千年密碼史：人類共同的秘密

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)爭中的密碼到中國古代的虎符，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，流傳著這么一個故事。

公元前405年，伯羅奔尼撒戰(zhàn)爭已接近尾聲，雅典和斯巴達打了多年兩敗俱傷。此時，一直覬覦希臘這塊肥肉的波斯帝國正蠢蠢欲動。斯巴達急需摸清波斯帝國的具體行動計劃，以便采取新的戰(zhàn)略方針。剛巧，斯巴達軍隊捕獲了一名從波斯帝國回雅典送信的雅典信使。斯巴達士兵仔細搜查，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。這是個啥東東？怎么每個字母都認識，可是合起來卻不知道它在說啥？

斯巴達軍隊統(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遍，也沒把這句句子給捋順。當(dāng)時他就抓狂了，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，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，說的是波斯軍隊準(zhǔn)備在斯巴達軍隊發(fā)起最后攻擊時，突然對斯巴達軍隊進行襲擊。

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

這個故事很出名很有市場，但是它是真的還是假的呢？我們認為八成是假的。為什么？因為事實上，和波斯結(jié)成聯(lián)盟的不是雅典，而正是斯巴達！

雅典雖然在小亞細亞沿岸及黑海海峽附近的海戰(zhàn)中數(shù)度取勝，但斯巴達卻得到波斯資助再建海軍。公元前405年斯巴達將雅典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。

連年征戰(zhàn)讓繁榮富強的希臘從此一蹶不振。波斯帝國得以插手希臘各邦的事務(wù)，勝利者斯巴達成為希臘的霸權(quán)國。公元前408年后，波斯王子居魯士出任小亞總督，斯巴達任命萊山德?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拉到了自己這邊來，最終擊敗雅典。只是斯巴達的霸權(quán)沒有維持多久，最終被希臘北部的馬其頓王國征服。

所以，傳說只是個傳說，不過，密碼學(xué)（Cryptography）這個詞實際上是希臘文Kruptos（hidden）和graphein（towrite）合在一起的組合，現(xiàn)代準(zhǔn)確的術(shù)語為“密碼編制學(xué)”，簡稱“編密學(xué)”，與之相對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)時期，登峰造極，密碼扮演了舉足輕重的角色，許多人認為同盟國之所以能打贏這場戰(zhàn)爭完全要歸功于二次大戰(zhàn)時所發(fā)明的破譯密文數(shù)位式計算機破解了德日密碼。

1918年，在德國，密碼大神亞瑟·謝爾比烏斯制造了第一臺非手工編碼的密碼機——ENIGMA密碼機（恩尼格瑪編碼機）?！癊NIGMA”，意為“謎”，這臺機器，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密碼機的出現(xiàn)改變了這種狀況，ENIGMA看起來是一個裝滿了復(fù)雜而精致的元件的盒子。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)簡單的三部分：鍵盤、轉(zhuǎn)子和顯示器。

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

使用“ENIGMA”通信時，發(fā)信人首先要調(diào)節(jié)三個轉(zhuǎn)子的方向（而這個轉(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方式發(fā)送出去。收信方收到電文后，只要也使用一臺“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，同時反射器的一個副作用就是一個字母永遠也不會被加密成它自己，因為反射器中一個字母總是被連接到另一個不同的字母。

“ENIGMA”型機能產(chǎn)生220億種不同的密鑰組合，假如一個人日夜不停地工作，每分鐘測試一種密鑰的話，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。endprint

對于潛艇作戰(zhàn)尤其是德國海軍的“狼群”戰(zhàn)術(shù)來說，無線電通信是潛艇在海上活動獲取信息通報情況的最重要的手段，而“ENIGMA”密碼機則是關(guān)乎整個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大片《獵殺U-571》講的就是美國海軍派出本國潛艇偽裝成德軍維修艦去搶奪因戰(zhàn)斗受損上浮的德國潛艇U-571上的通信密碼解碼機，以期破解德軍的密碼通信的故事。美國大片的講述當(dāng)然要為美國人臉上添光，事實上，是法國人而不是美國人第一次接近“ENIGMA”編碼機。

