密码的进化秘密

伤我心太深

最近卷福那部电影蛮火的《模仿游戏》，讲述二战中图灵为了破解德国军事密码的故事！

　你有秘密吗？如果你有那么我希望你知道怎样保护它们，因为秘密总是很吸引人。为了保护那脆弱的秘密，人们会使用密码，密码让机密的内容不会被人偷看，防止秘密落入他人之手，而且也帮助过一代又一代的孩子在课堂上传递纸条。

　　密码的世界笼罩着神秘，也充满诡计、虚假情报和欺骗，那么，密码是何时产生的呢？早在公元前1500年，一个古代的陶工用密码隐藏他的上釉秘方，成为了人们知道的最早的编码人；1917年一封破译的电报导致美国加入了一战；1939-1945年，破译恩尼格码的仪器帮助盟军赢得了二战的胜利……如今，密码的使用更是频繁，电脑和各种账号密码保证你的信息安全，政府和间谍继续使用它们传递秘密情报。

代码和密码有何区别？

　　开始介绍密码之前，我希望你最好能知道两种码：代码和密码。代码是用别的词或一组字母代替整个词；密码则是用符号代替单个字母或声音，或者改变字母顺序。

文章字体颜色的代码图解

　　尽管代码和密码不同，却经常广义地用“密码”这个词来指定。代码的工作原理非常简单，它不过是使用了另外一种码来隐藏最重要的词，只要双方约定了密码的意义就可以解码了。代码的使用十分广泛，比如你现在正在阅读的文字，如果有一天每个人都不知道这些文字的意义，那么它就成了不可破解的秘密了。不要觉得这很扯，遥远的过去那些象形文字就是最好的例子。

象形文字的联想绘画图片

凯撒移位法

　　简单的密码有两种：用别的符号、字母和数字代替其他字母的替代密码；把字母用别的顺序编写的转换密码。替代密码很简单，比如我可以把这篇文章翻译成英语，用英语为这篇文章加密，不过因为英语被大家普遍掌握，使得这种加密方法显得过于简单。我们常用的密码主要是转换密码，比较早的转换密码有凯撒移位法，它的加密方式是将普通字母表向后移动几位，如下：

　

凯撒移位密码

　　这种方法可以提供25种可能，想要破解也只要尝试25次即可。为了增加译码的难度，我们可以在凯撒移位密码里加入关键词。首先，将关键词放在字母表的开头，然后按照顺序完成字母表中剩余部分，从关键词的最后一个字母开始，省略用过的字母。

　　比如以“look”为关键词，把它放在密码的字母表开头，因为要省略用过的字母，“look”只能写为“lok”，并且后面的字母表中的“O”也要一并省去，即：

　　明码表：ABCDEFGHIJKLMN

　　密码表：LOKLMNPQRSTUVW

　　这种密码提供了超过 种的可能性，这样就不会被轻易试出密码啦。如果你认为这样一种密码就可以很好地保护你的信息安全，那就图样图森破啦。实际上，通过大量的统计人们发现，英语中有几种字母出现的频率比其他字母要高很多，这就给译码人提供了一种强有力的武器——频率分析法。凯撒移位法只是掩盖了字母本身，并不能改变字母出现的频率，这样的密码正好让频率分析法大显身手。

解密恩尼格玛机

　　频率分析一出现，编码人就开始寻找破坏频率分析的方法。15世纪一个叫利昂•巴提斯塔•艾伯提的人想出了使用两个或者更多的字母表加密的方法，这就是“多字母表替代体系”。这种替代体系虽然可以阻止译码人使用频率分析法译出密码，但是在紧急情况下出错的几率也是非常高的。为了更好地使用这种编码方法，人们需要一种方便的编码机器。二战时期，让盟军译码人倍感头疼的恩尼格码机就是其中著名的代表。

恩尼格码密码机

　　恩尼格码加密法是利用电机系统来实现多码变换的，这种系统叫作回转轮系统。回转轮是一个圆盘，它的两面都有电子接点，每个接点代表字母表中的一个字母。回转轮内部有连接各接点的电线，这种连接方式定义了简单单码替换方式。数个这样的回转轮和一个反射器组合起来就构成了强大的恩尼格码加密机。然而要想看到它的工作方法，你需要把一种名叫转子的电动密码转盘连接在键盘、显示屏和电池上。你在键盘上打出普通的字母，电流就沿着接触点流动，流到转子的另一个触点，显示屏上相应的字母就亮灯。如果你把转子转到不同的位置，就改变了接触点连接键盘的方式。这样打入同一个字母，就可能产生不同的密码字母。

密码机的接线板

密码机的转子组。三个转子位于右边的固定接口和左边（标着B）的反射器两个装置之间

　　这就是恩尼格码机的工作原理，只不过现实中的恩尼格码机远没有那么简单。为了让恩尼格码变得无法破解，他们在恩尼格码机上加入了一些其它元素：让转子旋转起来，可以互换的转子，在机器前加入插接板，或者加入反射体等。旋转的转子、可以互换的转子、机器前的插接板都是为了增加可供加密的字母表个数，那么反射体是什么？与普通的恩尼格码机不同的是，反射体的加入使穿过三个转子之后的电流并不直接流向显示屏，而是沿着另一条叫作反射体的线路流动，从转子反方向流回来。

　

　这个体系设计得很精细，让电流总是能沿着不同的线路流回来。这意味着恩尼格码机给“a”加码“U”后，又在完全相同的转子位置给“u”加码为“A”。看起来非常聪明，但是这也是恩尼格码机的致命弱点所在，加入反射体后的恩尼格码机无法让被加密的字母变成它本身。正是这个看似不起眼的弱点却成了破解它的关键。

　　如何破解恩尼格玛密码？

　　想要解开恩尼格码，就必须要知道加密方的加密字母表，也就是转子的设置。为了检测那些可能出现的转子位置，二战时期盟军设计了一种名叫“炸弹”的机器。为了解密，他们首先需要找到一个突破口——一个他们确信在普通文本的信里出现的一个词或者短语，然后找到它在密电中的对应词或者短语。这并不容易，但是恩尼格码不能加密为本身的特性帮助了他们。译码人把作为突破口的普通词放在密电上方，来看是否有任何字母相同。如果有，译码人就知道这里不是正确的位置，于是试别的地方，如此反复直到试出正确位置。

破译恩尼格玛密码的计算机

　　关于对恩尼格码机解码的秘密，直到20世纪70年代才公之于众。而那时，世界上到处都在使用计算机，计算机改变了密码产生和使用的方式。

　　密码学从最初的凯撒密码至今，走过了一个漫长的历程。计算机的超强计算能力，让那些经典的加密方法都已失效。但是先哲的思想并未失效，密码学也仍然在飞速发展，眼下它正朝着量子系统前进。一旦进入这种新的世界，密码学会发生什么变化，我们只能靠猜测了。但可以预见的是，这一定不是密码学故事的结束，而只是刚刚开始。

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