הצפנה קלאסית

הצפנה ככלי לקידוד והסתרת מידע הייתה קיימת משחר ההיסטוריה. בראשית דרכה הייתה ההצפנה בעיקר אמנות לקסיקוגרפית שנעשתה בשיטות פרימיטיביות ידניות. שיטות ההצפנה בהן עסקו בעת העתיקה, עד תחילת המאה העשרים, נקראות הצפנה קלאסית במובן זה שהן נעשו בשיטת 'נייר ועט' או באמצעים מכניים בסיסיים כמו גליל הצפנה (ראה תרשים) או בשיטות סטגנוגרפיות. זאת בניגוד לקריפטוגרפיה מודרנית שנעשית באמצעות מחשב. ממצאים המעידים כי המצרים הקדמונים השתמשו בהצפנה בכתב חרטומים, לערך 3000 שנה לפנה"ס.
בתנ"ך ובמקורות יהודיים נוספים קיימות עדויות נוספות להצפנה. לדוגמה, בספר ירמיהו (נכתב בשלהי תקופת בית ראשון, לפני שנת 586 לפנה"ס) נכתב 
"ומלך ששך ישתה אחריהם" (ירמיהו כה כו), "..אל ישבי לב קמי רוח משחית" (ירמיהו נא א).  "ששך" היא "בבל" ו"לב קמי" היא "כשדים" בצופן אתב"ש.
השימוש בהצפנה התרחב בתקופת יוון העתיקה.
צבא ספרטה השתמש צופן הזזה פשוט. בצופן זה, כל אות משנה את מיקומה לפי חוק מסוים. צפנים אלו מומשו בין היתר בעזרת גליל הצפנה.
יוליוס קיסר (102 עד 40 לפנה"ס) נהג להשתמש בשיטת הצפנה שנקראת צופן החלפה, בה כל אות נשארת במקומה אך מוחלפת באות שונה לפי חוקיות מסוימת. הצופן בו השתמש יוליוס קיסר נודע לימים כצופן קיסר. כמו כן נעשה בתקופה זו שימוש רב בשיטות סטגנוגרפיות, כגון קעקוע המסר על ראשו המגולח של חייל ושליחתו ליעד לאחר שצמחו שערותיו, או כתיבת המסר על לוחות עץ וציפויים בשעווה לאחר מכן.

קריפטוגרפיה בעת החדשה

בימי הביניים ובעת החדשה נעשה שימוש רב בהצפנה מסוגים שונים.
צופן הזזה ב"שיטת הרשת" שימש את האפיפיור. 
אנגרמות שימשו מדענים כגון גלילאו גלילי (המאה ה-16) להחבאת סודות או על מנת להוכיח זכות ראשונים על גילויים מדעיים.
מרי, מלכת הסקוטים (המאה ה-16) התכתבה עם קבוצת אצילים קתוליים שרצו להדיח את המלכה אליזבת הראשונה מהכתר, באמצעות צופן החלפה. שבירת צופן זה על ידי שרות הריגול של המלכה אליזבת עלתה למלכה מרי בחייה.
במהלך המאה ה-9 פותחה על ידי איש האשכולות העיראקי אל-כנדי (801-873) שיטת פיצוח צפנים המבוססת על ניתוח תדירויות. ככל הנראה, ניתוח התדירויות החל בעקבות בחינה של כתבי הקוראן וניסיון לנתח אותם. שיטה זו הייתה שימושית לפיצוח צפנים עד שלהי המאה ה-20 ופיתוח ההצפנה המודרנית.
אל-כנדי פרט את ממצאיו בספר שהכיל, בין היתר, מספר שיטות לפיצוח צפנים (חלקן עבור צפנים פוליאלפביתיים), סיווג צפנים שונים, וניתוח תדירויות אותיות בשפה הערבית.
הסופר והמתמטיקאי המצרי אל-קאלקשנדי (1355 - 1418) כתב אנציקלופדיה שהכילה פרק בנושא קריפטוגרפיה. כתבים אלו הכילו צפני הזזה וחלפה פשוטים, וכן צפני החלפה בהם כל אות מוחלפת באות אחרת מתוך מבחר של מספר אותיות שונות. כמו כן מתוארים שיטות קריפטאנליטיות מבוססות ניתוח תדירויות של אותיות, וצרופי אותיות שלא יופיעו זו אחר זו בטקסט. ייתכן שכתבים אלו מקורם בעבודתו של טאג' א-דין עלי (1312 - 1361).
מחוץ לאירופה ולעולם המוסלמי, תחום הקריפטוגרפיה לא התפתח רבות. לדוגמה, קריפטוגרפיה ביפן החלה להתפתח ככל הנראה רק בשנת 1510.

