Sự hình thành và phát triển của khóa và chìa khóa

Khóa và chìa khóa đã đồng hành cùng loài người qua nhiều giai đoạn trong lịch sử và thay đổi theo đó.

Sự ra đời, phát triển của khóa và chìa khóa

Trong số tất cả những công nghệ được dùng hằng ngày, bạn có lẽ chẳng mấy khi để ý tới thiết bị nhỏ bé thần kỳ giữ nhà giữ cửa và cả hòm đồ của bạn. Ổ khóa và chìa khóa đã có mặt trên thế giới hàng ngàn năm nay, nhưng tại chính thời điểm này, chúng đang trải qua bước ngoặt lịch sử lớn – từ kim loại chuyển sang điện tử, từ tách biệt trở nên kết nối hơn bao giờ hết.

Đây là bước cải tiến vĩ đại nhất trong công cuộc bảo mật từ sau thiết kế khóa gỗ tại Mesopotamia, khoảng 6000 năm trước đây. Trong khi những chiếc khóa đời đầu giúp con người yên tâm về đồ đạc mà không cần phải ngó trước nghiêng sau, hậu vệ từ tương lai của chúng lại gánh thêm hẳn những trách nhiệm lớn khác như cá nhân hóa việc bảo mật và theo dõi được cả lịch sử ra vào của người dùng.

Song song với việc đổi mới chiếc khóa, ta cũng chẳng biết trước được liệu có công nghệ bảo mật vật lý nào khác thay thế nó hay không?

The Origin of the Lock – Những chiếc khóa đầu tiên

Công cụ bảo mật đầu tiên được phát hiện bởi các nhà khảo cổ học khoảng giữa thế kỷ 19 tại Cung điện Khorsabad ngày nay của Iraq. Bộ khóa và chìa sơ khai đã có mặt từ khoảng 4000 năm trước Công nguyên, vào thời kỳ vương quốc Mesopotamian của Assyria. Chiếc khóa khi đó được làm từ gỗ, với thiết kế tương đối giống với những chiếc khóa hiện đại ngày này – hoặc ít nhất là giống về nguyên lý hoạt động.

Nó được gọi là ổ khóa lẫy. Nói một cách đơn giản, các đinh ghim với độ dài khác nhau được đưa vào bên trong bộ khóa để ngăn việc mở cửa nếu không có chìa khóa. Khi cắm chìa vào ổ, chiếc chìa khóa sẽ đẩy các đinh ghim lên trên và thanh chắn giữ cửa sẽ được mở ra.

Vào thời kỳ này, thứ duy nhất có thể thay thế bộ khóa này có lẽ chỉ có phải thuê một anh vệ sĩ canh cửa mà thôi!

Người Ai Cập cổ đại sau đó đã nâng cấp thiết kế của thời kỳ Mesopotamian, cũng mở ra kỷ nguyên khóa và ổ trong các thiết kế những cánh cửa lớn. Mặc dù bộ khóa vẫn được làm từ gỗ, người Ai Cập đã thay thế các đinh ghim bằng đồng thau.

Chiếc khóa được cái tiến sẽ trông như thế này.

Nguyên lý hoạt động giữa chìa và đinh ghim đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ. Từ Ai Cập, xu hướng này lan ra tới Hy Lạp và sau đó là cả Đế chế La Mã, nơi mà chiếc khóa còn được chỉnh sửa lại nhỏ hơn để vừa với các hòm và tủ đồ. Những người La Mã giàu có cũng sẽ đeo khóa của họ giống như nhẫn để khiêu khích các dòng dõi quý tộc khác: “Tôi giàu tới nỗi có những thứ cực quan trọng cần phải bảo vệ”.

Thời lên ngôi của những chiếc chìa khóa đa năng

Thiết kế cơ bản của khóa lẫy bằng gỗ vẫn không thay đổi cho đến thời Trung cổ, khi những người thợ thủ công Anh Quốc tạo ra những chiếc khóa kim loại đầu tiên. Những ổ khóa bao gồm một lỗ khóa và một trục ở phía cuối. Bên trong lỗ khóa là một loạt các tấm đồng tâm, hoặc các khe và rãnh. Trừ khi mô hình của các bậc trên chiếc chìa hoàn toàn khớp với với mô hình của các khe răng, sẽ không tài nào có thể vặn được chìa khóa. Nếu quay chìa theo các phía, nó sẽ gắn được hoặc gỡ bỏ hoàn toàn then chốt.

