codici e dei cifrari. La scoperta e l'applicazione, agli inizi della crittanalisi moderna, dell'analisi delle frequenze alla lettura delle comunicazioni cifrate ha qualche volta alterato il corso della storia. Così è stato, ad esempio, per il telegramma Zimmermann, che ha anticipato l'ingresso degli Stati Uniti d'America nel primo conflitto mondiale come anche per l'accesso alle informazioni cifrate delle truppe naziste da parte degli Alleati che ha accorciato, a detta degli esperti, la seconda guerra mondiale di un paio di anni.
Crittografia classica
Il più antico esempio di utilizzo della crittografia è stato rinvenuto in alcuni geroglifici egiziani scolpiti in antichi monumenti dell'Antico Regno (risalenti a più di 4500 anni fa). Anche se non si possono certamente considerare come seri esempi di comunicazioni segrete, sono da considerare come tentativi di scritture misteriose, intriganti o stravaganti fatti da letterati del tempo. Ci sono anche altri esempi di utilizzo della crittografia, o di qualcosa che ci assomiglia molto: ad esempio, su alcune tavolette di argilla mesopotamiche sono state trovate incisioni cifrate chiaramente fatte con l'intento di proteggere le informazioni riportate, forse ricette con un qualche valore commerciale. Altre forme di antichi metodi crittografici sono i cifrari monoalfabetici ebraici del VI secolo a.C., come il cifrario Atbash, usato anche per offuscare alcuni nomi nella Bibbia.
La crittografia ha una lunga tradizione nelle scritture religiose, dove molto spesso era usata per attaccare la cultura dominante o le autorità politiche. Forse il più famoso esempio è il Numero della bestia che appare nell'Apocalisse di Giovanni: gli studiosi sono propensi nel ritenere che il 666 fosse un simbolo indicante l'imperatore Nerone, reo di sanguinose persecuzioni nei confronti dei Cristiani. L'uso della crittografia negli scritti religiosi dei primi Cristiani terminò con l'avvento dell'imperatore Costantino I, convertitosi al Cristianesimo.
Gli antichi Greci si dice avessero conoscenze di crittografia (ad esempio il bastone per cifrare scitala, che sembra fu utilizzato dall'esercito di Sparta). Erodoto ci parla di messaggi segreti incisi su tavolette di legno e poi nascosti da uno strato di cera oppure tatuati sulla testa di uno schiavo e mascherati dalla ricrescita dei capelli. Ovviamente queste non possono essere considerate tecniche crittografiche dato che, una volta scoperto, il messaggio era direttamente leggibile: dobbiamo in questi casi parlare semplicemente di steganografia. I Romani conoscevano certamente la crittografia: l'esempio più noto è il cifrario di Cesare, un cifrario monoalfabetico. Anche in India la crittografia era abbastanza nota. È addirittura raccomandata nel Kāma Sūtra agli amanti come tecnica per poter comunicare senza essere scoperti.
Crittografia medievale
Furono probabilmente motivi religiosi inerenti all'analisi testuale del Corano che portarono all'invenzione della tecnica dell'analisi delle frequenze per violare i cifrari a sostituzione monoalfabetica da parte di al-Kindi intorno al IX secoloIbrahim A. Al-Kadi (April 1992), "The origins of cryptology: The Arab contributions”, Cryptologia 16 (2): 97–126. Questa fu, fino alla seconda guerra mondiale, la più importante tappa della crittoanalisi: fino all'avvento del cifrario polialfabetico di Leon Battista Alberti (1495 circa), tutti i cifrari erano vulnerabili a questa tecnica crittanalitica. Anche se l'Alberti è spesso indicato come il padre dei cifrari polialfabetici, sembra però che già 500 anni prima di lui gli Arabi avessero conoscenze di questo tipo di cifrario, stando ad alcuni manoscritti di Al-Kindi recentemente scoperti.