סוגי הצפנה

בעת העתיקה נעשה שימוש בשני צפנים קלאסיים עיקריים: צופן שחלוף (הזזה או העתקה) וצופן החלפה.
צופן הזזה (טרנספוזיציה או העתקה) הוא צופן בו כל אות משנה את מיקומה לפי חוקיות מסוימת. צופן הזזה היה נפוץ בעת העתיקה כאנגרמה (שיכול אותיות). אנגרמות מופיעות ביוון העתיקה וברומא העתיקה, וכן בתלמוד ובמדרשים, שבהם הן קרויות "היפוך אותיות" או "סירוסי מקרא" כמו את-בש. כיום אנגרמות אינן נחשבות ככלי קריפטוגרפי, בשל העובדה כי קל לפצחן, הן נחשבות כשעשוע-מוחי, ומופיעות בתשבצי היגיון.
צופן החלפה הוא שם כללי לצופן בו כל אות מוחלפת על ידי אות אחרת לפי חוקיות ידועה הנקראת מפתח. צופני החלפה מתחלקים לשני סוגים עיקריים; צופן החלפה חד-אלפביתי שבו מוחלפת כל אות באות אחרת לפי היסט קבוע או צופן החלפה רב-אלפביתי שבו ההיסט משתנה מאות לאות בהתאם לקבוצת מפתחות או היסטים. דוגמה ידועה לצופן החלפה חד-אלפביתי היא צופן קיסר בו השתמש יוליוס קיסר. בצופן זה כל אות מוחלפת באות הבאה אחריה באלפבית בהיסט מסוים וקבוע (באופן מעגלי). לדוגמה, אם ההיסט הוא שלוש אותיות (גודל ההיסט בו השתמש יוליוס קיסר), המילה "קיסר" תוחלף במילה "תמצא". בצופן זה, גודל ההיסט הוא המפתח לפענוח המסר. צופן החלפה חד-אלפביתי קל לזיהוי ולשבירה כיוון שהוא משמר את תדירות האותיות שבמסר המקורי וקל לפצחו מכיוון שמספר ההיסטים האפשריים מוגבל מאוד. צופן החלפה רב-אלפביתי מסתיר את תדירויות האותיות על ידי החלפה דינאמית בהתאם לסדרה של היסטים שונים, בהם משתשמים באופן מחזורי כדי להגדיר את ההמרה בין כל אות (או קבוצת אותיות) בטקסט הגלוי, לאות (או קבוצת אותיות) בטקסט המוצפן. צופן ויז'נר וצופן ורנם הם דוגמאות טובות לצופן החלפה רב-אלפביתי וכן במידה מסוימת מכונת האנימה. פעמים שקבוצת ההיסטים היא בעצם אוסף אותיות הנגזר מספר כלשהו לפי סדר הופעתם ואז יקרא הצופן ספר צופן, יתרונו הוא שמכיל כמות גדולה של מפתחות לשימוש, למשל דף מפתח ייעודי עבור כל יום בו עושים שימוש בצופן. בדרך זו מטשטשים יותר את הזיקה בין הצופן לטקסט הגלוי, בהתאם לרמת אקראיותו של הטקסט המשמש כמפתח.

הצפנה קלאסית במאה ה-20: מכונות הצפנה מבוססות רוטור

בראשית המאה ה-20, עם התפתחות הטכנולוגיה, בעיקר המצאת הרדיו והטלפון, גבר הצורך באמצעי אבטחה קריפטוגרפיים ממוכנים, עקב קלות היירוט של שדר אלחוטי. אז החלו להופיע לראשונה מכונות הצפנה מבוססות רוטור.
מקור הרעיון החל בגליל ג'פרסון על שם ממציאו תומאס ג'פרסון, לימים נשיאה השלישי של ארצות הברית. זהו צופן החלפה רב-אלפביתי הבנוי מציר מרכזי עליו מורכבים מספר גלילים שהיקפם מחולק ל-26 מקטעים, בהם מוטבעות האותיות A עד Z לא בסדר אלפביתי אלא בסדר אקראי כלשהו, כל גליל בסדר אלפביתי אחר. הגלילים המסוגלים לנוע בחופשיות ללא תלות זה בזה והמנגנון כולו יכול לשמש כחלק ממכונת כתיבה שמדפיסה את הצופן על פי סדר האותיות שהוטבע בגלילים. לאחר מכן החלו להופיע מכונות הצפנה מורכבות יותר בהן הורכבו גלילים בהיקפים שונים ובסדר שונה ונוספו מנגנונים אלקטרוניים שונים, כדי להתאימם לתקשורת אלחוטית. הדוגמה הקלאסית היא מכונת אניגמה הגרמנית ששימשה את הנאצים במלחמת העולם השנייה.
למכונות ההצפנה מבוססות הרוטור היה משקל מכריע במלחמת העולם השנייה. המכונות שימשו בעיקר לתקשורת מאובטחת בין כוחות הצבא לבין המפקדות ובחילות הים. רוב מכונות ההצפנה פוצחו על ידי מנתחי הצפנים של כוחות המודיעין. יחידת המודיעין הסודית של הבריטים בבלצ'לי פארק, הצליחה בזמן מלחמת העולם השנייה ליירט ולפענח שדרים מוצפנים של הצבא הגרמני ששודרו באמצעות מכונות הצפנה מסוג זה. אלן טיורינג, שהניח את היסודות להמצאת המחשב המודרני, היה בראש צוות מנתחי הצפנים הבריטיים שפיצח את האניגמה. הודות לכך, השיגו בעלות הברית יתרון משמעותי במלחמה. גם בעלות הברית עשו שימוש במכונות הצפנה שונות כמו TypeX הבריטית ו-SIGABA האמריקאית (שככל הידוע לא פוצחה בעודה בשירות פעיל).
בספרו של וינטרבותאם The Ultra Secretes צוטט גנרל דווייט אייזנהאואר לאחר המלחמה שלמודיעין האולטרה הייתה השפעה "נחרצת", כלשונו, על ניצחון בעלות הברית במלחמת העולם השנייה. כמו כן טוען וינטרבותאם בספרו שהמלחמה הייתה עשויה להיגמר במפלה מוחלטת אילו לא הייתה קיימת אולטרה.