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上篇課後作業答案

加上了符號並處理了大小寫

密碼1：

密鑰：scratch

加密方法：關鍵詞單字母表替換密碼

密文：JUXSTISMCQSTUCJWTCTCPJTIPNMNTTSTUVSOTAITXSTCSJHIUTSHTSSOAJOTYRTMMTOUTQJSJUTSNPPAXIRIJTRSTTSMUTSOSUTAXJUICJUTPCUITCMSRLTTUATQSTTTJPO

明文：It was half-past five before Homlmoes be turned. He was bright, eager, and in excellent spirits, a mood which in his case alternated with fits of the blackedt depression.

(選自 [英]柯南道爾 -《福爾摩斯探案集》)

密碼2：

密鑰：prejudice

加密方法：關鍵詞單字母表替換密碼

密文：GZIYVMGPTUUDCHBCWIFRRMKMFEIESCLHKGMKZRPUGQTIRKEWMZMTECUIUCCIDJIYWDMSMEXTULNLVMNJIFFDMKMHMGJXLLHIVYGVAQIKIFIKVVMUUMFWDKVRZOMYMIYWXGXGXKJHXXRRZLMFMBGIANLVGRRV

明文：Lady Catherine seemed quiet astonished at not receiving a direct answer, and Elizabeth suspected herself to be the first creature who had ever dared to trifle with so much dignified impertinence.

(選自 [英]奧斯汀 -《傲慢與偏見》)

密碼學簡述：密碼的演變(下)

恩尼格瑪密碼

引言

伴隨著密碼學的發展，加密和解密作為安全通訊必不可少的步驟，複雜度逐漸提高；在戰場和外交中佔用的時間越來越多，成本也越來越高。因此，加密與解密的機械化，將成為歷史必然。

工作原理

1918年，德國發明家阿瑟·謝爾比斯在他和他的好朋友理查德·里特建立的謝爾比斯&里特公司里，發明了一個密碼編碼裝置，而他本人或許也沒有認識到，這將成為足以影響二戰進程的偉大、先進的加密系統。

如下圖所示，恩尼格瑪機的結構極具開創性：

再上張清楚點的：

從圖中可以很容易地看出恩尼格瑪機的基本組成：鍵盤，連接板擾頻器和顯示板。首先，通訊員按照當日的密碼本設定好連接板的連接及擾頻器的配置，當他鍵入第一個字母的時候，電流經過設置好的連接板，三個擾頻器，再經過末尾的一個靜態的反射器（用途我將在下文講到）然後點亮顯示板的小燈泡，這個字元的加密就完成了。

但謝爾比斯的恩尼格瑪機遠沒有這麼簡單：首先，當每一個字元加密完成時，第一個擾頻器會自動旋轉 1/4 （對於完整字母表則是 1/26 ）圈；當第一個擾頻器旋轉完一圈之後，第二個擾頻器再旋轉 字母表長度/1 圈，以此類推，相當於在17576個字母表進行切換，從而大幅提升了安全性；其次，三個擾頻器的順序可以調換，這又多提供了六種可能性；隨後，反射器能夠使得解密變得非常容易，（不信你試著按 鍵盤 - 加密器（即連接板和擾頻器的統一體） - 輸出，再將上一步得到的結果逆向來一遍，你絕對會得到與輸入相同的結果）這就使得戰場通訊變得極為簡便。

為什麼叫擾頻器呢？因為頻率分析一直是破譯術的重要方法，而這依靠的就是密文有規律的字母頻率分布。而擾頻器的自動旋轉使得密文的重複間隔大大拉遠，從而使頻率分析變得極為困難。

總結

使用這種方法進行加密，總的可能性將達到10^16（10的16次方）量級，為戰時通訊提供了較高（雖然仍然被英國破譯）的安全性，從而使德軍在第二次世界大戰開始時擁有了當時最安全的通訊系統。

