密码的秘密

公元前1500年，陶工用密码隐藏他的上釉秘方；二战时期，恩尼格码加密机让盟军译码人员倍感头疼；如今，密码学正朝着量子系统前进

秘密总是很吸引人，为了保护那脆弱的秘密，人们常常会使用密码——密码使机密的内容难以被人偷看，防止秘密落入他人之手。

转换密码

密码的世界笼罩着神秘，也充满诡计、虚假情报和欺骗。那么，密码究竟是何时产生的呢？

早在公元前1500年，一个陶工用密码隐藏他的上釉秘方，他因此而成为人们已知的最早的编码人。此后数千年，密码越来越多地被用于战争之中。比如，古罗马的凯撒大帝是威震世界的罗马统帅，他为了避免军令落入敌人手中而泄密，发明出一种密码——凯撒码。

第一次世界大战时，使用化学手段加密的做法开始流行，用醋酸在生鸡蛋的蛋壳上写字，等字迹干透之后，蛋壳上就什么也看不到了。然后，再将鸡蛋煮熟，剥掉蛋壳，字迹就透过蛋壳印在蛋白上面了。

到了二战时期，最早的密码机——轮子密码机正式到来。它是由美国第三任总统托马斯杰斐逊发明的，所以也叫“杰斐逊密码机”。

相对于手工编码，杰斐逊密码机有点儿复杂，它的原理有点像套圈游戏，前提是加密和解密的轮子密码机是一模一样的。它由一根铁轴和36个穿在轴上的木质轮子组成，每个轮子的表面都有26个字母，而且字母的顺序都不同，再给铁轴加上螺帽，密码机就搞定了。

发展到今天，除了应用于战争外，密码的使用也更是广泛和频繁，电脑和各种账号的密码，保证了你的信息安全，政府和间谍则使用各种密码传递秘密情报。

简单的密码有两种：一种是用别的符号、字母和数字代替其他字母的替代密码；另一种是把字母用别的顺序编写的转换密码。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。如图01。

图中的这种方法可以提供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，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N种的可能性，也许你会认为这样的一种密码就可以很好地保护你的信息安全了。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，这就给译码人员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。

编码机器——恩尼格玛机

频率分析一出现，编码人员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更多字母表进行加密的方法——多字母表替代体系。这种替代体系虽然可以阻止译码人员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非常高。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，让盟军译码人员倍感头疼的恩尼格码机就是其中的著名代表。

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。

恩尼格玛机密码

01 凯撒移位密码。

02 恩尼格码机核心部分示意图，图中按下键盘b，显示器上的D字母对应的灯亮。

为了让恩尼格码变得无法破解，人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加入反射体。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。但是，这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。

想要解开恩尼格码，就必须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，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。译码人员把普通词放在密电上方，观察是否有任何字母相同。如果有，译码人就试别的地方，如此反复直到试出正确位置。

直到20世纪70年代，恩尼格码机解码的秘密才公之于众。而那时，世界各地都已开始使用计算机，计算机的超强计算能力，让那些经典的加密方法全部失效。但是先哲的思想并未失效，而且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，我们难以猜测。但可以预见的是，这一定不是密码学故事的结束，而只是另一个新的开始。