何映宇

密碼學(xué)是一門既古老又新興的學(xué)科。從古代希臘戰(zhàn)爭(zhēng)中的密碼到中國(guó)古代的虎符，密碼的應(yīng)用在古代人類歷史上發(fā)揮了重要的作用。密碼學(xué)作為一門科學(xué)，是怎樣發(fā)展的？

密碼為什么叫密碼？

密碼之所以叫密碼，流傳著這么一個(gè)故事。

公元前405年，伯羅奔尼撒戰(zhàn)爭(zhēng)已接近尾聲，雅典和斯巴達(dá)打了多年兩敗俱傷。此時(shí)，一直覬覦希臘這塊肥肉的波斯帝國(guó)正蠢蠢欲動(dòng)。斯巴達(dá)急需摸清波斯帝國(guó)的具體行動(dòng)計(jì)劃，以便采取新的戰(zhàn)略方針。剛巧，斯巴達(dá)軍隊(duì)捕獲了一名從波斯帝國(guó)回雅典送信的雅典信使。斯巴達(dá)士兵仔細(xì)搜查，并未在信使身上發(fā)現(xiàn)什么書信，只有在他的腰帶上發(fā)現(xiàn)了一些仿佛天書一般雜亂無章的希臘字母。這是個(gè)啥東東？怎么每個(gè)字母都認(rèn)識(shí)，可是合起來卻不知道它在說啥？

斯巴達(dá)軍隊(duì)統(tǒng)帥萊山德絞盡腦汁，幾乎把這些字母的排列組合都想了個(gè)遍，也沒把這句句子給捋順。當(dāng)時(shí)他就抓狂了，敵軍的秘密就在自己手上，可是自己就是解不開這個(gè)謎。這什么感受？就好像一頭活羊就落在一只饑腸轆轆的斑斕猛虎面前，可是猛虎剛掉了牙齒，無福消受。怎一種酸爽的感覺了得？

幸好，萊山德運(yùn)氣還不壞，就在他把腰帶呈螺旋形纏繞在手中的劍鞘上把玩時(shí)，奇跡出現(xiàn)了。腰帶上那些雜亂無章的字母，竟組成了一段文字，說的是波斯軍隊(duì)準(zhǔn)備在斯巴達(dá)軍隊(duì)發(fā)起最后攻擊時(shí)，突然對(duì)斯巴達(dá)軍隊(duì)進(jìn)行襲擊。

世界上第一份密碼信就這樣給運(yùn)氣好到爆的萊山德給破了。此時(shí)萊山德知己知彼百戰(zhàn)不殆，斯巴達(dá)軍隊(duì)根據(jù)這份情報(bào)馬上改變了作戰(zhàn)計(jì)劃，先是大破不可一世的波斯軍隊(duì)，繼而揮師雅典，取得了著名的伯羅奔尼撒戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利。

這個(gè)故事很出名很有市場(chǎng)，但是它是真的還是假的呢？我們認(rèn)為八成是假的。為什么？因?yàn)槭聦?shí)上，和波斯結(jié)成聯(lián)盟的不是雅典，而正是斯巴達(dá)！

雅典雖然在小亞細(xì)亞沿岸及黑海海峽附近的海戰(zhàn)中數(shù)度取勝，但斯巴達(dá)卻得到波斯資助再建海軍。公元前405年斯巴達(dá)將雅典180艘艦船誘入赫勒斯滂海峽，突然襲擊，這一戰(zhàn)，雅典艦隊(duì)全軍覆沒，標(biāo)志著雅典海上霸權(quán)喪失殆盡。雅典方面怎么可能派人給波斯送這樣一份密信呢？而且波斯人又不懂希臘語(yǔ)。

連年征戰(zhàn)讓繁榮富強(qiáng)的希臘從此一蹶不振。波斯帝國(guó)得以插手希臘各邦的事務(wù)，勝利者斯巴達(dá)成為希臘的霸權(quán)國(guó)。公元前408年后，波斯王子居魯士出任小亞總督，斯巴達(dá)任命萊山德?lián)魏＼娊y(tǒng)帥。萊山德親赴薩爾迪，面見居魯士，討得他的歡心，得到了1萬大流克的資助。萊山德就用居魯士的錢，提高服役水手的薪金，把許多水手從雅典人的艦隊(duì)拉到了自己這邊來，最終擊敗雅典。只是斯巴達(dá)的霸權(quán)沒有維持多久，最終被希臘北部的馬其頓王國(guó)征服。

