匿名性的前世今生:從羊皮紙到區塊鏈密碼學
達令智庫/張詠晴編譯
2019-04-16 10:24

 

發展沿革:從羊皮紙到密碼機器

 

1、密碼學概述

 

密碼學,顧名思義,就是對傳達內容和訊息進行保護。根據維基百科的釋義,密碼學一詞源自於希臘語,早在公元前400多年就已經產生,是專門研究保密通訊,保護傳送訊息以防止第三方對訊息竊取的一門學科,包括密碼編碼學和密碼分析學,主要分為古典密碼學和現代密碼學。當然,如果把戰爭時期密集使用密碼學的時間段單獨來看的話,也可以作為近代密碼學,在現代密碼學類別裡做一個時間上的劃分。

 

2、密碼學的發展歷程

 

● 古典密碼學

 

古典密碼學主要使用文字替換的方式來達到保密的作用,最早的實際應用可以追溯到公元前60年古羅馬時期的凱撒密碼。當時的凱撒作為羅馬的執政官,深知核心軍事訊息保密對一場戰役的重要性,於是凱撒設計了一種專門用在軍事上的轉換文字,主要採用了單表替換加密技術,即明文中所有字母都在字母表上向前或向後移動若干位,所以即使訊息被敵方獲取也不一定能看懂,這就是最早用於實踐的密碼案例,也是著名的凱撒密碼。

 

雖然當時凱撒的敵人沒有意識到這種加密手段,但後來由於字母移位存在一定的限制,以及改良後的隨機移位字母表在一定的背景下也較容易被破解,後來也隨著蘇格蘭掉頭女王的慘劇落下帷幕。

 

除了著名的凱撒密碼,還有另外5種古典加密方式,包括:

 

● 近代密碼學

 

近代密碼學可以看做是現代密碼學的一部分,只是在時間上進行了一個劃分,將戰爭集中使用密碼學的時期單獨分開來看。

 

談起近代密碼學,不得不談維吉尼亞密碼(Virginia cipher)。雖然維吉尼亞密碼在1586年就被設計出來了,但直到200年後摩斯密碼開始流行,這個密碼才開始進入人們的視野。因此,按照其應用的時間段,將其納入近代密碼學無可厚非。曾經,維吉尼亞的《密碼理論》也被稱作「不可破譯」的密碼,直到1854年被建立現代電腦理論框架的查爾斯·巴貝奇(Charles Babbage)破譯。

 

說起來還多虧了一個妄圖以僥倖心理獲取專利的牙醫,如若不是當時他重新包裝了維吉尼亞密碼,並且為難巴貝奇破解密碼,那麼維吉尼亞密碼可能需要等大約10年的時間才能被卡西斯基破譯。而在當時的美國南北戰爭期間,南方聯軍一直使用的就是維吉尼亞密碼,雖然早已經被破譯了,但由於當時沒有大規模發表,所以北方政府一直佔據著情報獲取上的優勢,如果維吉尼亞密碼那時沒有被破譯,或許南北內戰的時間還會更長一點吧。

 

而近代密碼學被頻繁使用還是二戰時期。1918年,在一戰即將結束的時候,德國人亞瑟·謝爾比烏斯參考科赫的構想後設計出了一種密碼機器,也就是後來世界聞名的Enigma。

 

Enigma是一種多表替換的加密實踐,其加密核心是3個轉輪。每個轉輪的外層邊緣都寫著26個德文字母,用以表示26個不同的位置,而經過轉輪內部不同導線的連接,改變輸入和輸出的位置,從而進行加密。一個3轉輪的Enigma機器,能進行17576中不同的加密變化。

 

Enigma在二戰中作為德國海陸空三軍最高級的密碼機,曾一度在二戰前期勢不可擋。當時的Enigma較剛設計出來的原始形態做了一些改變,使用了3個正規輪和1個反射輪,極大提高了軍事訊息的安全性。

 

但是1939年,當二戰剛剛拉開序幕,波蘭密碼學家馬里安·雷耶夫斯基(Marian Adam Rejewski)、耶日·魯日茨基(Jerzy Witold Różycki)和亨里克·佐加爾斯基(Henryk Zygalski),就將破譯Enigma的研究成果共享給英國盟友,幫了很大的忙。

 

然而在德國和波蘭、英國的密碼學戰爭較量中,還有兩個人我們不能忽視,一個是英國密碼破譯專家諾克斯,一個是圖靈。如果說波蘭對Enigma的破譯奠定了二戰密碼破譯的基礎,那圖靈、諾克斯和他們的團隊就是二戰破譯德軍密碼的核心力量。德國對Enigma不斷進行編碼程序的變更和改進,圖靈團隊就不斷對德國的密碼機器進行研究、模仿和破譯,最終製作了能破譯德國情報的密碼機,命名為「炸彈」。

 

從此,有了「炸彈」的助力,德軍在二戰中的極大多數行動,都源源不斷的從圖靈團隊傳到英國軍事指揮中心,幫助英軍取得勝利,減少戰爭損失。

 

可以說,二戰的轉機也與密碼機的破譯有很大的關係,但是至於為什麼密碼機早就被破譯了,但是戰爭還持續了6年之久,這就與當時同盟國的政策和軍事策略有很大關係了,畢竟密碼學只是一個助力。

 

本文為巴比特資訊授權刊登,原文標題為「匿名性的前世今生:從羊皮紙到區塊鏈密碼學