密码那些事儿｜ 十七 年轻数学家首次破解恩尼格玛机(图灵密码解密)
密码那些事儿｜ 十七 年轻数学家首次破解恩尼格玛机(图灵密码解密)
受影视文学作品影响，提到年轻数学家破解恩尼格玛机，人们的脑海中都会浮现出图灵的名字。不可否认，图灵为最终破解恩尼格玛机确实做出了巨大的贡献，但那是他站在了“巨人的肩膀上”。事实上，在图灵之前，首次破解恩尼格玛机要归功于三位年轻的数学家，他们全部来自波兰。
一战后世界处于暂时的停火状态，波兰位于德国和苏联之间，属于在两个大国的夹缝中求生存。东边经常被苏联渗透，西边的德国又谋划着收复失地，所以波兰的警惕性极高，总感觉随时会被两边的强敌攻陷，从没放松过密码学研究。这种威胁下的恐惧感给了他们破解恩尼格玛机的最大动力。
1929年1月，波兰波兹南大学数学系的一群20多岁的大学生和部分研究生被要求宣誓保密，然后开始学习一门密码学课程。他们每周上两个晚上的课，在几星期后就开始破解各种密码，无法完成破解功课的学生则会被淘汰。最终只剩下了三名优秀者，他们分别是雷杰夫斯基、齐加尔斯基和鲁日茨基。
正是这三位年轻的波兰数学家，破译了曾经被认为不可能被破译的初代恩尼格玛机，其中尤以雷杰夫斯基居功至伟——他建立了破解恩尼格玛机的数学方程。
在破解之前，波兰密码局通过情报渠道掌握了德国人使用恩尼格玛机的一些规定：
1.相互间进行通信的恩尼格玛机都有相同的初始设定，其中包括转子的排列和起始位置，初始设定每天变更一次，操作员每个月都会收到一本新的密码簿，上面记录着每天的初始设定；
2.发报员在每发一份电文前，先按密码簿上的当天设定，初始状态为QCW（假设），然后脑子里随意想3个字母，比如说ABC，用设置成QCW状态的机器给ABC加密，比如说加密后ABC变成了BMW。但一次还不够，还要再加密一次，比如第二次ABC又变成了FTN。然后把两次加密的结果并列写一起，形成BMWFTN；
3.收报员收到加密的电文后，先把自己密码机的转子调到当天规定的起始位置，然后输入密文的前6个字母BMWFTN，解密得到ABC，再把3个转子调到ABC的位置，开始解密正式的电文。
通过这些情报，雷杰夫斯基发现： 从数学的角度来看，密码机的作用就是对26个字母进行置换。
随后，他又根据19世纪法国天才数学家伽罗瓦（这位哥们也是密码学史上的重要人物）的“置换群”代数理论——n个元素的所有置换通过合成关系形成为一种代数结构，建立了恩尼格玛机的“置换群”方程。
比如：字母a被加密成x，字母b被加密成y，字母c被加密成z，就形成了三个置换方程：
T(a)=x，T(b)=y，T(c)=z。解出这个方程的解，也就找到了破解恩尼格玛机的关键。
但是这种置换群的结构仍然十分复杂，想求解也是十分困难。雷杰夫斯基又根据恩尼格玛机的特点，发现了两个限定条件：
第一个条件是由于反射器的作用，恩尼格玛机加密与解密的过程完全一致，也即是T(a)=x与T(x)=a是一致的；
第二个条件是操作规程中的前6个字母。比如，某一天密文的前6个加密字符是BMWFTN，那就可以假设加密前的明文为ABCABC，ABC这三个字母就是该电文的密钥，也就是加密电文时3个转子的初始位置参数。
那么把它用置换方程描述出来就是，T1(A)=B，T2(B)=M，T3(C)=W，T4(A)=F，T5(B)=T，T6(N)=N。
根据第一个条件，就可以转化为，T4(T1(A))=F，T5(T2(B))=T，T6(T3(C))=N。
雷杰夫斯基把这三个置换称为这一天密码的“特征集”，想知道T1、T2、T3、T4、T5、T6，只需要把特征集置换的所有对换总结出来就可以了。
具体的工作就是，把当天截获的信息中，所有可以对应的字母都找出来。