恩尼格瑪密碼不僅提供了遠超於當時絕大多數密碼系統的高安全性，更開創了加/解密機械化的先河，從使恩尼格瑪密碼成為歷史上影響最大的密碼之一。

納瓦霍密碼

引言

現今，在緊張的戰場通訊中，通訊兵往往需要在高壓力、高噪音、差設備的情況下迅速、準確地傳遞信息，而在這種情況下，要求通訊兵及時地編碼解碼，將是不切實際的。因此一種天生的密碼—— 語言 的優勢，逐漸顯現出來。

工作原理

1912年，正值太平洋戰爭的高峰期。美軍為保障太平洋地區的通訊安全，接受了居住在洛杉磯的退休工程師菲利普·瓊森的建議，制定了一個「領航員」計劃：開始招收那瓦霍人作為通訊兵。因為根據瓊森所訴的試驗，用納瓦霍語編製的密碼可以在20秒內將三行英文信息傳遞出去，而同樣的信息使用機器密碼卻需要30分鐘。但這種密碼系統在誕生之初卻有個本質的缺陷：納瓦霍語中沒有現代軍隊的專業術語。於是海軍決定構造一個納瓦霍語的術語表：

但單單有個術語表並不能解決那瓦霍語密碼化過程中的所有問題，因為人名、地名是無法在術語表中全部列出的。因此美軍又發明了一種聰明的轉譯方法，即根據字母來拼出難詞：

就像現代航空管制中的無線電呼號一樣，事先約定一個單詞 - 字母的對應關係，從而成功地使納瓦霍密碼成為二戰時期安全通訊必不可少的一部分。1942年，第一批納瓦霍族的通訊員開始在戰場通信中發揮作用。憑藉著極快的速度、極高的精準度和無與倫比的安全性，這些納瓦霍族的通訊員們很快在軍中獲得了不低的地位，有士兵自願為他們背發報機、扛槍，他們甚至還有了私人保鏢，受到戰友的保護：但是，由於納瓦霍密碼的機密性，美國政府卻禁止提及他們提起他們的特殊貢獻。直到1968年，那瓦霍密碼才被公諸於眾。2001年7月26日美國總統布希在國會山上舉行隆重儀式，為一些已沉默半個多世紀的納瓦霍族通訊員頒發美國政府的最高勳章—— 國會金質獎章。在會上，當時的美國總統布希感嘆道：

他們勇敢工作，出色地完成了自己的任務... ...他們對國家的貢獻值得所有美國人尊敬和感謝。

可惜，最後一名納瓦霍族通訊員於2014年6月4日早晨去世：

向對太平洋戰爭做出無數貢獻的納瓦霍族通訊員致敬。

同納瓦霍族通訊員相似的還有科曼切族通訊員，他們也被禁止提及戰時的特殊貢獻：發出了第一條登陸諾曼底的信息。直到世界邁入新世紀，密碼技術的進步使得這些密碼技術已無利用價值，這些密碼員才終於獲得了遲到的榮譽。但此時他們中的大多數都已默默離開了人世。

總結

在第一章的時候，我就已經講過密碼學的力量：改變戰爭的動向，現在看到了吧。納瓦霍密碼作為世上第一個語言為基礎的密碼，開創了密碼編碼的新時代，是一種 劃時代的、極少數仍未被破解密碼之一 的密碼，其重要性也不言而喻了。

總結

概要

本篇通過講述兩種密碼：恩尼格瑪密碼和納瓦霍密碼的產生、發展，最後到終結，闡述了密碼學發展的又一個趨勢——高效和簡便。

下篇預告

在下一章里，我們將接觸到密碼學的另一個領域：密碼破譯術，我們將通過頻率分析的方式，嘗試破譯兩種簡單密碼：凱撒移位密碼和單字母表替換密碼，來看看密碼術的另一面：破譯術。

本篇完

修訂於2016-11-27.

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