Ổ khóa khe răng vẫn được sử dụng tới ngày hôm nay, dù chúng chủ yếu chỉ đang được trưng bày tại các địa điểm lịch sử, để tránh bị giả mạo trong nhiều thế kỷ. Những chiếc khóa sẽ rất giống với bất cứ chiếc khóa của lâu đài hay một tổ chức bí mật mà người ta vẫn thường hay mơ tới. Chúng rất đẹp!

Thế nhưng dù có đẹp thế nào đi chăng nữa, nó vẫn có những lỗi không thể gạt bỏ được. Mẫu khe răng và nốt có nhiệm vụ khiến cho chìa của nó không thể mở chiếc khóa khác. Nhưng nếu đã nắm được nguyên lý cơ bản về hình dáng chìa, người ta hoàn toàn có thể xoay các nốt khóa xuống và hoàn toàn có thể chặn được các khe ổ cắm. Điều này đã tạo nên thứ gọi là “skeleton key – chìa khóa đa năng”. Với nguyên lý này, kể cả khi chiếc khóa chỉ có một nốt to tướng, vẫn có thể phá được mê cung trận của vô vàn khe rãnh nhỏ trong ổ.

Mặc dù mục đích bảo mật của nó từ đó không còn được tốt nữa, những chiếc ổ khóa khe răng này đã mở ra một kỷ nguyên mới của nghề thủ công. Những người thợ kim loại tay nghề cao được thuê và đào tạo trở thành người thợ khóa, thiết kế và tạo nên những chiếc khóa điêu khắc và trang trí tuyệt hảo để hợp với kiến trúc tòa nhà. Bằng việc nhân bản hình dạng các lỗ khóa và thêm thắt một vài khe răng phức tạp, những người thợ khóa hoàn toàn làm chủ công cuộc bảo mật thời bấy giờ. Vậy nhưng song song với đó, những chiếc khóa mở được nhiều ổ lại càng tinh xảo hơn nữa. Vào cuối thời kỳ Phục hưng, đã có hàng tá các mẫu thiết kế được phá, và việc phá khóa lại trở thành một cái nghề. Tự nhiên, cái ham muốn tạo nên những chiếc ổ không-thể-phá-bỏ trở thành vấn đề hết sức quan trọng.

Thời kỳ đầu của thợ khóa

Thời đại Công nghệ đã thúc đẩy một kỷ nguyên mới của những loại khóa có cấu trúc phức tạp. Chúng càng ngày càng phổ biến hơn, và nước Anh trở thành người đi đầu cho trào lưu bảo mật mới. Vào năm 1778, Robert Barron đã phát minh ra loại khóa gồm hai tầng lẫy. So với việc chỉ cần xoay hết các nốt răng cưa lên để mở gạt cửa trong thời cổ đại, chiếc khóa mới này cần tới hai đến bốn lần khóa với những mức cao và sâu khác hẳn nhau. Barron tự hào gọi chúng là “Chiếc khóa an toàn hơn bất kỳ thứ khóa nào đã từng được làm từ trước tới nay".

Và một lần nữa, loại khóa này vẫn chưa đạt được đến độ an toàn như mong đợi. Chỉ cần đúng thao tác với một vài công cụ, chiếc khóa vẫn hoàn toàn có thể bị phá, dù rằng có khó hơn và nhiều tầng nhiều lớp hơn. Chỉ dựa vào nguyên lý “nâng độ khó, nâng bảo mật” này, cũng chẳng bao lâu sau đó mà thiết kế của Barron đã đi vào dĩ vãng của những người Anh Quốc.

Tới năm 1784, Joseph Bramah tạo ra một chiếc khóa vô cùng hữu hiệu mà cho đến nay vẫn được sản suất và bày bán trên các cửa hàng ở London. Nhìn bề ngoài, thiết kế của chúng hầu như không có gì thay đổi. Một chiếc chìa khóa dạng trục với những đệm vòng phía bên trong ổ khóa, với những mục đích tương tự như các tầng lớp trong thiết kế của Barron trước đó: Những vòng đệm sẽ tiếp xúc đúng độ sâu và mở được then chốt. Bramah vô cùng tự tin về chiếc khóa này của mình, tới mức vào năm 1790, ông mở hẳn một cuộc thi tại sạp bán của mình xem ai có thể phá được nó. Ông còn đề cử hẳn một mức phần thưởng vô cùng lớn lên tới 200 đồng vàng thời bấy giờ.

