羅西諾爾家族與偉大密碼（二)

花卷

前情提要

上期我們講到，在法國(guó)朝廷圍攻胡格諾派的幾次戰(zhàn)役中，一個(gè)叫安托萬(wàn)·羅西諾爾的年輕人用他的天才幫助朝廷軍破譯了胡格諾派的一些密信，為戰(zhàn)役的勝利立下了不小的功勞，因此被國(guó)王路易十三看中，任命他為國(guó)王顧問(wèn)，專門負(fù)責(zé)破譯各種密碼。

沉默的孤狼

作為國(guó)王的心腹，羅西諾爾的仕途可以說(shuō)是“一步登天”，讓多少人羨慕嫉妒恨呢。但破譯密碼這種工作天生自帶地下黨屬性，更何況凡是用密碼加密過(guò)的內(nèi)容，也都是那些見(jiàn)不得光的事情。而羅西諾爾整天負(fù)責(zé)破譯密碼，這些“國(guó)家機(jī)密”都得從他眼前過(guò)，他不想看也得看。

如果一個(gè)人知道了太多的機(jī)密會(huì)怎么樣？電視劇里面很多人被干掉的理由都是“你知道的太多了”，看來(lái)知道得太多真不是什么好事兒。從史料上來(lái)看，羅西諾爾大概算是個(gè)聰明人，他懂得玩沉默和低調(diào)，據(jù)說(shuō)他從來(lái)不跟別人議論自己破譯出來(lái)的那些機(jī)密情報(bào)，對(duì)外假裝自己啥都不知道。你還別說(shuō)，這一招還真騙過(guò)了不少人，據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)外面的貴族們都猜測(cè)，羅西諾爾的那些光輝事跡全是黎塞留首相編出來(lái)的，黎塞留把羅西諾爾包裝成一個(gè)破譯高手嚇唬人，這樣大家就不敢上課沒(méi)事傳小紙條啦，沒(méi)準(zhǔn)羅西諾爾其實(shí)沒(méi)什么真本事，根本不會(huì)破譯密碼。對(duì)于這種嚼舌根子的話，羅西諾爾表示笑而不語(yǔ)——呵呵，就算我有本事，也用不著讓你們知道。

羅西諾爾就這樣躲開了洶涌的政治漩渦，在他的豪宅里一心一意地做他的“開鎖匠”。1642年和1643年，首相黎塞留和國(guó)王路易十三相繼去世，羅西諾爾似乎遇到了一點(diǎn)危機(jī)。幸運(yùn)的是，首相和國(guó)王真的十分信任羅西諾爾，他們?cè)谂R終前交代后事的時(shí)候，都提到一定要重用羅西諾爾，因?yàn)樗恰皣?guó)家最需要的人才之一”。新國(guó)王路易十四（Louis XIV）繼位之后，1645年，新任首相儒勒·馬扎然（Jules Mazarin）任命羅西諾爾為王室財(cái)務(wù)總管以及國(guó)家顧問(wèn)，這算是給了他一個(gè)正式的國(guó)家公務(wù)員頭銜——不過(guò)為啥是財(cái)務(wù)總管呢？因?yàn)楫?dāng)時(shí)財(cái)務(wù)部門也是負(fù)責(zé)管檔案的啦。

密碼大改造

羅西諾爾上任之后，除了發(fā)揮他專業(yè)的破譯才能幫助國(guó)王破譯各種密信之外，還有一項(xiàng)重要的任務(wù)，那就是把自家的密碼體系搞得更牛一些。想想看，羅西諾爾破譯過(guò)那么多密碼，他肯定對(duì)那些密碼的弱點(diǎn)了如指掌。羅西諾爾把法國(guó)自家用的密碼整理了一遍，發(fā)現(xiàn)這些跟當(dāng)初胡格諾派用的那些玩意兒也都差不多啊，破譯起來(lái)其實(shí)也不難??！好家伙，原來(lái)咱們自己用的密碼這么弱，還讓不讓人家有秘密了！別人犯過(guò)的錯(cuò)自己可不能再犯了，于是羅西諾爾開始親自操刀，準(zhǔn)備把自己家的密碼升級(jí)一下。