假设波兰人截获四封电文，其中每封电文的开头六个字母分别为：
根据上述的操作方式，每封电文的第一个和第四个字母是同一字母加密而来，于是通过上面四封电文，我们可以得到第一个及第四个字母的联系如下：
如果每天可以得到足够多的电文，那么上面的关系表便可以补充完整如下：
仔细观察这个表格，我们不难发现字母关系中会有如下循环：
同样对第二和第五，第三和第六个字母我们也可以写出类似的循环。
而且三位数学家还进一步发现，这种循环，也即由每天的密钥决定的特征集，当中所包含的环的长度和个数只与转子的排列和初始位置有关。
于是他们决定把所有的特征集按其所包含的环的长度和个数分类。为此雷杰夫斯基在恩尼格码的基础上设计了一台能同时验证所有转子位置的机器，取名为炸弹（La Bomba）。经过一年多的连续运行记录，终于收集到了全部数据。这样，波兰人便从每日截获的大量电文中写出字母循环圈，然后根据循环圈的数目和长度从记录表中检索出相对应的转子位子，即是当日的密钥。
至此，第一代恩尼格玛机被全部破解。以后几年，波兰密码局每天都能破译大量的德军情报。
上面对雷杰夫斯基的工作的介绍是极其简单化的，只以举例的形式介绍了其中最重要的思路。雷杰夫斯基对于ENIGMA的分析是在密码分析史上最重要的成就之一，整个工作都是严格地数学化了的（求解关于置换矩阵的方程），决非上面所举例子可以包含。比如说，找到当日密钥中转子状态后，还需要找到连接板状态，才能真正译出密文。
为了表彰雷杰夫斯基、齐加尔斯基和鲁日茨基的功勋，2000年时他们被追授了“波兰复兴大十字勋章”。在2005年雷杰夫斯基诞辰100周年时，他的家乡比得哥市还为他建立了一座铜像，以纪念他在破解恩尼格玛机中的丰功伟绩。
往期文章：
密码那些事儿｜（十六）二战中大放异彩的“超级情报”
密码那些事儿｜（十五）坚持就是胜利——初代恩尼格玛机
密码那些事儿｜（十四）古典密码的巅峰——恩尼格玛机
密码那些事儿｜（十三）尴尬的维吉尼亚3.0
密码那些事儿｜（十二）短命的维吉尼亚2.0
密码那些事儿｜（十一）南北战争时的维吉尼亚密码较量
密码那些事儿｜（十）“钥匙”打开维吉尼亚的锁
密码那些事儿｜（九）维吉尼亚登场
密码那些事儿｜（八）玛丽女王被密码改变的人生
密码那些事儿｜（七）以频率之矛，攻移位之盾
密码那些事儿｜（六）中外古时候的移位加密
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艾伦·麦西森·图灵，在如今你或许对这个名字有些许陌生，但是如果说”计算机之父图灵“你一定对他这个头衔如雷贯耳，每个杰出的人才从小都会展现出与众不同的天赋，他们不会埋没在人堆里，图灵也不例外。
他在1912年6月23日出生于英国伦敦，那时的英国恰好内战失败的阴影，图灵因为他的祖父在日不落帝国时期立下了一点点功绩，被封为准男爵，结果内战之后，他们便家道中落，还好他的父亲扛起了家族复兴的大旗，乘着大英帝国前往印度的淘金热积累了些许财富，图灵的童年也算是衣食无忧。或许天才的大脑也会继承祖辈的传承，图灵的祖父约翰·罗伯特·图灵就十分有数学天赋，可惜后半生因为时运和国家境遇对生活心灰意冷，不再研究数学转学神学。图灵的童年并不像其他天才一样早早的展现出”早慧“，小时候的他甚至有些呆，不愿与别的小朋友玩耍，总爱一个人默默的呆着，或许这也是他成为”伟大“的因素之一。