所以，傳說只是個(gè)傳說，不過，密碼學(xué)（Cryptography）這個(gè)詞實(shí)際上是希臘文Kruptos（hidden）和graphein（towrite）合在一起的組合，現(xiàn)代準(zhǔn)確的術(shù)語(yǔ)為“密碼編制學(xué)”，簡(jiǎn)稱“編密學(xué)”，與之相對(duì)的專門研究如何破解密碼的學(xué)問稱之為“密碼分析學(xué)”。密碼的英文cryptogram，是希臘文Kruptos和詞根gram（同樣是towrite的意思）的組合，這是不是萊山德密碼故事的一個(gè)源頭呢？

最重要的密碼

密碼最開始的用處自然就是克敵制勝，到二戰(zhàn)時(shí)期，登峰造極，密碼扮演了舉足輕重的角色，許多人認(rèn)為同盟國(guó)之所以能打贏這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)完全要?dú)w功于二次大戰(zhàn)時(shí)所發(fā)明的破譯密文數(shù)位式計(jì)算機(jī)破解了德日密碼。

1918年，在德國(guó)，密碼大神亞瑟·謝爾比烏斯制造了第一臺(tái)非手工編碼的密碼機(jī)——ENIGMA密碼機(jī)（恩尼格瑪編碼機(jī)）?！癊NIGMA”，意為“謎”，這臺(tái)機(jī)器，又稱“獅身人面”。直到第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束為止，所有密碼都是使用手工來編碼的。而ENIGMA密碼機(jī)的出現(xiàn)改變了這種狀況，ENIGMA看起來是一個(gè)裝滿了復(fù)雜而精致的組件的盒子。不過要是我們把它打開來，就可以看到它可以被分解成相當(dāng)簡(jiǎn)單的三部分：鍵盤、轉(zhuǎn)子和顯示器。

鍵盤一共26個(gè)鍵，鍵盤排列接近我們現(xiàn)在使用的計(jì)算機(jī)鍵盤，但沒有標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。鍵盤上方就是顯示器，它由標(biāo)示了同樣字母的26個(gè)小燈組成，當(dāng)鍵盤上的某個(gè)鍵被按下時(shí)，和此字母被加密后的密文相對(duì)應(yīng)的小燈就在顯示器上亮起來……

使用“ENIGMA”通信時(shí)，發(fā)信人首先要調(diào)節(jié)三個(gè)轉(zhuǎn)子的方向（而這個(gè)轉(zhuǎn)子的初始方向就是密鑰，是收發(fā)雙方必須預(yù)先約定好的），然后依次鍵入明文，并把顯示器上燈泡閃亮的字母依次記下來，最后把記錄下的閃亮字母按照順序用正常的電報(bào)方式發(fā)送出去。收信方收到電文后，只要也使用一臺(tái)“ENIGMA”，按照原來的約定，把轉(zhuǎn)子的方向調(diào)整到和發(fā)信方相同的初始方向上，然后依次鍵入收到的密文，顯示器上自動(dòng)閃亮的字母就是明文了。加密和解密的過程完全一樣，這就是反射器的作用，同時(shí)反射器的一個(gè)副作用就是一個(gè)字母永遠(yuǎn)也不會(huì)被加密成它自己，因?yàn)榉瓷淦髦幸粋€(gè)字母總是被連接到另一個(gè)不同的字母。

“ENIGMA”型機(jī)能產(chǎn)生220億種不同的密鑰組合，假如一個(gè)人日夜不停地工作，每分鐘測(cè)試一種密鑰的話，需要約4.2萬年才能將所有的密鑰可能組合試完，反正就是老復(fù)雜了。

對(duì)于潛艇作戰(zhàn)尤其是德國(guó)海軍的“狼群”戰(zhàn)術(shù)來說，無線電通信是潛艇在海上活動(dòng)獲取信息通報(bào)情況的最重要的手段，而“ENIGMA”密碼機(jī)則是關(guān)乎整個(gè)無線電通信安全的設(shè)備，其重要性可想而知。

耗資6200萬的美法合拍超級(jí)大片《獵殺U-571》講的就是美國(guó)海軍派出本國(guó)潛艇偽裝成德軍維修艦去搶奪因戰(zhàn)斗受損上浮的德國(guó)潛艇U-571上的通信密碼解碼機(jī)，以期破解德軍的密碼通信的故事。美國(guó)大片的講述當(dāng)然要為美國(guó)人臉上添光，事實(shí)上，是法國(guó)人而不是美國(guó)人第一次接近“ENIGMA”編碼機(jī)。