我們?cè)诂旣惻醯墓适轮幸呀?jīng)盤點(diǎn)過(guò)，當(dāng)時(shí)歐洲主要使用的密碼系統(tǒng)叫做Nomenclator，這個(gè)詞沒(méi)有什么統(tǒng)一的中文譯法，我們暫且就管它叫“密碼表”好了。當(dāng)時(shí)歐洲常見(jiàn)的密碼表，其結(jié)構(gòu)大體上由兩部分組成，其中之一是一套單表置換密碼——簡(jiǎn)單說(shuō)，就是定義了一套字母的替換規(guī)則，比如A替換成P，B替換成G，替換的對(duì)象也不僅限于字母，像瑪麗女王的密碼表就是將字母替換成特定的符號(hào)。單表置換密碼有它的天敵，那就是阿拉伯人發(fā)明的頻率分析法。這是因?yàn)閺囊黄恼碌恼w來(lái)看，每個(gè)字母的出現(xiàn)頻率都遵循一定的特征，而單表置換的過(guò)程并沒(méi)有改變這一頻率特征，有經(jīng)驗(yàn)的破譯者可以通過(guò)頻率分析，像玩填字游戲一樣一個(gè)字母一個(gè)字母地破譯出來(lái)。后來(lái)，為了進(jìn)一步提高強(qiáng)度，密碼學(xué)家又對(duì)單表密碼做了一些升級(jí)，比如加入干擾碼（空碼）、一個(gè)字母對(duì)應(yīng)多個(gè)置換碼（Homophonic Cipher）等，不過(guò)這些手段并不能從根本上抵御頻率分析。

密碼表的另一個(gè)部分是一個(gè)字典，對(duì)于一些常用的單詞，比如說(shuō)國(guó)名、人名、數(shù)字、月份等等，給它們分別弄一個(gè)特定的編碼來(lái)代替，比如30代表法國(guó)、31代表英國(guó)。這樣做有什么好處呢？一來(lái)，這些單詞出現(xiàn)的頻率很高，用編碼可以縮短密信的長(zhǎng)度，負(fù)責(zé)加密的人也可以省點(diǎn)事，畢竟查個(gè)編碼比一個(gè)字母一個(gè)字母拼要快多了；二來(lái)，越是重復(fù)出現(xiàn)的單詞，越容易成為破譯者的線索，如果用單表置換密碼直接拼寫這些單詞的話，破譯了這些單詞也就等于幫助破譯了整個(gè)密碼的其他一些部分，因此用特定編碼替代這些常用詞也有助于隱藏高頻字母組合的特征，讓密碼更難被破譯。

像羅西諾爾這樣的大牛，頻率分析什么的早就滾瓜爛熟了，所以他肯定知道單表置換密碼是不靠譜的，而字典相對(duì)來(lái)說(shuō)就更靠譜一些。于是，羅西諾爾提出了一條重要的方針，那就是應(yīng)該擴(kuò)大字典的單詞量，從而盡量減少用字母置換拼寫的機(jī)會(huì)。如果一篇文章中所有的詞都能用編碼來(lái)替代，那么針對(duì)單個(gè)字母的頻率分析不就完全不管用了嗎？不過(guò)，現(xiàn)實(shí)當(dāng)然沒(méi)有那么完美，對(duì)于任何一種歐洲語(yǔ)言，要想覆蓋常用的語(yǔ)境，需要的單詞數(shù)量都不會(huì)少。比如說(shuō)，現(xiàn)在美國(guó)高中生的英文詞匯量大概是1萬(wàn)個(gè)左右，作為一個(gè)密碼字典，幾千個(gè)單詞總要有的吧。單詞數(shù)量越多，字典就越厚，編寫和傳播起來(lái)也就越來(lái)越不方便，而且目標(biāo)太大也容易被敵人給偷了去，這些都是字典的弊病——但無(wú)論如何，在安全性上，字典確實(shí)比單表置換要強(qiáng)多了。

另一套索引

話說(shuō)回來(lái)，字典作為密碼表的一部分，并不是羅西諾爾發(fā)明的，他只是強(qiáng)調(diào)字典更安全，所以應(yīng)該放在主要地位而已。不過(guò)，羅西諾爾還發(fā)現(xiàn)，常見(jiàn)的密碼表中的字典還存在一個(gè)弱點(diǎn)，那就是單詞的排列順序。我們身邊也有很多字典，隨便翻開一本就會(huì)發(fā)現(xiàn)，里面的單詞都是按照字母順序排列的，這當(dāng)然是為了用的時(shí)候好查。不過(guò)密碼表中的字典跟一般的字典還有一點(diǎn)不一樣，那就是一套字典有兩種用法——加密的時(shí)候得根據(jù)單詞查編碼，解密的時(shí)候得根據(jù)編碼反查單詞。那么怎樣才能“一箭雙雕”呢？最省事的辦法當(dāng)然是單詞按字母排，對(duì)應(yīng)的編碼按數(shù)字從小到大排，比如說(shuō)abandon→0001、ability→0002、able→0003……這樣一來(lái)，無(wú)論是正著查還是反著查都很方便，而當(dāng)時(shí)流行的大部分字典也都是這樣做的。