1931年，图灵进入英国剑桥大学国王学院学习，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士。在这期间他疯狂汲取知识，充实自己，在结束学业以后恰逢二战爆发，二战期间，盟军为破解德军的恩尼格玛(Enigma)密码通讯系统，召集了一批专家进行秘密破解工作。艾伦·图灵（本尼迪克特·康伯巴奇），加入了指挥官丹尼斯顿（查里斯·丹斯）领导下的解密组。图灵通过字母排列组合，构建了“图灵机”计算密码的设想，并将其命名为“克里斯多夫”，以纪念往日逝去的好友。在图灵与解密组成员废寝忘食地努力下，最终建成了解密机，成功破解了德军的机密文件并缩短了二战的持续时间；图灵直接使德军轰炸计划破产，挽救了欧洲几千万人的生命。
在以下领域他都做出了卓越的贡献
图灵在第二次世界大战中从事的密码破译工作涉及到电子计算机的设计和研制，但此项工作严格保密。直到70年代，内情才有所披露。
从一些文件来看，很可能世界上第一台电子计算机不是ENIAC，而是与图灵有关的另一台机器，即图灵在战时服务的机构于1943年研制成功的CO-LOSSUS(巨人)机，这台机器的设计采用了图灵提出的某些概念。
它用了1500个电子管，采用了光电管阅读器；利用穿孔纸带输入；并采用了电子管双稳态线路，执行计数、二进制算术及布尔代数逻辑运算，巨人机共生产了10台，用它们出色地完成了密码破译工作。
1949年，图灵成为曼切斯特大学（University of Manchester ）计算实验室的副院长，致力研发运行Manchester Mark 1型号储存程序式计算机所需的软件。
1950年他发表论文《计算机器与智能》（ Computing Machinery and Intelligence），为后来的人工智能科学提供了开创性的构思。提出著名的“图灵测试”，指出如果第三者无法辨别人类与人工智能机器反应的差别， 则可以论断该机器具备人工智能。
从1952年直到去世，图灵一直在数理生物学方面做研究。他在1952年发表了一篇论文《形态发生的化学基础》(The Chemical Basis of Morphogenesis)。
他主要的兴趣是斐波那契叶序列，存在于植物结构的斐波那契数。他应用了反应-扩散公式，如今已经成为图案形成范畴的核心。他后期的论文都没有发表，一直等到1992年《艾伦·图灵选集》出版，这些文章才见天日。
1952年，39岁的图灵遭到入室盗窃后报警，警方搜查结果发现图灵是同性恋。在当时的英国，同性恋是不被允许的。图灵被以”颠倒性行为罪”起诉，之后公审判刑。法院给了他两个选择，坐牢或化学阉割，图灵选择了后者。当时的化学阉割就是鲁莽地给人注射雌激素，完全不管这种注射对健康造成的影响。图灵在遭受注射一年后，出现乳房不断发育等严重的副作用，健康也受到很大的影响。1954年6月7日，不堪重负的图灵，咬了一口浸染了氰化物的苹果，在家自杀身亡，享年41岁。一代天才，就因为同性恋，这种天生的性取向，而被迫害之死。
假如，当时的英国有那么一丝丝宽容，让他活下来，那么他的天才大脑，又将给人类带来怎样的福祉。如果图灵没有自杀，说不定现在的人工智能，比阿尔法狗还要先进一千倍。可惜，这个世界从来就没有”如果”二字。
2009年，英国计算机科学家康明（John Graham-Cumming）发起了为图灵平反的在线请愿，截止到2009年9月10日请愿签名人数已经超过了3万，为此，当时的英国政府及首相戈登布朗不得不发表正式的道歉声明。
2012年12月，霍金、纳斯（Paul Nurse，诺贝尔医学奖得主）、里斯（Martin Rees，英国皇家学会会长）等11位重要人士致函英国首相卡梅伦，要求为其平反。
2013年12月24日，在英国司法大臣克里斯・格雷灵（Chris Grayling）的要求下，英国女王终于向图灵颁发了皇家赦免。英国司法部长宣布，“图灵的晚年生活因为其同性取向而被迫蒙上了一层阴影，我们认为当时的判决是不公的，这种歧视现象如今也已经遭到了废除。为此，女王决定为这位伟人送上赦免，以此向其致敬。”