(Khoảng 200.000 USD với mức giá như hiện nay). Không ai có thể lay chuyển được chúng cho tới mãi năm 1851, khi Alfred C. Hobbs, một thợ khóa của đất Mỹ ghé thăm Triển lãm Lớn và mở được chúng. Dù vậy, ông cũng phải mất tới 51 giờ đồng hồ để phá toàn bộ mê cung trận của Bramah.

Tuy nhiên, không vì thế mà sự tối ưu của khóa Bramah ngăn cản được các sáng kiến khác. Vào năm 1817, một tên trộm ở Portsmouth Royal Dockyards đã đề xuất với chính phủ Anh mở một cuộc thi đúc khóa. Người thắng cuộc sẽ giành giải 100 Pounds cho phát minh nào không thể mở được bằng bất kỳ thứ chìa nào khác ngoài chiếc chìa do chính chủ nhân nó tạo ra. Và cuối cùng, Jeremiah Chubb đã thắng cuộc với việc cải tiến thiết kế nhiều tầng của Barron với những kiểu lẫy riêng của mình. Ông thậm chí còn thêm vào một tính năng vô cùng tuyệt vời khác: Chiếc khóa với tên gọi “detector lock – khóa thần thám” sẽ tự động tắc nghẹt lại nếu như cắm sai chìa khóa vào. Chỉ khi cắm đúng chiếc chìa của nó, khóa mới có thể được mở.

Màn trình diễn huyền thoại của Hobbs tại Triển lãm Lớn cũng bắt đầu đánh dấu sự suy tàn của đế chế Anh về các bậc thầy thợ khóa. “Kể cả trước khi có Triển lãm Lớn chúng tôi đã luôn tin rằng chúng tôi có những chiếc khóa tốt nhất thế giới,” tờ The Times viết, “thế rồi cả Bramah và Chubb đều được đánh giá là bất khả xâm phạm giống như Gibraltar". Người Mỹ có lẽ không bao giờ quên lần thắng đậm mang tính lịch sử này.

Back to Basics – Quay lại với những chiếc khóa thường ngày

Khi C.Hobbs làm chấn động cả Triển lãm Lớn vào năm 1851, tương lai của ngành bảo mật đã đang phát triển rậm rịch trên toàn nước Mỹ. Năm 1748, Linus Yale Sr. phát minh ra bộ khóa lẫy và khay riêng, mà giờ được biết đến với tên gọi là Chiếc khóa Yale. Thiết kế này là một bước cải tiến cần thiết từ bộ khóa lẫy bằng gỗ xa xưa của những người Ai Cập cổ đại. Linus Yale Jr., hậu duệ của ông, cũng đã nâng cấp thiết kế này vào năm 1961, và cho ra đời thứ mà nay chúng ta vẫn thấy: những chiếc chìa khóa dẹt có rãnh và các nốt cũng như khe ở trên cạnh. Thứ này đôi khi cũng giống với vật đang mở được chốt cửa nhà bạn đấy!

Cái giỏi của chiếc khóa Yale này chính là sự kết hợp hoàn hảo giữa giản đơn và an toàn. Chẳng cần đến nhiều tầng lớp cũng như những chiếc chìa phức tạp, thiết kế của Yale chỉ đơn giản là hoàn thiện lại bộ khóa lẫy cổ xưa mà thôi. Chiếc chìa khóa nhỏ gọn để mở chốt, hóa ra lại tạo nên những khác biệt vô cùng lớn như vậy. Với tất cả những kiểu chạm khắc để tạo rãnh cũng như là các nốt để vừa khớp vào loại khóa nhất định, chiếc chìa sẽ nhẹ nhàng đi vào lỗ khóa và vặn những cái răng cưa của ổ. Thiết bị này cũng đi kèm một bộ thanh cắm và phải quay cái thanh này để mở được chốt cửa. Khi này, chiếc chìa phải mở được tất cả lẫy trong khóa thì chốt mới được mở để thanh cắm có thể quay được.

