国防科普加油站（27）密码学：无形战场上的智慧较量

2014年12月，韩国核电反应堆数据遭泄露，引起人们对核安全和可能受到的网络攻击感到担心。同月24日，英国《每日邮报》网站称，英国科研人员研究出一种给互联网加“安全层”的新技术，有望使每一个互联网用户都能进行简单加密，可以保证电子邮件、手机短信等各种信息的隐私。

当今世界，维护信息安全，密码学的研究与应用方兴未艾，且日益紧迫和重要。

密码探奇：“加密”与“破译”交锋

提起“密码”，就会让人感到一种神秘色彩。作为一门以密码技术作为研究对象的科学，它已有上千年历史，早在战国时期，人们在军事行动中就采用“阴符”和“阴书”进行传统的保密联络或发出指令。在前几年热播的谍战片《潜伏》中，情报站长余则成在接受上级指令时，先是记录下广播里念出的四位一组的数字，然后查看小说《梦蝴蝶》解密出指令，这就是密码技术中的“字验”。在西方，古希腊军队通过将长条状的羊皮螺旋式缠绕在木棍上，沿纵轴写好情报，传送时，将羊皮打开，上面就只有杂乱无章的字符，外人无法读出内容。情报接收人只有用同样方式将羊皮缠绕到同样粗细的木棍上，才能读出原文，这就是西方最早的移位密码术。

到了现代，随着信息技术的发展，密码学的发展也迎来了它的辉煌时期，相继诞生了序列密码、分组密码、公钥密码等多种密码体制，信息的“加密”与“破译”成为信息保密传输与情报获取的激烈对抗领域，双方斗智斗勇，循环地进行着“魔高一尺道高一丈”的较量，其范畴已不仅仅局限于传统意义上的“保密通信”，而是演化为更加广泛的“信息安全”与“情报破译”技术，其应用领域已扩展至政治、经济、军事、外交、商业、金融等各个领域，成为维护国家安全、保守国家秘密、夺取战争胜利和谋求商业利益的重要手段。

神秘莫测：博弈双方比拼智慧

密码学虽然高深莫测，但主要包括对立的两个方面，即“密码编码学”和“密码分析学”。前者研究信息保密，即“加密”；后者研究加密信息的破解，即“破译”。

“加密”与“破译”的操作通常是在一组“密钥”控制下进行的，正如有了钥匙才能打开房门一样，只有掌握了“密钥”才能恢复“明文”（即原始信息）或读懂“密文”（即加密后的信息）。如果对方一旦获得了密码的“密钥”，这种密码也就被破译了。

千百年来，密码学就是围绕着“加密”与“破译”这个矛盾统一体开展智慧角力，演绎出一幕幕惊心动魄的“情景剧”，不断推动着密码技术的发展进步。尽管复杂的加密技术层出不穷，但总是有“看风者”识破天机。“单字母替代密码”是公元九世纪的一种先进密码技术，一位叫肯迪的阿拉伯人通过分析密文中字符出现的频率，即“频度分析法”很快将其破译了。同一时期，法国人维热纳尔针对“单字母替代密码”研究出一种多表加密的替代密码，又令肯迪的“频度分析法”完全失效。到了十九世纪，英国人巴比奇和普鲁士人卡西斯基，提出了一种更加复杂的频度分析法，又将维热纳尔的替代密码破解了。

有“盾”就有“矛”，密码学的发展正是在“加密”与“破译”两者循环往复的较量中，不断发展进步，变得越来越高深莫测，奥秘无穷，也越来越受到世界各国的高度重视。

致命武器：战争胜败惊天逆转

密码最早应用于军事领域，密码学的诞生与战争有着天然的联系。战争情报的有效“加密”与成功“破译”，使战争形势逆转或取胜的事例不胜枚举。

在第一次世界大战中，密码成为确保军事行动成功和获取战场情报的主要手段，很大程度上改变了战争乃至历史的进程，最著名的就是英国成功破解了德国的“齐默尔曼电报”，从而使美国放弃中立地位而对德宣战，最终使以英国为首的协约国赢得战争胜利。