藉此，我已一名计算机小学生的身份向伟人致敬，他照亮了一个时代，因为社会的不公就草草的给自己的人生划上了句号，这是时代的悲哀。在他诞辰108周年之际，缅怀这位伟人！
在布莱切利园中，德国海军的恩尼格玛密码一直被认为是最难以破解的。
德国海军历来极其重视无线通信的可靠性和保密性，就是他们率先使用了恩尼格玛机来加密。而且，德国海军还频繁地在结构和操作方式上对恩尼格玛机进行改进，以确保它无懈可击、牢不可破。
第二次世界大战前夕，德国陆军和空军将恩尼格玛机的转子从3个增加到了5个，而德国海军则是继续增加到了7个，最后更是丧心病狂的增加到了8个。
而且，德国海军还使用了与陆军及空军不一样的新操作规程，主要包括两个方面：
一、增加“密钥手册”，规定每天0点更新初始参数。
（a）选择8个转子中的3个并规定其基左中右位置；
（b）设定各转子的内外轮之间的相对位置；
（c）设定接线板上的10对接线；
（d）设定3个转子的初始位置。
二、采用“双字替换表”
（a）发报前，先从密钥手册中选3个字母，比如ABC，作为密钥，然后把恩尼格玛机的3个转子调到当天规定的初始位置，输入ABC，假设得到FTN，再把转子调到FTN的位置，开始加密正式电文；
（b）再从密钥手册中选另一组字母，比如XYZ，在XYZ的左边和密钥ABC的右边任意增加一个字母，比如P、Q，列成两行，上下对齐。
P X Y Z
A B C Q
（c）根据当天有效的“双字替换表”把各列的字母对PA、XB、YC、ZQ分别替换，比如替换成IS、OW、MD、UV；
（d）发送电报时，把这4对字母加在正式密文的首尾；
（e）对方接收到电报后，先对4对字母反向操作，得到3个字母ABC，再得到FTN，然后开始解密正文。
这样一来，原来重复加密3个字母密钥的操作就不存在了，以致雷杰夫斯基发明的破解方法完全失效。
在图灵来到布莱切利园之前，几乎所有人都认为德国海军的密码是无法破译的，因此没有人愿意为它浪费时间。图灵到来之后，发明了基于crib方法的“炸弹”机，理论上是可以对德国海军的密码进行破译的，但由于早期的“炸弹”机性能过低，所以破解的效率极为低下。
当时德国的U-潜艇正在严重威胁盟军的大西洋生命线，寻找有效的破解德国海军密码的方法变得刻不容缓。经过一段时间的摸索和研究，图灵终于发明了基于贝叶斯统计原理的“班布里方法”，能够有效破解德国海军的恩尼格玛机。
班布里方法基于语言学中的一个统计事实：把任意两段文字拿来排成行上下对齐进行比较，查看其中有多少对字母是相同的；当这两段文字属于同一编码系统时出现相同字母对的概率，明显高于当它们不属于同一编码系统时的相应概率。
基于这个原理，图灵找到了破解德国海军恩尼格玛机的途径。不过图灵所用的方法包含了大量数学理论，过程也相当繁琐，这里就不详细表述了，我们只说一下图灵的大致思路。
首先，通过对比分析大量的电文头尾的明文字母，部分甚至完全破解“双字替换表”，从而获得电文密钥；
其次，用班布里方法，确定右边转子是8个转子中的哪一个；
再次，重复使用班布里方法，进一步确定中间转子是哪一个；
最后，用“炸弹”机破解全部密文。
这个步骤被验证是行之有效的，图灵就这样搞定了最高级别的德国海军恩尼格玛机。
1940年5月8日，用班布里方法破解德国海军密码首次获得成功。以后的三年里，此方法结合“炸弹”机成为英国破解德国海军密码的主要手段，为盟军重创德国U-潜艇舰队、守住大西洋生命线做出了巨大贡献。
据不完全统计，破解之后，盟军全年被击沉船只的吨位下降了60%；而德军潜艇的损失率，从破译前的不到7%，猛增到50%。