Mỗi cái lẫy này thực ra lại có hai mảnh: một trục điều chỉnh và một lẫy chính. Những nốt trên chiếc khóa đẩy thiết kế lẫy vòng tới một điểm nhất định. Nếu như chiếc chìa khóa này đúng, các lẫy sẽ rơi xuống nốt của chìa, còn các lẫy điều chỉnh thì vẫn giữ nguyên ở trên. (Đó chính là sự khác biệt giữa thanh cắm của khóa và chiếc ổ khóa). Khi tất cả các lẫy được xếp đúng chỗ, chiếc thanh có thể xoay được và mở được chốt. Mọi thứ sẽ trông giống như thế này:

Cho tới 150 năm tiếp theo, thợ khóa vẫn tiếp tục cho ra đời những thiết kế mới và các cải tiến từ chiếc khóa Yale. Thế nhưng vào những năm đầu thế kỷ 20, đã có một mô phỏng mới khiến cho chiếc khóa không chỉ dừng lại ở đóng mở một cái hòm tủ đồ. Vào năm 1909, Walter Schlage đã phát minh ra chiếc khóa cửa bật được cả hệ thống đèn.

Chiếc khóa mở được cả đèn điện.

Schlage sau đó đã tạo ra bộ khóa lẫy-khay dạng trục với một thiết bị khóa bằng nút bấm, một cải thiện vô dùng tiện lợi so với chiếc khóa Yale mà bạn đã sử dụng phải đến hàng triệu lần ở nhà và cơ quan. Tới nay, công ty của Schlage vẫn là một trong những nhà máy khóa lớn nhất thế giới. Thế nhưng ý tưởng một chiếc khóa không chỉ dùng để khóa cũng phải đợi đến thời đại của công nghệ điện tử mới có thể phát triển tối ưu.

Dự đoán tương lai của Khóa và Chìa

Sự phát triển của công nghệ bảo mật vật lý rõ ràng là phức tạp hơn hẳn lịch sử của những chiếc chìa và khóa. Những người Roman cổ đại cũng đi đầu trong những ổ khóa kết hợp đầu tiên, và tạo ra những chiếc chìa từ những vật dụng nhỏ tới những ý tưởng lớn. James Sargent đã cải tiến ý tưởng này hoàn thiện hơn nữa bằng chiếc chìa đầu tiên trên toàn thế giới sử dụng thay thế cho khóa kết hợp. Sargent thậm chí còn biến những chiếc khóa trở nên thông minh hơn nữa khi ông cho ra đời bộ khóa thời gian đầu tiên, một cái chỉ mở được vào các chuỗi thời gian nhất định, một cái thì lâu hơn – phải chờ đến những mùa vụ chính xác mới có thể mở đươc. Hai loại thiết kế này lần lượt ra đời vào năm 1873 và 1880.

Ý tưởng của loại khóa trực quan chỉ mở cho những người nhất định tại những thời gian nhất định cũng đã bắt đầu nhen nhóm vào khoảng cuối thế kỷ 20. Tor Sornes đã phát minh ra chiếc khóa từ bằng thẻ đầu tiên vào năm 1975, mở ra một thị trường mới cho loại khóa có thể lập trình được. Trong một vài thập niên gần đây, khóa từ đã tận dụng tất cả các phương pháp bảo mật thông thường, từ password cho tới những dữ liệu sinh học như vân ngón tay.

Những chiếc khóa từ như mã báo an ninh và các thẻ RFID đã đưa chúng ta đến cái thế giới mà chỉ cần một tia sáng quét qua hay chuỗi các chữ số 0 và 1 là có thể mở được cửa. Giờ đây bạn thậm chí còn có thể mở cửa được bằng nhận dạng khuôn mặt của mình.

Cho tới mãi gần đây, công nghệ tiên tiến nhất vẫn được giữ kín và chỉ sử dụng cho các chính phủ và các cơ quan doanh nghiệp lớn. Nguyên nhân cũng chính bởi cái giá cho việc thiết lập bộ máy nhận diện khuôn mặt là không hề nhỏ. Dù ở trong cái thời kỳ mà mạng lưới đang là hưng thịnh nhất, những công ty gạo cội nhất của “làng” khóa thế giới vẫn đang tìm ra những giải pháp để đưa đến công nghệ mới nhất tới từng nhà dân. Mục tiêu cuối cùng, có lẽ chính để thay thế được thứ chìa khóa kim loại nhỏ bé dễ mất cũng như dễ nhái lại như hiện nay.

