密码学史话：战争与情报推动发展
二次元世界的小伙伴对“风林火山”这个词不会感到陌生，日本战国时期的一方诸侯武田信玄把“疾如风、徐如林、侵掠如火、不动如山”印在自己的军旗上，几百年后又通过影视剧和动漫作品变得广为人知。这句话实际上出自《孙子兵法·军争》中的名句“其疾如风、其徐如林、侵掠如火、不动如山”，意思也不难理解——一支理想的军队，就应该做到进攻时要像风和火一样迅疾，防守时要像树林和大山一样整齐和稳定。
▲其实后面没有出现的两句可能更加重要
不过，这段话后面还有两句——“难知如阴，动如雷震”，说的就不仅仅是战争上的事了，要做到“难知如阴”，除了临场战术意义上的隐蔽之外，对己方信息的保密是更为重要的环节。因为战争打的就是突然性，展开阵势打堂堂之阵，是成本最高的一种，如果能隐藏好自己的真实意图，打对方一个措手不及，就可以用小的代价换取大胜利。所以，在保密方面下点功夫，花点成本，是很划算的。
这个道理，自从有战争以来，就为天下的兵家所懂得——不懂的都被灭了，《孙子兵法·用间》中总结：“事莫密于间”、“间事未发而先闻者，间与所告者皆死”。道理不难懂，不过应该以怎样的具体措施来落地，那办法可就多啦。
▲“阴符”记载于古兵书《六韬》中相传为姜太公所发明
相传在中国周朝，就出现了“阴符”和“阴书”两种保密方法。所谓阴符，就是事先制作一些长度不同的竹片，然后约定好每个长度的竹片代表的内容，比如，三寸表示溃败，四寸表示将领阵亡，五寸表示请求增援，六寸表示坚守……一尺表示全歼敌军等等。这种“阴符”无文字，无图案，只有前方少数将领和后方指挥人员了解含义，即使传令兵被俘或叛变，敌人也搞不懂几张长短不一的竹片到底代表了什么。
▲竹简可拆，使阴书成为可能
阴符保密性肯定不错，不过能传达的信息也有限，要是战场有超出事先预料的情况，阴符也就表达不了。为了弥补这个缺点，又出现了“阴书”，即把信息以明文写在竹简或木简上，然后将竹简或木简随机分为三份，由三名传令兵各执一份分别送达。收件人收齐后，再把三份“阴书”拼合起来，完整内容就出现了。这种“阴书”能传递更为复杂的信息，即使某一信使被敌方抓住，敌方也得不到完整的情报。
“阴书”兼顾了保密性和灵活性，但也同时也是为了灵活性而降低了保密性，因为如果其中一份落入敌手，虽然信息不全，但敌人也可以猜到一二，总归是有隐患。到了宋代，为了避免这种情况，出现了升级版的阴符——字验。这种方法见于宋代军事类书《武经总要》，大致过程是这样的——
先收集军事中常用的40个短语，然后给每个短语分别编码，比如：1.请弓；2.请箭；3.请刀；4.请甲……35.战大捷；36.将士投降；37.将士叛；38.士卒病；39.都将病；40.战小胜。将领带兵出发前，后方指挥机关同这位将领约定用一首四十字的五言律诗作为密钥，并发给将领一本有40个短语编码顺序的密码本，编码顺序可变化，不同的编码顺序可形成若干不同的密码本。
如以《咏史》这首诗为密钥：“汉家青史上，计拙是和亲。社稷依明主，安危托妇人。岂能将玉貌，便拟静胡尘。地下千年骨，谁为辅佐臣？”假如需要补充箭矢，将领就从密码本中查出“请箭”的编码是“2”，诗中第2个字是“家”字，于是，将领就把“家”字写入一件无关机密的普通信件中，在“家”字盖上印章。后方在收到信件后，查出“家”字在诗中的顺序是第2个字，再对照密码本上的编码译出“请箭”的信息，然后就可以决定下一步的行动了。这种办法非常巧妙，由于信件无关机密，即使关信人叛变或被被俘，均不能从中解读出有用的信息，盖了印章的字更是会使人不明就里，保密的目的也就达到了。
南宋还出现了密写的先进技术。据《三朝北盟汇编》记载，公元1126年，开封被金军围困之时，宋钦宗“以矾书为诏”。因为“以矾书帛，入水方见”，只有把布帛浸入水中，隐藏其上的字迹才会显露出来，金人不知道此术，也就无从知道情报的内容了。除此之外，还有譬如将情报写于丝绸或纸张上，然后搓成圆球用蜡裹住藏在信使身上或将其吞入腹中传递，这种保密性传递方法一直沿用至清朝。
▲凯撒密码就是简单的移位，在当时是够用了
古代的欧洲文明中，也同样有保密技术出现。传说在古希腊时期就用过一种笨办法——把奴隶的头发剃光，在头上写字，头发长出来后再派出去传递秘密情报（奴隶：MD洗头都不行……），可谓最古老的“加密”了。公元前4世纪的伯罗奔尼撒战争期间，希腊人又用了在腰带上书写移位后的文字来加密传递情报的方法。古罗马时期发明了“恺撒密码”，就是把明文中的各个字母换成错开一定间隔，形成秘文传递。