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解析:
对于每一个行业和领域来说，几乎都存在一两项令其领域内所有人视为“终极荣誉”的大奖，例如电影业的奥斯卡奖、新闻领域的普利策奖，数学领域的沃尔夫奖和费尔兹奖等等。随着计算机通讯业的迅猛发展，“图灵”这个词频频出现在各个场合，尤其是去年比尔.盖茨携微软高层人员来华一行，期间多次提到“图灵奖”一词，而且大家对获得该奖项的人士更是恭敬有加，好奇之余，我便查阅资料，不想却发现了许多趣事，于是写来与大家分享。
“图灵（Turing）奖”是美国计算机协会（ACM，Association for Computer Machinery）干 1966年设立的，专门奖励那些对计算机科学研究与推动计算机技术发展有卓越贡献的杰出科学家。设立的初衷是因为计算机技术的飞速发展，尤其到20世纪60年代，其已成为一个独立的有影响的学科，信息产业亦逐步形成，但在这一产业中却一直没有一项类似“诺贝尔”、“普利策”等的奖项来促进该学科的进一步发展，为了弥补这一缺陷，于是“图灵”奖便应运而生，它被公认为计算机界的“诺贝尔”奖。
“图 灵”为 何 如 此 幸 运
不少人梦寐以求的国际计算机的最高奖项——图灵奖，为何它如此幸运，真是说来话长。
阿兰·图灵（Alan Turing），1912年6月23日出生于英国伦敦，他被认为成二十世纪最著名的数学家之一，谁也没有想到他的名字会和计算机产业挂钩。
20世纪的数学界正在热烈的讨论本世纪最伟大的科学发现之一 ——昆特.哥德尔的不完全性定理，在那以前，数学家们总认为，一个数学问题虽然要找到答案也许会很困难，但理论上总有一个确定的答案，一个数学命题，要么是真的，要么是假的。而哥德尔的不完全定理指出：在一个稍微复杂一点的的数学公理系统中，总存在那样的命题，我们既不能证明它是真的，也不能证明它是假的。数学家们大吃一惊，发现以往大家认为绝对严密的数学中，原来有令人如此不安的不确定性。每个逻辑学家都在苦苦思索，试图为陷入了危机的数学找到一条出路，这些逻辑学家包括当时在剑桥的贝特朗.罗素( Bertrand Russell ) 、阿尔弗雷德.怀特海（Alfred Whitehead）、路德维格.维特斯根坦 ( Ludwig Wittgenstein) 等著名的逻辑学家。这时的图灵正在剑桥求学，他也同样为此问题陷入了困境。
1936年，图灵作出了他一生最重要的科学贡献，他在其著名的论文《论可计算数在判定问题中的应用（On Computer numbers with an Application to the Entscheidungs -problem）》一文中，以布尔代数[i]为基础，将逻辑中的任意命题（即可用数学符号）用一种通用的机器来表示和完成，并能按照一定的规则推导出结论。这篇论文被誉为现代计算机原理开山之作,它描述了一种假想的可实现通用计算的机器，后人称之为“图灵机”。
这种假想的机器由一个控制器和一个两端无限长的工作带组成。工作带被划分成一个个大小相同的方格，方格内记载着给定字母表上的符号。控制器带有读写头并且能在工作带上按要求左右移动。随着控制器的移动，其上的读写头可读出方格上的符号，也能改写方格上的符号。这种机器能进行多种运算并可用于证明一些著名的定理。这是最早给出的通用计算机的模型。图灵还从理论上证明了这种假想机的可能性。尽管图灵机当时还只是一纸空文，但其思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础。
