古代密碼學與信息安全

09-15

二次元世界的小夥伴對「風林火山」這個詞不會感到陌生，日本戰國時期的一方諸侯武田信玄把「疾如風、徐如林、侵掠如火、不動如山」印在自己的軍旗上，幾百年後又通過影視劇和動漫作品變得廣為人知。這句話實際上出自《孫子兵法·軍爭》中的名句「其疾如風、其徐如林、侵掠如火、不動如山」，意思也不難理解——一支理想的軍隊，就應該做到進攻時要像風和火一樣迅疾，防守時要像樹林和大山一樣整齊和穩定。

▲其實後面沒有出現的兩句可能更加重要

不過，這段話後面還有兩句——「難知如陰，動如雷震」，說的就不僅僅是戰爭上的事了，要做到「難知如陰」，除了臨場戰術意義上的隱蔽之外，對己方信息的保密是更為重要的環節。因為戰爭打的就是突然性，展開陣勢打堂堂之陣，是成本最高的一種，如果能隱藏好自己的真實意圖，打對方一個措手不及，就可以用小的代價換取大勝利。所以，在保密方面下點功夫，花點成本，是很划算的。

這個道理，自從有戰爭以來，就為天下的兵家所懂得——不懂的都被滅了，《孫子兵法·用間》中總結：「事莫密於間」、「間事未發而先聞者，間與所告者皆死」。道理不難懂，不過應該以怎樣的具體措施來落地，那辦法可就多啦。

▲「陰符」記載於古兵書《六韜》中相傳為姜太公所發明

相傳在中國周朝，就出現了「陰符」和「陰書」兩種保密方法。所謂陰符，就是事先製作一些長度不同的竹片，然後約定好每個長度的竹片代表的內容，比如，三寸表示潰敗，四寸表示將領陣亡，五寸表示請求增援，六寸表示堅守……一尺表示全殲敵軍等等。這種「陰符」無文字，無圖案，只有前方少數將領和後方指揮人員了解含義，即使傳令兵被俘或叛變，敵人也搞不懂幾張長短不一的竹片到底代表了什麼。

▲竹簡可拆，使陰書成為可能

陰符保密性肯定不錯，不過能傳達的信息也有限，要是戰場有超出事先預料的情況，陰符也就表達不了。為了彌補這個缺點，又出現了「陰書」，即把信息以明文寫在竹簡或木簡上，然後將竹簡或木簡隨機分為三份，由三名傳令兵各執一份分別送達。收件人收齊後，再把三份「陰書」拼合起來，完整內容就出現了。這種「陰書」能傳遞更為複雜的信息，即使某一信使被敵方抓住，敵方也得不到完整的情報。

「陰書」兼顧了保密性和靈活性，但也同時也是為了靈活性而降低了保密性，因為如果其中一份落入敵手，雖然信息不全，但敵人也可以猜到一二，總歸是有隱患。到了宋代，為了避免這種情況，出現了升級版的陰符——字驗。這種方法見於宋代軍事類書《武經總要》，大致過程是這樣的——

先收集軍事中常用的40個短語，然後給每個短語分別編碼，比如：1.請弓；2.請箭；3.請刀；4.請甲……35.戰大捷；36.將士投降；37.將士叛；38.士卒病；39.都將病；40.戰小勝。將領帶兵出發前，後方指揮機關同這位將領約定用一首四十字的五言律詩作為密鑰，並發給將領一本有40個短語編碼順序的密碼本，編碼順序可變化，不同的編碼順序可形成若干不同的密碼本。

如以《詠史》這首詩為密鑰：「漢家青史上，計拙是和親。社稷依明主，安危托婦人。豈能將玉貌，便擬靜胡塵。地下千年骨，誰為輔佐臣？」假如需要補充箭矢，將領就從密碼本中查出「請箭」的編碼是「2」，詩中第2個字是「家」字，於是，將領就把「家」字寫入一件無關機密的普通信件中，在「家」字蓋上印章。後方在收到信件後，查出「家」字在詩中的順序是第2個字，再對照密碼本上的編碼譯出「請箭」的信息，然後就可以決定下一步的行動了。這種辦法非常巧妙，由於信件無關機密，即使關信人叛變或被被俘，均不能從中解讀出有用的信息，蓋了印章的字更是會使人不明就裡，保密的目的也就達到了。

南宋還出現了密寫的先進技術。據《三朝北盟彙編》記載，公元1126年，開封被金軍圍困之時，宋欽宗「以礬書為詔」。因為「以礬書帛，入水方見」，只有把布帛浸入水中，隱藏其上的字跡才會顯露出來，金人不知道此術，也就無從知道情報的內容了。除此之外，還有譬如將情報寫於絲綢或紙張上，然後搓成圓球用蠟裹住藏在信使身上或將其吞入腹中傳遞，這種保密性傳遞方法一直沿用至清朝。

▲凱撒密碼就是簡單的移位，在當時是夠用了

古代的歐洲文明中，也同樣有保密技術出現。傳說在古希臘時期就用過一種笨辦法——把奴隸的頭髮剃光，在頭上寫字，頭髮長出來後再派出去傳遞秘密情報（奴隸：MD洗頭都不行……），可謂最古老的「加密」了。公元前4世紀的伯羅奔尼撒戰爭期間，希臘人又用了在腰帶上書寫移位後的文字來加密傳遞情報的方法。古羅馬時期發明了「愷撒密碼」，就是把明文中的各個字母換成錯開一定間隔，形成秘文傳遞。

