一邊保密一邊解密,人類可真費勁!

後浪小可愛2018-03-14 14:51:26

世上本沒有祕密,

不想被別人知道的事情多了,

便有了祕密。


文 / 小可愛


十幾萬年前的歐洲密林中,兩夥人不經意間打了個照面,其中一夥身材高大些,一夥身材矮小些,互相之間也沒啥交流,見面就是打。石塊和木棍橫飛中,天色漸漸暗了下來。對於他們而言,生容易,活容易,生活不容易。天黑了就不打了,萬一在暗夜裡打起來,別的生物就會來攪局了。


兩夥人各自返回洞穴之中,洞穴裡的世界卻不大一樣。


高大的那夥人沒啥交流,回去吃吃喝喝就睡了;矮小的那夥可不一樣,嘰嘰喳喳說個沒完,誰今天不夠給力啊,給誰打個call啊,那個誰今天偷偷拉了妹子的手啊,明天白天應該一起撂倒誰啊,在歡笑中,這夥人定好明天該咋打……


嗯,第二天戰局就變了,矮小的一夥明顯佔據了優勢,這樣的故事重複多了,高大的一夥就在地球上消失了……


沒錯,矮小的一夥便是我們,智人。高大的一夥是尼安德特人。


在這場體力和身材並不對等的戰鬥中,智人憑藉充分的信息交流和組織能力,壓倒並幹掉了尼安德特人。


後世回憶起這個,一般會將這種差距稱之為文明程度不同。但總有一些話不能讓所有人都知道啊!


“世上本沒有祕密,不讓人知道的話多了,便有了祕密。”


沒錯,這話真的是魯迅說的。


智人越來越多,祕密也越來越多,於是,便誕生了加密。


只有加密顯然還不夠,解密也隨之誕生,加密和解密之間就相愛相殺了上千年。


為了這點小九九,人類真是費盡心機,《碼書》就記載了這些心機婊們的小套路。

 

密碼棒

最早開始有這個心機的是斯巴達人,公元前5世紀的時候,斯巴達人利用一根木棒,纏繞上皮革或者羊皮紙,在上面橫向寫下信息,解下這條皮帶。展開來看,這長串字母沒有任何意義。


比如這樣:


信差可以將這條皮帶當成腰帶,系在腰上。


比如這樣:

via《古典世界的戰爭》


然後收件人將這條皮帶纏繞在相同的木棒上,就能恢復信息了。


前404年,一位遍體鱗傷的信差來到斯巴達將領利桑德面前,這趟波斯之旅只有他和四位同伴倖存,利桑德接下腰帶,纏繞到他的密碼棒上,得知波斯的發那巴祖斯準備侵襲他,多虧密碼棒利桑德才能夠預先防範,擊退敵軍。


頻率分析解密法

密碼棒是不是太簡單了些?


這樣的時代是再也回不去了,加密者選擇將組成信息的字母替代成別的字母,比如說將a寫成1,這樣就不能被解密者直接拿到信息了。


這難不倒解密者,以英文字母為例,為了確定每個英文字母的出現頻率,分析一篇或者數篇普通的英文文章,英文字母出現頻率最高的是e,接下來是t,然後是a……,然後檢查要破解的密文,也將每個字母出現的頻率整理出來,假設密文中出現頻率最高的字母是j,那麼就可能是e的替身,如果密碼文中出現頻率次高的但是P,那麼可能是t的替身,以此類推便就能解開加密信息的內容。這就是頻率分析法。


這就是所謂的頻率分析法,在利桑德接到皮帶2000年後,被囚禁的蘇格蘭女王瑪麗接到了她的擁護者的一封密信,信中建議謀殺英格蘭女王伊麗莎白,瑪麗對自己的加密手法非常自信,便就回信同意了這個建議,但是瑪麗想不到的是,這封回信被被頻率分析法輕鬆破解。


這讓伊麗莎白找到了藉口,砍下了瑪麗的腦袋。


維吉尼亞加密法

骨碌碌滾動的腦袋,提醒著所有人,如果你的密碼還是一個明文對應著一個密文,那下一個在地上骨碌碌滾的腦袋就可能是自己的項上人頭。


需要更加嚴謹的加密,最起碼得抵抗頻率分析法吧。


維吉尼亞解決了這個問題。他的密碼是利用26套密碼字母來進行的,要做成這樣的一個方格:



發信人可以使用方格中不同列的字母來加密信息中的各個字母。


比如說用WHITE(這個也就是鑰匙了)來加密divert troops to east ridge(部隊改赴東嶺),用維吉尼亞法加密便就有如下效果


維吉尼亞法完美防禦了頻率分析法,在密文中出現很多次的字母可以替代數個不同的明文字母,讓解密者面臨著極其模稜兩可的困境。另一方面,在明文中出現許多次的字母,在密文中卻可能是多個不同的字母。這樣,維吉尼亞密碼法不僅僅可以抵擋頻率分析法的攻擊,而且密碼的鑰匙數量也很驚人。


看起來維吉尼亞密碼幾乎是完美的,但是維吉尼亞法的循環,讓解密者找到了破綻,巴貝奇就找到了破解維吉尼亞密碼的方法。


加密者還需要更厲害的加密手法。這就是奇謎。


奇迷

維吉尼亞法的問題在於循環,假如鑰匙單詞是5個字母長,則每逢5個字母就會用到同一套密碼字母集。辨析出鑰匙單詞的長度,就能進行逐一破解。


但維吉尼亞法是更加精密的加密法的基礎,也就是奇謎。


奇謎是一臺複雜的機器,主要部件是三個用電線相連接的單元:一個是輸入明文字母的鍵盤,一個是把明文字母改編成密碼字母的編碼器,另一個則是一個顯示屏


這玩意太複雜了,所以以此為例


設計者的巧思在於,每加密好一個字母,編碼盤就轉1/6圈,這樣,哪怕輸入的是相同的字母,也會出現不同的結果,每做完一次加密動作,就會改變一次密碼字母集,所以字母的編碼結果一直在變,就這樣設計出了6套密碼字母集。


這個時候只要加一片編碼盤就能使得密碼字母集的數量成倍增加。


通訊網絡的每個人都有一本密碼簿,這本密碼簿會詳細記錄每一天編碼盤的起始位置,加密完成後,將密碼傳送到收信人那裡,當收到信息的人需要解密的時候,將自己手裡的奇謎也調整到起始位置,只要輸進去密文就能出現明文。


對於奇謎而言,加密和解密就是這麼簡單。


圖靈

德國人相信奇謎是牢不可破的,特別是發現一戰中因為洩密的巨大損失之後,德國人選擇大量使用奇謎。1939年納粹德國閃擊波蘭之後,戰爭的陰雲籠罩歐洲大陸,法國投降後英國的處境更加惡劣,破解奇謎就成為英國人不得不進行的任務。


這個任務落到了圖靈的頭上。


奇謎的難點並不在於設備的複雜,而是使用過程中的保密,如果不知道編碼盤的初始位置,用試驗的方法解密信息就是一件不可能的任務。但從奇謎的設計入手,圖靈發現瞭解密奇謎的方法。英國人接收了大量經過奇謎加密的信息,其中往往有德國空軍天氣報告,這個報告一定帶有wetter(天氣)這個單詞。這類報告往往有固定的格式,因此wetter的位置也是固定的,往往能輕鬆找到明文和密文的對應,就被稱為對照文,剩下的就是如何通過對照文倒推出當天奇謎密碼盤的初始位置了。


圖靈的聰明才智在這裡體現得淋漓盡致。英國人仿製了奇謎,並且知道奇謎的運行原理。圖靈就將三臺奇謎併到一起,第一套編碼器的輸出點(我們稱之為L1),就是第二套編碼器的輸入點,同時第二套編碼器的輸出點(我們稱之為L2)也就是第三套編碼器的輸入點。第二套編碼器比第一套編碼器多移一位,第三套比第一套多移兩位。一旦找到了正確的編碼器方位,就會接通並讓燈泡點亮,就這樣找到了德國人奇謎機的初始位置。



對照文,迴路和電路鏈接的機器,組成了一套自動進行分析的機器,這臺機器被稱為“炸彈”,炸碎了納粹的美夢。


量子加密

這場戰爭最新的較量發生在量子領域。量子本身的特性,決定了量子密碼將為加密和解密的戰爭畫上休止符,勝利榮耀歸於加密的一方,這固然將會保障通訊安全,但是這樣的世界,誰又知道將會成為什麼樣呢?


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