1945年，图灵被调往英国国家物理研究所工作。他结合自己多年的理论研究和战时制造密码破译机的经验，起草了一份关于研制自动计算机器（ACE：Automatic Computer Engine ）的报告，以期实现他曾提出的通用计算机的设计思想。通过长期研究和深入思考，图灵预言，总有一天计算机可通过编程获得能与人类竞争的智能。1950年10月，图灵发表了题为《 机器能思考吗？》的论文，在计算机科学界引起巨大震撼，为人工智能学的创立奠定了基础。同年，图灵花费4万英镑，用了约800个电子管的ACE样机研制成功，它的存储容量比爱尼亚克[ii]大了许多。在公开演示会上，被认为是当时世界上速度最快、功能最强的计算机之一。图灵还设计了著名的“模仿游戏试验”，后人称之为“图灵测试”。该实验把被提问的一个人和一台计算机分别隔离在两间屋子，让提问者用人和计算机都能接受的方式来进行问答测试。如果提问者分不清回答者是人还是机器，那就证明计算机已具备人的智能（1993年美国波士顿计算机博物馆举行的著名的“图灵测试” [iii]充分验证了图灵的预言）。
这让我想起前几年IBM公司研制的计算机“深蓝”与国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫进行的那场人机大战，最终以“深蓝”战胜卡斯帕罗夫而宣告结束，让我们不得不佩服图灵的天才预言。
现代计算机之父冯·诺依曼[iv]生前曾多次谦虚地说：如果不考虑巴贝奇[v]等人早先提出的有关思想，现代计算机的概念当属于阿兰·图灵。冯·诺依曼能把“计算机之父”的桂冠戴在比自己小10岁的图灵头上，足见图灵对计算机科学影响之巨大。
毒 液 浸 透 苹 果，如 睡 之 死 渗 入 ……
身为一名数学家, 图灵模型研制计算机的梦想在第二次世界大战的爆发中粉碎。当时，德国法西斯正对英伦三岛狂轰滥炸，图灵的祖国危在旦夕,怀着一腔报国热情，图灵前往英国外交部承担“超级机密”研究工作，即主持对德军通讯密码的破译工作。图灵便和历史上著名的布莱奇利公园以及加密电子机械装置ENIGMA联系在了一起。
ENIGMA是德国发明家亚瑟.谢尔比乌斯（Arthur Scherbius）发明的一种加密电子器,它被证明是有史以来最可靠的加密系统之一，二战期间它开始被德军大量用于铁路、企业当中。英国第40局（英国 *** 负责破译密码的间谍机构）开始恐慌，因为出现了大量他们无法破译的电文。在整整13年里，英国人和法国人都认为ENIGMA是不可破译的。针对这一情况，40局新设了它的机构——英国 *** 代码及加密学校（GCCS ,Government Code and Cipher School），总部坐落在白金汉郡的布莱奇利公园。在布莱奇利公园有一大批为破译ENIGMA作出卓越贡献的人们，图灵无疑是他们当中最值得叙述的一个。图灵发明了绰号为“炸弹” （Bombes）的解密机器，他被看成一位天才解密分析专家。战争结束，布莱奇利公园被关闭，“炸弹”被拆毁，所有战时有关密码分析和破译的档案资料都被销毁，直到1967年波兰出版第一本关于波兰破译ENIGMA方面的书，以及1974年温特伯坦姆写的《超级机密The Ultra Secret》一书出版，人们才知道图灵在分析解密方面的贡献。
1938年迪斯尼公司著名的动画片《白雪公主和七个小矮人》上映，图灵也观看了这部影片，在后来的日子里，他的同事常常听见他哼电影中巫婆王后泡制毒苹果的台词：“毒液 浸透苹果如睡之死渗入……”而图灵的一生正是在这首歌词中结束。