Il già menzionato matematico arabo Abū Yūsuf Yaʿqūb ibn Isḥāq ibn al-Ṣabbāḥ ibn ʿOmrān ibn Ismāʿīl al-Kindī scrisse un libro sulla crittografia intitolato "Risāla fī istikhrāj al-muʿamma" (Epistola sulla decifrazione dei messaggi crittati), all'incirca nell'800 d.C., dove descrisse alcuni cifrari polialfabetici, la classificazione dei cifrari, la fonetica e la sintassi araba, e, cosa più importante, descrisse l'uso di diverse tecniche di crittanalisi e dette la prima descrizione dell'analisi delle frequenzeSimon Singh, The Code Book, pp. 14-20. Nella sua opera analizzò anche alcuni metodi di cifratura, mostrò la crittanalisi di alcuni cifrari e descrisse l'analisi statistica delle lettere e delle combinazioni di lettere nella lingua arabaAl-Kindi: Cryptgraphy, Codebreaking and Ciphers (articolo in inglese).
Ahmad al-Qalqashandi (1355-1418) scrisse un'enciclopedia in 14 volumi intitolata Ṣubḥ al-aʿsha che includeva anche una sezione dedicata alla crittologia, la cui fonte era un precedente lavoro del matematico Ibn al-Durayhim, che visse dal 1312 al 1361 e che scrisse un'opera andata perduta dedicata interamente alla crittografia. La lista dei cifrari include sia quelli a sostituzione (mono- e poli-alfabetici) sia a trasposizione e, per la prima volta, un cifrario con sostituzioni multiple per ogni lettera del messaggio in chiaro. Sempre riferita a Ibn al-Durayhim è la spiegazione della crittanalisi, con esempi concreti di applicazione di tale tecnica, incluso l'utilizzo di tabelle riportanti la frequenza delle lettere ed insiemi di lettere che non possono comparire insieme in una parola.
In Europa la crittografia divenne molto importante come conseguenze della competizione politica e della rivoluzione religiosa. Per esempio, durante e dopo il Rinascimento, molti matematici e studiosi di diversi stati Italiani furono responsabili di una rapida proliferazione di tecniche crittografiche, alcune delle quali riflettevano la conoscenza (o anche la comprensione) degli studi dell'Alberti sulle tecniche di sostituzione polialfabetiche. "Cifrari avanzati" comparsi dopo quello dell'Alberti, non erano così avanzati come i loro inventori o utilizzatori volevano far credere (e probabilmente non ritenuti tali neanche da loro): essi venivano regolarmente violati. Questo eccesso di ottimismo è spesso insito nella crittografia perché, allora come oggi, è realmente difficile sapere con certezza quanto vulnerabile sia una nuova tecnica.
La crittografia e la crittanalisi, così come il doppio gioco di un agente segreto e corriere, entrano nel complotto Babington per l'eliminazione di Maria Stuarda, regina di Scozia e pretendente al trono d'Inghilterra detenuto dalla regina Elisabetta I. E sempre un messaggio segreto, decrittato agli inizi del Novecento da Étienne Bazeries, sembra svelare l'identità del misterioso e sfortunato prigioniero noto come Maschera di Ferro, che alla fine del Seicento visse per molti anni imprigionato in diverse fortezze. La crittografia entra anche sia nel complotto che portò all'esecuzione di Mata Hari, la famosa ballerina ed agente segreto che lavorava come spia per i francesi e per i tedeschi, sia nell'affare Dreyfus, dove un ufficiale francese fu ingiustamente accusato di tradimento per coprire il vero responsabile dei fatti a lui addebitati.
Al di fuori dell'Europa, dopo la fine dell'epoca d'oro del mondo arabo per opera dei Mongoli, la crittografia rimase senza uno sviluppo costante. In Giappone la crittografia fa la sua comparsa solo nel 1510, e tecniche avanzate di crittografia non saranno note fino all'apertura del Paese al mondo occidentale avvenuta nel 1860. Durante gli anni venti ufficiali polacchi furono chiamati dall'esercito giapponese a fornire conoscenze ed assistenza per lo sviluppo di codici e sistemi cifrati.