二战初期，美国驻开罗大使馆的无线电密码被德国人破译，从此，北非战场上英军参战部队的番号及详细作战计划被源源不断地送到德军将领隆美尔的案头，使英军在战场上节节败退，险些被赶出埃及，直至美国人更换了密码，才使德军的通信侦察手段不再“耳聪目明”。 波兰沦陷后，英国人接过了情报破译重任，其密码机构在数学家、现代计算机科学的奠基人――图灵的领导下，经过艰苦卓绝的努力，终于破解了德军九成以上的“恩尼格玛”密电文。这使得德国许多重大军事行动对盟军都不再是秘密，为最终打败法西斯奠定了胜利的基石。对此，英国首相丘吉尔称密码破译者是“下金蛋最多的鹅”。

同样是在二战中，日本研制的JN-25B密码，即“海军暗号书D卷”密码，日军自认为JN-25B密码是当时最高级密码，不可能被破解，并为日军成功偷袭了珍珠港发挥了重要作用。1942年5月，日军故技重施，准备偷袭中途岛，妄图毕其功于一役，奠定其在西太平洋的统治地位。然而，美国海军密码局在英国“布莱切雷庄园”的协助下，运用数学方法和专门的机械设备，历时数月成功地破译了JN-25B密码，洞悉了日本人的野心，给了日本联合舰队致命一击，先后击沉四艘日本航母。美军尼米兹上将后来写道：“中途岛战役本质上是一次情报侦察的胜利。”

1943年4月，美国人再次截获日军密电，掌握了偷袭珍珠港的罪魁祸首――日本海军司令山本五十六的座机行程。于是，美军提前埋伏，在空中干净利索地干掉了山本五十六，报了一箭之仇。艾森豪威尔在总结盟军在二战中的密码破译工作时说：“它拯救了盟军千百个士兵的生命，加速了敌人的灭亡，并迫使其最终投降。”

未来发展：潜力无限不可估量

小小密码，作用非凡，能量巨大，被誉为信息安全的“守护神”。人们正是看到了它的无限潜力，密码学才能随着时代与科技的发展而突飞猛进。那么，密码学的未来将呈现怎样的发展趋势呢？

如同密码学曾经经历的那些变迁一样，未来的科技发展必将对信息的“加密”与“破译”提出新的挑战，为密码学的发展提供新发展引擎，密码学领域的竞争将更加激烈，可以预见的是密码学明天将不可估量。

今天，随着现代技术特别是信息技术的发展，一种基于全新计算理念、能力远超现代计算机的技术已经初露端倪：这就是量子计算！未来，量子计算将为密码学的发展打开一扇新的大门。这是因为，运用量子计算的强大功能，可以轻易破解当今的一些主流密码体系，对基于这些密码体系的各种“加密”信息提出严重挑战。尽管量子计算尚处于初级阶段，但世界主要发达国家的密码学研究者已围绕抵抗量子计算的破译威胁，开始了新的密码研究，如基于量子力学的量子密码、基于分子生物学的DNA密码、基于人类随机行为的混沌密码等。此外，纠错码密码、格密码、MQ密码等基于数学困难问题的密码也得到了国际学术界的广泛认可。由于以上各种密码各有长短利弊，各种技术的融合发展将成为日后密码学发展的主流。

正因为如此，世界主要大国不惜投入大量人力、物力进行研究与应用，以确保在密码学领域取得技术领先地位。有资料显示，美军计划投入巨资，启动实施一项密码现代化计划，旨在为其作战指挥系统提供全时段、多手段、高时效的动态安全保护与情报获取。负责俄政府和军队通信保密、密码破译、信号情报等任务的俄罗斯通信与情报局也不甘落后，投入精干力量从事密码的设计与分析工作。日本政府则将信息加密技术列入国家级高技术项目目录，推进密码技术发展。面对新技术革命挑战和日益激烈的国际竞争，加强密码学的研究与应用，就显得更加重要和紧迫。（作者：李超、徐珣、海昕 来源：国防科技大学“科普中国“共建基地）