图灵在他生命的最后时光，没有机会看到自己被当作一个解密英雄来尊敬，相反，由于他同性恋的性倾向而倍受折磨。1952年因小偷入室行窃，图灵向警察报了案，但他却忘了向警察掩藏他和另一位男士同居的事实，同年他被警方逮捕，以“有伤风化罪”罪名遭到起诉，并被判为有罪。而这期间，他不得不忍受报纸媒体对他案件的公开全面报道。性倾向被公开，私生活曝光于大众， *** 也取消了他情报部门的工作。他的脾气变的躁怒不安，性格阴沉郁悒。1954年6月8日，人们在图灵的寓所发现了他的尸体。他在自己的住处服用沾过氰化物的苹果而自杀。临死的前夜，也许图灵的耳边还回响着那首歌：“毒液浸透苹果如睡之死渗入……”
迄今为止，作为计算机界“诺贝尔奖”的图灵奖已走过了36个春秋。40多位图灵奖得主均对计算机科学与技术的发展创新做出了杰出贡献。他们在珍惜自己所获崇高荣誉的同时，也深切怀念阿兰·图灵这位在计算机创新史上永放光芒的先驱。
密码主要用于军事，无论古今中外，概莫能外。据《六韬》所载，3000年前由姜子牙发明了“阴符”，这就是最初的密码。后被广泛运用于我国古代维护国家安全的军事活动和情报活动中。
相传姜太公带领的周军指挥大营被叛兵包围，情况危急。姜太公令信使突围，他怕信使遗忘机密，又怕周文王不认识信使，耽误军务大事。于是就将自己珍爱的鱼竿折成数节，每节长短不一，各代表一件军机，令信使牢记，不得外传。
信使回到朝中，文王令左右将几节鱼竿合在一起，亲自检验。他辨认出是姜太公的心爱之物，便亲率大军解了姜太公之危。事后，姜太公妙思如泉涌，他将鱼竿传信的办法加以改进，便发明了“阴符”。后来又演化成皇帝和大将各执一半的“虎符”，作为调兵遣将的凭证。
宋朝时，官方便将常用的40个军事短语，分别用40个字来代替，然后编出一首40个字的诗，作为破译的“密码本”。到了明朝，戚继光发明了反切码，他还专门编了两首诗歌，作为“密码本”。这两首诗歌是反切码全部秘密所在，它使用汉字注音方法中的“反切法”，取声母和韵母按照顺序进行编号，再进行读取。其原理与现代密电码的设计原理完全一样，但却比现代密码更难破译。
那么西方的情况又是如何呢？
在古希腊，人们用一条带子缠绕在一根木棍上，沿木棍纵轴方向写好明文，解下来的带子上就只有杂乱无章的密文字母。解密者只需找到相同直径的木棍，再把带子缠上去，沿木棍纵轴方向即可读出有意义的明文。
公元前1世纪，凯撒密码被用于高卢战争中，这是一种简单易行的单字母替代密码。战前凯撒设计了一种对重要的军事信息进行加密的方法，即使这些信息被截获，敌方也不一定能看懂。其实，凯撒密码字母移位的位数就是一种简单易行的单字母替代密码。密码轮是利用凯撒密码来应用的，通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。
计算机因解码而诞生
工业革命后，密码学也进入了机器时代、电子时代。上世纪20年代，人们发明了各种机械设备来自动进行加解密，于是就出现了密码机。因为大多数密码机使用连线接通各个机械转轮，实现密码代换，所以也称之为“转轮机时代”。
世界上最著名的密码机是德国在第一次世界大战时发明的“谜”。
“谜”是世界上第一部机械密码机，其工作原理奠定了当今计算机加密的基础。这种密码融数学、物理、语言、历史、国际象棋原理、纵横填字游戏等为一体，被希特勒称为“神都没办法破译的世界第一密码”。一份德国报告称：“谜”能产生220亿种不同的密钥组合，假如一个人日夜不停地工作，每分钟测试一种密钥的话，需要约4.2万年才能将所有的密钥可能组合试完。
二战期间，“谜”被德军大量用于铁路、企业当中，令德军保密通讯技术处于领先地位。