到16世纪，西班牙、英、法、意等国家之间相互竞争剧烈，情报活动也就随之变得非常频繁，在其利用使馆进行情报传递的过程，各国使节就已普遍使用编制的密码书写信件来向国内报告情况，当时威尼斯公国驻英国使节米凯尔所用的密码，英国人绞尽脑汁也没能搞明白，直至3个多世纪后的1863年才被人破译。对于加密和破译的需求，甚至直接催生了一门新的学科——“密码学”。
第三任美国总统杰弗逊对密码学很有研究，于1795年发明了一种加密装置，被称为“杰弗逊圆盘”（Jefferson disk），或叫做“杰弗逊转轮加密器”（Jefferson wheel cipher）。这个装置有36片同样大小的木制转轮，套在一根铁杆上，每片转轮上的圆周边缘上刻有乱序的26个英文字母表。
进行秘密通信的双方必须各自拥有完全一样转轮加密器。当要把一段文字（不超过36字）秘密通知对方时，只需转动加密器上的各片转轮，使这段文字正好出现在同一行上，这时转轮上排列的其他25行都是无意义的乱码；此时发信人抄写其中任意一行的乱码，关交给信使传送（加密）。对方收到乱码信后，只需拿出自己保存的同样的装置，转动上面各片转轮，让它们的排列使得这段乱码正好出现在同一行上，然后他查看其他25行上的内容，其中必然有一行会显示出真正的信息（解密）。
杰弗逊加密器属于“多表替换”型加密，很难被破解，除非能得到加密装置。据说美国军队直到上世纪60年代仍然在使用。当然，这种加密器的缺点也是很明显的，即它每次只能传送简单的信息（字长不能超过转轮的片数），而且参与通信的各方不能太多。
▲这种密码机装备德国海军使英国从1942年2月到12月都没能解读德国潜艇的信号
当然，最为人所知的加密装置，当非二战时期德国的“恩尼格玛”密码机莫属。这种密码机最初并不是军用品，而是在20年代早期被用于传递商业信息（商场如战场）。恩尼格玛的原理并不复杂，主要由键盘，扰频器，显示屏三部分组成，键盘输入字母，扰频器为字母加密，显示屏显示字母（“显示屏”是由一系列用灯照亮的字母组成）。
▲恩尼格玛的构造图
最关键的是扰频器，也有三个主要部分，插线板-转轮-发射器。通过插线板可以讲字母对换，然后经过三个联接在一起的转轮，每输入一次，转轮往前进一步，则下一个文字转轮状态就已经变化了，最后是反射器，将输入文字变换为另一个文字返回。最初的恩尼格玛机通过在插线板中交换6对字母，再加上三个转轮，总共可以生成的密匙总量是10的16次方。也就是说如果每一秒钟尝试一个密匙，也需要3亿年时间才能全部尝试完，可以说恩尼格玛机实现了加密者的梦想。
▲图灵用来破译的机器，可见解密比加密难多了
不过，魔高一尺道高一丈，这个堪称完美的加密机最后由于情报泄露（构造被卖给了英国）、操作员的失误、使用步骤错误、机器或密码本被缴获等原因，再加上英国拥有伟大的数学家图灵，恩尼格玛最终还是被成功破译，这也成为战争史乃至科学史上的一段传奇。
“风语者”
除此以外，历史上还出现过各种加密的奇招，比如我们非常熟悉的美军“风语者”——以印第安那瓦霍族人的土语为基础编制密码，由于语言的罕见，可谓密上加密。其实美国在一战时间就使用过这种方法，1918年9月，在第二次索姆河战役中，美国第30步兵师将一组切诺基族士兵用于电文发送，开辟了美军将美洲土著语言用于秘密通讯的先例。美军第36步兵师也从实践中发现了印第安语的妙用，安排14名巧克陶族士兵接受电讯训练，帮助美军在法国默兹－阿贡战役中赢得了几场重要战斗。
▲监听到在正在用印第安语通话的美军日军一脸懵逼
无独有偶，在抗日战争中，来自西南的滇军同样用过这种土法，全部使用白族士兵当通讯员，就算直接明语通话被日军监听到也听不懂，在八十年代的对越作战中，解放军干脆让温州籍战士充当通讯员，越军长年与中国对抗，能听懂西南方言、粤语和普通话，但依然在温州话面前败下阵来——保持我国境内语言的多样性还是很重要的，因为不知道什么时候，方言或少数民族语言就会成为自带加密属性的“战略资源”。
加密是为了保住秘密，如果加密强度不够，或者因为别的原因被破解，后果也就非常严重。甲午战争中，清政府使用的密码过于简单，被日本轻松破译，不光在战争中丧师失地，在谈判中也被对手牢牢控制。德军的恩尼格玛被破译后，许多U艇也就随之暴露了位置，被盟军反潜兵力一艘接一艘的送进了海底，这些教训不可谓不惨痛。
▲因为暴露位置而遭到追杀的潜艇
在我们今天的生活中，仍然大量充斥着各种密码，你的银行卡、手机、邮箱、社交账号……无不要使用密码来保证信息和财产安全，一旦泄露，这后果难以想象。当然，今天我们所使用的加密技术目前还是值得信任的，只要不使用过于简单的密码，并且确保不会外泄，通常也不会有什么问题。
其实，密码的存在，更多的是需要一层屏障，保护外来入侵，防止有心无心地窥探。愿你工作中也处处有安全防护！
转自：计算机与网络安全