Những cái tên lão làng trong ngành Khóa như Yale và Schlage – cùng với sự bùng nổ của những công ty startup – đã và đang đi trên con đường tiến tới giấc mơ thoát khỏi những chiếc chìa khóa trong tương lai. Trong năm nay, cả hai công ty kể trên đã cho ra đời những chiếc khóa kết nối mới, có thể mở được với chỉ một cú lướt trên điện thoại smartphone, hay thậm chí là thông qua giọng nói của bạn. Sản phẩm mới của Shlage kết hợp với Apple HomeKit và bạn giờ đây có thể sử dụng Siri để mở những cánh cửa của mình. Nó thực ra hoàn toàn có thể sử dụng với một chiếc chìa khóa lỗi thời.

Ổ khóa điện tử là tương lai của công nghệ bảo mật.

Trong khi đó, chiếc khóa mà Yale đã bắt tay với Linus thực hiện đã tiến được một bước xa hơn hẳn: Không hề có khóa cơ học. Một chiếc điều khiển cảm ứng được cài đặt trên cửa nhà có thể giúp bạn cài lên tới 250 loại code cá nhân khác nhau. Bằng cách này, bạn hoàn toàn có thể đưa các mã code cho trẻ con trong nhà cũng như bạn bè thân thiết từng loại code và kiểm soát được việc đi đi về về của từng đối tượng.

Chiếc khóa này của Linus còn được kết hợp với cổng protocol Weave của hãng Nest và bạn có thể kết nối chiếc khóa tới rất nhiều thiết bị trong nhà. Hãy thử tưởng tượng khi bạn về nhà, khi mở cánh cửa ra thì đồng loạt tất cả các thiết thị được cài đặt sẽ lập tức được khởi động. Đôi khi TV lại chuyển ngay tới kênh mà bạn yêu thích nữa chứ! Và không chừng bộ điều chỉnh nhiệt cũng đang rục rịch mở điều hòa với những chiếc đèn bật sáng chờ sẵn chào đón bạn về nhà đấy!

Một khi chiếc khóa được kết nối Internet, nó cũng mở ra cánh cửa cho các hacker xâm nhập vào hệ thống của bạn. Mặc dù những ổ khóa thông minh đã có rất nhiều lớp bảo mật, chúng vẫn lưu lại dữ liệu về những lượt đi và về của bạn. Một vài người có thể thấy nó như sự tiện lợi. Tuy nhiên một vài người khác lại nghĩ đó là tính năng không cần thiết. Dù sao, chúng ta cũng không thể phủ nhận rằng khóa kết nối đang đặt thêm một lớp phức tạp lên nền công nghệ vốn dĩ giản dị và dễ dàng sử dụng. Cùng với những phương pháp của thế hệ mới như hàng rào địa lý, giao tiếp thông qua các kết nối ngắn cũng như Bluetooth, những ứng dụng này thậm chí còn có nhiều tính năng hơn hẳn chiếc khóa Yale cũ mà bạn đang sử dụng.

Ta có thể dễ dàng hình dung được tương lai của những thiết bị bảo mật cơ học có thể đi tiếp như thế nào dựa trên những mạng network được mã hóa để tiến lên và học hỏi. Thứ công nghệ phát hiện bước đi của bạn tới cửa và mở nó trước khi bạn mở khóa cũng đã có mặt rồi. Giờ đây sẽ là cuộc đua xem những giải pháp an ninh được cải tiến này có thực sự giúp cuộc sống của chính chúng ta có thực sự thêm phần an toàn và tiện lợi.

Con người đã quá quen với những chiếc chìa khóa lỗi thời để mở những ổ khóa lẫy đơn giản hàng ngàn năm nay. Có lẽ chúng ta cũng chẳng cần nó phải cải tiến hơn nữa. Nhưng chắc hẳn rằng, mọi người sẽ thích bỏ tiền ra mua một cái gì đó mới và trông thật oách song song với việc cảm thấy an toàn hơn nữa. Vậy còn bạn thì sao?

Trải qua hàng chục thế kỷ, con người vẫn cảm thấy quen thuộc với những chiếc khóa cơ học và những chiếc chìa khóa leng keng đi kèm với chúng. Vậy bạn đã bao giờ tự hỏi, những chiếc chìa và ổ khóa này xuất hiện từ bao giờ, như thế nào và tương lai của nó sẽ ra sao không?