Crittografia dal 1800 alla seconda guerra mondiale
Anche se la crittografia ha una storia lunga e complessa, fino al XIX secolo essa non sviluppò niente più che approcci ad hoc sia alla cifratura sia alla crittanalisi, come i lavori sull'analisi dei cifrari polialfabetici di Charles Babbage, rielaborati e pubblicati dal prussiano Friedrich Kasiski. La comprensione della crittografia a quel tempo in genere consisteva di piccole conquiste fatte a costo di notevoli sforzi: si vedano, ad esempio, gli scritti pubblicati da Auguste Kerckhoffs del XIX secolo. Edgar Allan Poe utilizzava metodi sistematici per violare i cifrari nel 1840. In particolare egli pubblicò sullAlexander's Weekly (Express) Messenger di Philadelphia un annuncio in cui si vantava della sua abilità di violare qualsiasi cifrario ed in cui chiedeva che gli fossero inviati testi cifrati da decodificare. Il suo successo creò un interesse popolare di diversi mesi. Dopo un po' di tempo scrisse anche un saggio sui metodi crittografici che si rivelò utile come punto d'inizio per i crittografi britannici della Stanza 40, il nome della stanza dell'ammiragliato inglese sede dell'ufficio crittografico preposto alla violazione dei codici cifrati tedeschi durante la prima guerra mondiale.
Nel 1917 Gilbert Vernam propose una telescrivente cifrante in cui una chiave precedentemente stabilita, impostata su nastro perforato, veniva combinata carattere per carattere con il testo in chiaro per produrre il testo cifrato. Nacquero così le macchine cifranti ed i sistemi one-time pad, dove la chiave è lunga quanto il testo da cifrare.
I metodi matematici proliferarono durante il periodo antecedente la seconda guerra mondiale: ciò si evince in particolare dall'applicazione delle tecniche statistiche alla crittanalisi ed allo sviluppo dei cifrari fatti da William F. Friedman e dalla violazione, ad opera del polacco Marian Rejewski nel 1932, della macchina Enigma. I tedeschi fecero largo uso di questa macchina basata su rotori inventata da Arthur Scherbius. Rejewski, dell'Ufficio Crittografico polacco, dedusse nel dicembre del 1932 i dettagli della struttura interna di Enigma basandosi esclusivamente sulla matematica e sulla poca documentazione ricevuta da Gustave Bertrand, un capitano dell'intelligence francese. Rejewski ed i suoi colleghi matematici dell'Ufficio Cifrari polacco, Jerzy Różycki e Henryk Zygalski, continuarono a leggere i messaggi delle macchine Enigma ed a tenersi al passo con gli aggiornamenti che il suo autore apportava alla macchina tedesca. Con l'avanzare della guerra (i tedeschi erano alle porte della Polonia) e con le risorse che divenivano insufficienti per contrastare le innovazioni introdotte dai tedeschi nell'Enigma, dietro ordine dell'Alto Comando militare polacco, Rejewski ed i suoi colleghi accolsero a Varsavia rappresentanti dell'''intelligence di Francia e Gran Bretagna, che furono introdotti ai segreti della decifratura dell'Enigma. Il 1º settembre 1939 i tedeschi invasero la Polonia ed il personale chiave dell'Ufficio Cifrari fu evacuato verso est; ma, quando l'Unione Sovietica, il 17 settembre, attraversò il confine orientale della Polonia, essi furono spostati in Romania e da lì raggiunsero Parigi, dove si unirono al gruppo di crittanalisti della stazione PC Bruno, che operava nei dintorni della capitale francese intercettando le trasmissioni tedesche in cooperazione con il gruppo di crittanalisti britannico di Bletchley Park. Del gruppo inglese facevano parte molti esperti scacchisti e professori di matematica, quali Gordon Welchman, Max Newman e Alan Turing, il fondatore della moderna informatica.