美國(guó)前情報(bào)人員歐內(nèi)斯特·弗克曼在他的《間諜圖文史：世界情報(bào)戰(zhàn)5000年》中寫：在比利時(shí)的一個(gè)小村莊，德軍最高統(tǒng)帥部的密碼員提羅·施密德第一次與法國(guó)人秘密會(huì)面，這時(shí)他拿出了恩尼格瑪編碼機(jī)的使用說明書，還有編碼機(jī)加密系統(tǒng)的一些技術(shù)文件。法國(guó)情報(bào)人員看得目瞪口呆，施密德想要的是錢，法國(guó)人為此支付了首付款1萬美元（約合現(xiàn)在的20萬美元）現(xiàn)金。

與法國(guó)并肩作戰(zhàn)的還有波蘭、美國(guó)和英國(guó)。英國(guó)的代號(hào)為ULTRA的行動(dòng)，被溫斯頓·丘吉爾稱為“下金蛋的鵝”。1940 年，ULTRA 行動(dòng)組開始破譯出由恩尼格瑪編碼機(jī)發(fā)報(bào)的高級(jí)別信息。從理論上說，一臺(tái)恩尼格瑪編碼機(jī)能夠生成的可能排列數(shù)量是3×10114，這是一個(gè)令人頭暈?zāi)垦５臄?shù)字。但是不管這個(gè)數(shù)字有多大，它總是有限的。

為了破解德國(guó)人的密碼，他們制造了一臺(tái)解密機(jī)，這是個(gè)龐然大物，它有7 英尺（約2.1 米）長(zhǎng)，6英尺（約1.8 米）高，重量超過1噸。機(jī)器啟動(dòng)時(shí)，它那數(shù)以千計(jì)的真空管、滑輪和電磁傳動(dòng)裝置，就開始“嘩啦啦”地工作，響聲就像是科學(xué)小說里描寫的科學(xué)怪物。沒錯(cuò)，這就是世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)！

有了計(jì)算機(jī)這樣的神器你覺得德國(guó)人還有打贏的可能性嗎？太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍成功破譯了日本海軍的密碼機(jī)，讀懂了日本艦隊(duì)司令官山本五十六發(fā)給各指揮官的命令，在中途島徹底擊潰了日本海軍，擊斃了山本五十六，導(dǎo)致了太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)的決定性轉(zhuǎn)折。

“ENIGMA”到最后還是沒能挽救納粹德國(guó)的命運(yùn)，這說明什么？邪不勝正！這才是放之四海而皆準(zhǔn)的宇宙真理。

中國(guó)古代的密碼

中國(guó)古代也有密碼。“符”字本義是指古代朝廷下命令的憑證；“竹”字偏旁表明最早的“符”是用竹子做的；“符”一般來講使用時(shí)一分為二，驗(yàn)證時(shí)合二為一；這就是我們常用的詞語(yǔ)“符合”的來歷。

西周的兵書《六韜》中陰符和陰書是中國(guó)早期系統(tǒng)闡述密碼學(xué)的著作?！瓣帯敝浮皺C(jī)密”，“符”指“符號(hào)”，也有編碼的意思，“書”指“信件”或“文件”。所以，字面上的意思，“陰符”和“陰書”就是“密碼”或“密文”。其中“陰書”的加密方法是整體加密，只有獲得全部文字信息才能看懂其中的內(nèi)容。

《龍韜·陰符》開篇就記述了陰符的種類。當(dāng)武王向太公請(qǐng)教，遇到戰(zhàn)事緊急情況軍隊(duì)要保持保持密切的聯(lián)系應(yīng)該怎么辦時(shí)，太公就回答說要用陰符。

陰符共分八種，每一種之間差一寸。

一種長(zhǎng)一尺，表示大獲全勝，摧毀敵人；一種長(zhǎng)九寸，表示攻破敵軍，殺敵主將；一種長(zhǎng)八寸，表示守城的敵人已投降，我軍已占領(lǐng)該城；一種長(zhǎng)七寸，表示敵軍已敗退，遠(yuǎn)傳捷報(bào)；一種長(zhǎng)六寸，表示我軍將誓死堅(jiān)守城邑；一種長(zhǎng)五寸，表示請(qǐng)撥運(yùn)軍糧，增派援軍；一種長(zhǎng)四寸，表示軍隊(duì)?wèi)?zhàn)敗，主將陣亡；一種長(zhǎng)三寸，表示戰(zhàn)事失利，全軍傷亡慘重。如奉命傳遞陰符的使者延誤傳遞，則處死；如陰符的秘密被泄露，則無論無意泄密者或有意傳告者也處死。只有國(guó)君和主將知道這八種陰符的秘密。這就是不會(huì)泄露朝廷與軍隊(duì)之間相互聯(lián)系內(nèi)容的秘密通信語(yǔ)言。敵人再聰明也不能識(shí)破它。

