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【专题课堂】密码学之近代密码
发布时间:2023-01-03

      近代密码是指从第一次世界大战、第二次世界大战到1976年这段时期密码的发展阶段,近代密码与古典密码没有本质上的区别,加密原理还是与古典密码的代换和置换,只是从手工密码发展到了使用机械代替运算,实际是运算量的增大使得难以人工破解。

      20世纪初,意大利物理学家奎里亚摩•马可尼发明了无线电报,让无线电波成为新的通讯手段,它实现了远距离通讯的即时传输,但是通过无线电波送出的每条信息不仅传给了己方,也传送给了敌方,因此这就意味着必须给每条信息加密,随着第一次世界大战的爆发,对密码和解码人员的需求急剧上升,一场秘密通讯的全球战役打响了。

电报机

 

       随着计算机科学的发展,快速电子计算机和现代数学方法一方面为加密技术提供了新的方法、新的概念和新的工具,另一方面也为破译者提供了有力的武器。总之,利用电子和计算机技术可以设计出更加复杂的密码体系。

      恩尼格玛机(Enigma隐匿之王):于1919在德国问世,它的设计结合了机械系统与电子系统。恩尼格玛机使用的加密方式本质上还是代换和置换,只不过因为密码表种类极多,破解难度高,同时加密解密机器化,使用便捷,因而在二战时期得以使用。

     《猎杀U-571》是由乔纳森·莫斯托执导动作剧情战争片。该片根据史料改编,讲述了第二次世界大战期间,盟军侦察到在北大西洋有一艘德军的受创潜艇U-571,正向德军发出求救信号,于是盟军迅速且秘密地将一艘军舰改装成德军的维修舰,准备以维修U-571作为掩护,强行夺取舰上的密码解码机的故事。

恩尼格玛机

Enigma转轮组的加密原理

 

        Enigma转轮组的加密原理,正是多表替代——它通过不断改变明文和密文的字母映射关系,对明文字母们进行着连续不断的换表加密操作。

 

·三个转子不同的方向组成了262626=17576种不同可能性;

·三个转子间不同的相对位置为6种可能性;

·连接板上两两交换6对字母的可能性数目非常巨大,有100391791500种;于是一共有175766100391791500,大约为10000000000000000,即一亿亿种可能性。

 

      著名的电影《猎杀U-571》中,讲述了夺取并破解德军的恩尼格码密码机的故事。

 

《猎杀U-571》

       纳瓦霍密码:在二次世界大战中,印第安纳瓦霍土著语言被美军用作密码,美国二战时候特别征摹使用印第安纳瓦霍通信兵。据说纳瓦霍语像“鸟语”,只有语言没有文字,依靠其族人口口相传延续的部落语言。在二次世界大战日美的太平洋战场上,美国海军军部让北墨西哥和亚历桑那印第安纳瓦霍族人使用纳瓦霍语进行情报传递。纳瓦霍语的语法、音调及词汇都极为独特,不为世人所知道,当时纳瓦霍族以外的美国人中,能听懂这种语言的也就一二十人。这是密码学和语言学的成功结合,纳瓦霍语密码成为历史上从未被破译的密码。
 

  

电影《风语者》中的纳瓦霍译电员

      20世纪30年代领导波兰密码学家率先对德国使用的Enigma密码进行了系统性的研究和破译。在破译过程中,雷耶夫斯基首次将严格的数学化方法应用到密码破译领域,这在密码学的历史上是一个重要成就。雷耶夫斯基等人在二战期间破译了大量来自德国的信息,他们的工作成为整个二战期间盟国破译德军Enigma密码的基础。雷耶夫斯基与波兰数学家杰尔兹·罗佐基和亨里克·佐加尔斯基并称为密码研究领域的“波兰三杰”。有人说密码学至少使二战的时间缩短了一年。

       随着Enigma的破译,人们意识到其实真正保证密码安全的往往不是算法,而是密钥。即使算法外泄,但只要密钥保密,密码就不会失效。

      荷兰密码学家Kerckhoffs于1883年在其名著作《军事密码学》中提出密码学的基本假设:密码系统中的算法即使为密码分析者所知,对推导出明文或密钥也没有帮助。也就是说,密码系统的安全性应只取决于可随时改变的密钥,而不应取决于不易被改变的事物(算法)。

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