到16世紀，西班牙、英、法、意等國家之間相互競爭劇烈，情報活動也就隨之變得非常頻繁，在其利用使館進行情報傳遞的過程，各國使節就已普遍使用編製的密碼書寫信件來向國內報告情況，當時威尼斯公國駐英國使節米凱爾所用的密碼，英國人絞盡腦汁也沒能搞明白，直至3個多世紀後的1863年才被人破譯。對於加密和破譯的需求，甚至直接催生了一門新的學科——「密碼學」。

第三任美國總統傑弗遜對密碼學很有研究，於1795年發明了一種加密裝置，被稱為「傑弗遜圓盤」（Jefferson disk），或叫做「傑弗遜轉輪加密器」（Jefferson wheel cipher）。這個裝置有36片同樣大小的木製轉輪，套在一根鐵杆上，每片轉輪上的圓周邊緣上刻有亂序的26個英文字母表。

進行秘密通信的雙方必須各自擁有完全一樣轉輪加密器。當要把一段文字（不超過36字）秘密通知對方時，只需轉動加密器上的各片轉輪，使這段文字正好出現在同一行上，這時轉輪上排列的其他25行都是無意義的亂碼；此時發信人抄寫其中任意一行的亂碼，關交給信使傳送（加密）。對方收到亂碼信後，只需拿出自己保存的同樣的裝置，轉動上面各片轉輪，讓它們的排列使得這段亂碼正好出現在同一行上，然後他查看其他25行上的內容，其中必然有一行會顯示出真正的信息（解密）。

傑弗遜加密器屬於「多表替換」型加密，很難被破解，除非能得到加密裝置。據說美國軍隊直到上世紀60年代仍然在使用。當然，這種加密器的缺點也是很明顯的，即它每次只能傳送簡單的信息（字長不能超過轉輪的片數），而且參與通信的各方不能太多。

▲這種密碼機裝備德國海軍

使英國從1942年2月到12月都沒能

解讀德國潛艇的信號

當然，最為人所知的加密裝置，當非二戰時期德國的「恩尼格瑪」密碼機莫屬。這種密碼機最初並不是軍用品，而是在20年代早期被用於傳遞商業信息（商場如戰場）。恩尼格瑪的原理並不複雜，主要由鍵盤，擾頻器，顯示屏三部分組成，鍵盤輸入字母，擾頻器為字母加密，顯示屏顯示字母（「顯示屏」是由一系列用燈照亮的字母組成）。

▲恩尼格瑪的構造圖

最關鍵的是擾頻器，也有三個主要部分，插線板-轉輪-發射器。通過插線板可以講字母對換，然後經過三個聯接在一起的轉輪，每輸入一次，轉輪往前進一步，則下一個文字轉輪狀態就已經變化了，最後是反射器，將輸入文字變換為另一個文字返回。最初的恩尼格瑪機通過在插線板中交換6對字母，再加上三個轉輪，總共可以生成的密匙總量是10的16次方。也就是說如果每一秒鐘嘗試一個密匙，也需要3億年時間才能全部嘗試完，可以說恩尼格瑪機實現了加密者的夢想。

▲圖靈用來破譯的機器

可見解密比加密難多了

不過，魔高一尺道高一丈，這個堪稱完美的加密機最後由於情報泄露（構造被賣給了英國）、操作員的失誤、使用步驟錯誤、機器或密碼本被繳獲等原因，再加上英國擁有偉大的數學家圖靈，恩尼格瑪最終還是被成功破譯，這也成為戰爭史乃至科學史上的一段傳奇。

除此以外，歷史上還出現過各種加密的奇招，比如我們非常熟悉的美軍「風語者」——以印第安那瓦霍族人的土語為基礎編製密碼，由於語言的罕見，可謂密上加密。其實美國在一戰時間就使用過這種方法，1918年9月，在第二次索姆河戰役中，美國第30步兵師將一組切諾基族士兵用於電文發送，開闢了美軍將美洲土著語言用於秘密通訊的先例。美軍第36步兵師也從實踐中發現了印第安語的妙用，安排14名巧克陶族士兵接受電訊訓練，幫助美軍在法國默茲－阿貢戰役中贏得了幾場重要戰鬥。

▲監聽到在正在用印第安語通話的美軍，

日軍一臉懵

無獨有偶，在抗日戰爭中，來自西南的滇軍同樣用過這種土法，全部使用白族士兵當通訊員，就算直接明語通話被日軍監聽到也聽不懂，在八十年代的對越作戰中，解放軍乾脆讓溫州籍戰士充當通訊員，越軍長年與中國對抗，能聽懂西南方言、粵語和普通話，但依然在溫州話面前敗下陣來——保持我國境內語言的多樣性還是很重要的，因為不知道什麼時候，方言或少數民族語言就會成為自帶加密屬性的「戰略資源」。

加密是為了保住秘密，如果加密強度不夠，或者因為別的原因被破解，後果也就非常嚴重。甲午戰爭中，清政府使用的密碼過於簡單，被日本輕鬆破譯，不光在戰爭中喪師失地，在談判中也被對手牢牢控制。德軍的恩尼格瑪被破譯後，許多U艇也就隨之暴露了位置，被盟軍反潛兵力一艘接一艘的送進了海底，這些教訓不可謂不慘痛。

▲因為暴露位置而遭到追殺的潛艇

在我們今天的生活中，仍然大量充斥著各種密碼，你的銀行卡、手機、郵箱、社交賬號……無不要使用密碼來保證信息和財產安全，一旦泄露，這後果難以想像。當然，今天我們所使用的加密技術目前還是值得信任的，只要不使用過於簡單的密碼，並且確保不會外泄，通常也不會有什麼問題。

其實，密碼的存在，更多的是需要一層屏障，保護外來入侵，防止有心無心地窺探。願你工作中也處處有安全防護！