我們熟悉的虎符就是陰符的一種。虎符是用青銅或者黃金做成伏虎形狀的令牌，劈為兩半，其中一半交給將帥，另一半由元帥或大將保存，只有兩個(gè)虎符同時(shí)使用，才可以調(diào)兵遣將，為中國(guó)古代帝王授予臣屬兵權(quán)和調(diào)發(fā)軍隊(duì)的信物?；⒎钤绯霈F(xiàn)于春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，盛行于戰(zhàn)國(guó)，秦、漢時(shí)期傳世的有秦新郭虎符等。陜西歷史博物館藏有一枚從西安西郊發(fā)現(xiàn)的虎符，據(jù)考證是公元前475至公元前221年的戰(zhàn)國(guó)文物，稱為秦代錯(cuò)金“杜”字锏虎符，高4厘米、作猛虎疾奔狀，象征軍威和進(jìn)軍神速?；⒎纳砩峡逃星督疸懳?0字，記述調(diào)兵對(duì)象和范圍，制作極為精巧。

民間使用的密碼

密碼是個(gè)奇特的存在，不僅可以用于軍事，民用領(lǐng)域也用處多多。

1844年，薩米爾·莫爾斯發(fā)明了莫爾斯電碼：用一系列的電子點(diǎn)劃來進(jìn)行電報(bào)通信。電報(bào)的出現(xiàn)第一次使遠(yuǎn)距離快速傳遞信息成為可能。20世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家奎里亞摩·馬可尼發(fā)明了無線電報(bào)，讓無線電波成為新的通信手段，它實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離通信的即時(shí)傳輸。

1949年仙農(nóng)的《保密系統(tǒng)的通信理論》成為近代密碼學(xué)建立了理論基礎(chǔ)。密碼學(xué)曾經(jīng)長(zhǎng)期是軍隊(duì)獨(dú)家專有的領(lǐng)域。美國(guó)國(guó)家安全局以及蘇聯(lián)、英國(guó)、法國(guó)、以色列及其他國(guó)家的安全機(jī)構(gòu)已將大量的財(cái)力投入到加密自己的通信，同時(shí)又千方百計(jì)地去破譯別人的通信的殘酷游戲之中，面對(duì)政府，個(gè)人既無專門知識(shí)又無足夠財(cái)力保護(hù)自己的秘密。

1976年，當(dāng)時(shí)在美國(guó)斯坦福大學(xué)的迪菲和赫爾曼兩人提出了公開密鑰密碼的新思想，不僅加密算法本身可以公開，甚至加密用的密鑰也可以公開。但這并不意味著保密程度的降低。因?yàn)槿绻用苊荑€和解密密鑰不一樣，將解密密鑰保密就可以了。這就是著名的公鑰密碼體制，也就是俗稱的不對(duì)稱加密方式。在這里，鑰匙被分為兩個(gè)部分：

一把私有的鑰匙，僅有用戶才擁有。

一把公開的鑰匙，可公開發(fā)行配送，只要有要求即取得。

公鑰，就是給大家用的，你可以通過電子郵件發(fā)布，可以通過網(wǎng)站讓別人下載，用來加密/驗(yàn)章。私鑰，則是自己的，必須非常小心保存，最好加上密碼，私鑰用來解密/簽章。公鑰與私鑰的作用是：用公鑰加密的內(nèi)容只能用私鑰解密，用私鑰加密的內(nèi)容只能用公鑰解密，這實(shí)際上就使得加密的程度更高。

密碼現(xiàn)在已經(jīng)成了普通公民自我保護(hù)的一種工具，可是很多人似乎并不在意。以色列安全公司Imperva發(fā)布研究報(bào)告稱，盡管安全專家反復(fù)提醒，但仍有近五分之一的網(wǎng)絡(luò)用戶使用諸如“abc123”、“iloveyou”或是“password”之類的簡(jiǎn)單密碼保護(hù)數(shù)據(jù)。在所有用戶使用的簡(jiǎn)單密碼當(dāng)中，“123456”是最常用的密碼。Imperva首席技術(shù)官阿米亥·舒爾曼說：“我猜這可能是人類中的一個(gè)基因漏洞。早在上世紀(jì)90年代，我們就已對(duì)同樣的課題進(jìn)行追蹤?！蹦阏f，設(shè)個(gè)“12345”做密碼，和公開說“來黑我”有什么區(qū)別？

（摘自《新民周刊》）