問(wèn)題是，這樣的排列有什么弱點(diǎn)呢？聰明如你一定也發(fā)現(xiàn)了吧，那就是編碼的順序和單詞的順序是相關(guān)的！比如說(shuō)，如果我知道2040代表fast，2250代表for，當(dāng)我遇到一個(gè)沒(méi)見(jiàn)過(guò)的編碼，比如2100，我就可以推測(cè)出，這個(gè)單詞肯定是以字母f開頭的，而且位于fast和for之間，再根據(jù)上下文的意思，猜出這個(gè)詞就容易多了——換句話說(shuō)，破譯者可以通過(guò)這一線索縮小未知單詞的猜測(cè)范圍，這還不算弱點(diǎn)嗎？

那么，這個(gè)弱點(diǎn)有沒(méi)有辦法解決呢？嗯，當(dāng)然有。不知道大家還記不記得《新華字典》是怎么查的，一般的漢語(yǔ)字典都是按照拼音順序排列的，但同時(shí)還會(huì)提供另一套索引，可以根據(jù)部首和筆畫來(lái)查字。同樣地，如果要打破密碼字典中單詞順序和編碼順序的相關(guān)性，就必須把編碼改成隨機(jī)排列，但這樣一來(lái)通過(guò)編碼反查單詞就會(huì)很困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題，只要再提供另一套按照編碼查單詞的索引不就行了嗎？

這個(gè)主意靠譜，事實(shí)上，羅西諾爾也是這么想的。不過(guò)密碼字典跟我們用的《新華字典》不一樣，它本身只有一個(gè)索引，沒(méi)有什么釋義、例句之類的東西，所以增加一套索引就相當(dāng)于重寫了一套字典，換句話說(shuō)，字典就變成了原來(lái)的兩倍厚。不過(guò)仔細(xì)想想看，這些弊病也只不過(guò)是“不方便”而已，畢竟打破了單詞順序和編碼順序的相關(guān)性之后，字典的安全性提升了不止一個(gè)臺(tái)階，犧牲一點(diǎn)方便也是值得的。

不過(guò)，隨著字典里的單詞量越來(lái)越多，編寫兩套索引也變得越來(lái)越累人，再加上一套字典不可能用一輩子，也不可能所有人都用同一套字典，于是編寫字典的工作量就成倍成倍地增長(zhǎng)起來(lái)。據(jù)說(shuō)到了17世紀(jì)末，密碼字典的單詞量已經(jīng)高達(dá)2 000到3 000個(gè)，這可真不是個(gè)小數(shù)目。對(duì)于這么龐大的字典，編寫兩套索引不太現(xiàn)實(shí)，于是又出現(xiàn)了一種“縮水版”的解決方案——既然不能把順序完全打亂，那我可以把單詞分成若干個(gè)“編碼組”，在每個(gè)組的內(nèi)部，單詞和編碼都是按順序排列的，但組和組之間的順序是打亂的。舉個(gè)例子，A開頭的單詞從800號(hào)開始排，B開頭的單詞從300號(hào)開始排，但A或B開頭的單詞本身則是按順序排列和編碼的。這種“縮水版”方案的安全性實(shí)際上低了不少，因此這算是向?qū)嵱眯缘囊环N妥協(xié)吧，畢竟在還沒(méi)有計(jì)算機(jī)的年代，這種妥協(xié)也還是可以理解的。

羅西諾爾發(fā)明的這種“兩部式”密碼表逐步在法國(guó)普及開來(lái)，不過(guò)不知道是不是法國(guó)的保密工作做得實(shí)在太差，讓歐洲其他國(guó)家也都偷師了去，于是“擴(kuò)充字典的單詞量”，以及“兩部式設(shè)計(jì)”逐漸傳遍了整個(gè)歐洲，在長(zhǎng)達(dá)差不多200年的時(shí)間里都成了歐洲密碼系統(tǒng)的主流方式。不僅如此，其他國(guó)家聽(tīng)說(shuō)法國(guó)居然是找一個(gè)破譯密碼的人來(lái)改進(jìn)自己的密碼表，也覺(jué)著這主意實(shí)在是新鮮。因?yàn)槟菚r(shí)候人們大多覺(jué)得加密者和破譯者是一對(duì)水火不容的冤家，所以破譯者都是當(dāng)“雇傭兵”來(lái)使的，有需要的時(shí)候花錢找來(lái)干一票而已——殊不知加密和破譯的技術(shù)本身就是一脈相承的，破譯高手自然有能力來(lái)設(shè)計(jì)出更安全的密碼。所謂知己知彼，百戰(zhàn)不殆，就像現(xiàn)在我們會(huì)請(qǐng)電腦黑客來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)安全，其實(shí)也是一樣的道理。

（說(shuō)了半天，還是沒(méi)說(shuō)偉大密碼是啥！好吧，我錯(cuò)了，下期一定說(shuō)……）