美國前情報人員歐內(nèi)斯特·弗克曼在他的《間諜圖文史：世界情報戰(zhàn)5000年》中寫：在比利時的一個小村莊，德軍最高統(tǒng)帥部的密碼員提羅·施密德第一次與法國人秘密會面，這時他拿出了恩尼格瑪編碼機的使用說明書，還有編碼機加密系統(tǒng)的一些技術(shù)文件。法國情報人員看得目瞪口呆，施密德想要的是錢，法國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。

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

為了破解德國人的密碼，他們制造了一臺解密機，這是個龐然大物，它有7 英尺（約2.1 米）長，6英尺（約1.8 米）高，重量超過1噸。機器啟動時，它那數(shù)以千計的真空管、滑輪和電磁傳動裝置，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，這就是世界上第一臺計算機！

有了計算機這樣的神器你覺得德國人還有打贏的可能性嗎？太平洋戰(zhàn)爭中，美軍成功破譯了日本海軍的密碼機，讀懂了日本艦隊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)爭的決定性轉(zhuǎn)折。

“ENIGMA”到最后還是沒能挽救納粹德國的命運，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。

中國古代的密碼

中國古代也有密碼?！胺弊直玖x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”一般來講使用時一分為二，驗證時合二為一；這就是我們常用的詞語“符合”的來歷。

西周的兵書《六韜》中陰符和陰書是中國早期系統(tǒng)闡述密碼學(xué)的著作?！瓣帯敝浮皺C密”，“符”指“符號”，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)武王向太公請教，遇到戰(zhàn)事緊急情況軍隊要保持保持密切的聯(lián)系應(yīng)該怎么辦時，太公就回答說要用陰符。

陰符共分八種，每一種之間差一寸。

一種長一尺，表示大獲全勝，摧毀敵人；一種長九寸，表示攻破敵軍，殺敵主將；一種長八寸，表示守城的敵人已投降，我軍已占領(lǐng)該城；一種長七寸，表示敵軍已敗退，遠傳捷報；一種長六寸，表示我軍將誓死堅守城邑；一種長五寸，表示請撥運軍糧，增派援軍；一種長四寸，表示軍隊?wèi)?zhàn)敗，主將陣亡；一種長三寸，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。只有國君和主將知道這八種陰符的秘密。這就是不會泄露朝廷與軍隊之間相互聯(lián)系內(nèi)容的秘密通信語言。敵人再聰明也不能識破它。

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，只有兩個虎符同時使用，才可以調(diào)兵遣將，為中國古代帝王授予臣屬兵權(quán)和調(diào)發(fā)軍隊的信物?；⒎钤绯霈F(xiàn)于春秋戰(zhàn)國時期，盛行于戰(zhàn)國，秦、漢時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)國文物，稱為秦代錯金“杜”字锏虎符，高4厘米、作猛虎疾奔狀，象征軍威和進軍神速。虎符的身上刻有嵌金銘文40字，記述調(diào)兵對象和范圍，制作極為精巧。

民間使用的密碼

密碼是個奇特的存在，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：用一系列的電子點劃來進行電報通信。電報的出現(xiàn)第一次使遠距離快速傳遞信息成為可能。20世紀初，意大利物理學(xué)家奎里亞摩·馬可尼發(fā)明了無線電報，讓無線電波成為新的通信手段，它實現(xiàn)了遠距離通信的即時傳輸。

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)長期是軍隊獨家專有的領(lǐng)域。美國國家安全局以及蘇聯(lián)、英國、法國、以色列及其他國家的安全機構(gòu)已將大量的財力投入到加密自己的通信，同時又千方百計地去破譯別人的通信的殘酷游戲之中，面對政府，個人既無專門知識又無足夠財力保護自己的秘密。

1976年，當(dāng)時在美國斯坦福大學(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。因為如果加密密鑰和解密密鑰不一樣，將解密密鑰保密就可以了。這就是著名的公鑰密碼體制，也就是俗稱的不對稱加密方式。在這里，鑰匙被分為兩個部分：

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”之類的簡單密碼保護數(shù)據(jù)。在所有用戶使用的簡單密碼當(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基因漏洞。早在上世紀90年代，我們就已對同樣的課題進行追蹤。”你說，設(shè)個“12345”做密碼，和公開說“來黑我”有什么區(qū)別？endprint