盟军在破译“谜”密码过程中，吸纳了大批语言学家、人文学家、数学家、科学家加入解码队伍。电脑之父图灵， 1912~1954）也在其列。在图灵的领导下，这支优秀的队伍设计了人类的第一部电脑来协助破解工作。1939年8月，解码队伍完成了一部针对“谜”型机的密码破译机，每秒钟可处理2000个字符，绰号叫“炸弹”。半年后，它几乎可以破译所有被截获的德国情报，这使得德国的许多重大军事行动对盟军都不成为秘密。
虽然计算机因破译密码而诞生，而计算机的发展速度远远超过人类的想象。上世纪70年代，三位科学家和电脑专家设计了一个世界上最难破解的密码锁，意图利用长长的数学密码，保护储存在电脑数据库里的绝密资料，例如可口可乐配方、核武器方程式等。他们宣称，人类要想解开他们的密码，需要4万亿年。
当然，编制密码锁的三位专家没有想到，科学会发展得这样快。仅仅过了17年，世界五大洲600位专家利用1600部电脑，并且借助电脑网络，埋头苦干8个月，终于攻克了这个号称千亿年难破的超级密码锁。结果发现，藏在密码锁下的，并非可口可乐配方、核武器方程式，而是这样一句话：“魔咒是神经质的秃鹰。”
密码的民用不到30年
你恐怕没有想到，这样一个密码算法竟让发明者接受了长达5年的审判。因为，那时的密码还由军方垄断。1991年，美国学者齐默尔曼设计出一种经济而有效的产品。当时，美国法律规定，密码算法属于军火，但齐默尔曼还是铤而走险免费发放了这些加密软件。齐默尔曼被美国海关当局起诉的罪名是：“非法出口军火，给敌对国家和恐怖分子提供进攻美国的工具。”
当时，执政者认为，密码算法的广泛应用给恐怖分子、贩毒集团以可乘之机。而支持加密公众化的公民和密码学家认为，人们亟须使用密码来保护个人隐私。
随着电子商务的发展，大的商业公司也加入进来，他们需要强大的密码算法使他们能在网络时代保证业务的安全。经过5年的斗争，克林顿政府被迫更改了法律，大陪审团也放弃了对齐默尔曼定罪的想法。
随着网络时代的到来，密码成了现代都市生活中最普遍运用的个人信息认证手段，它以最简单的数字组合方式，取代各种烦琐的个人认证方法。
1993年，银行业务实行电脑联网。其中，与个人关系最紧密的是活期存款，银行从那时开始让储户设置个人密码。为了方便记忆，身份证的后几位数、生日、电话号码、门牌号等，是那时候老百姓最常用的密码。1996年，全国银行系统普及了密码的使用和设备更新。1999年开始，银行存取款必须使用密码就变成了硬性规定。现在，多数银行只要输入密码，凭存折或储蓄卡，就能进行5万元以下的支取，无需身份证。
2000年前后，国内各大网站开始大规模开发电子邮箱，那时候网站对邮箱密码的要求并不太严格，规定只要三个字符以上即可，有许多人就用ABC、123等做密码。在收到了用户邮箱被盗的反馈后，网站将密码最少数位提升至6位。现在这些以数字和字母搭配的“软密码”也越来越不安全了。例如，前不久国内就有某大型网站被黑客侵入，泄露客户的大量隐私。
目前大多银行等涉及高隐私的部门都开发出针对自己安全系统的“硬密码”，即非要在客户端插上一个类似于U盘那样的“密码”，然后再输入相应的软密码才能登录相应的网站。
经过数千年的演化，我们又回到了“虎符”的年代，只不过现在的虎符是电子的了。
密码这个词和我们的现代生活息息相关，尤其是金融和个人信息较多的重要产品，都会涉及到密码的设置和修改等事项。这些密码对我们的数字数据保护有很大帮助，并且已经可以实现网联网操作。
人类对密码学的依赖，早在第五世纪就已经开始，只是，该时期的加密信息是被刻在皮革或者纸上，然后通过信使去传递。以后，随着量子计算机的出现，密码学领域可能会迎来再次飞越。密码学家们正在研究截至目前最为安全的密码，这个伟大进展需要利用物理学的力量。
是否存在一种牢不可破的密码
量子物理学是以极小的尺度来描述物质的某些奇怪行为，密码学家们为了找寻一种真正可以做到牢不可破的密码，已经开始研究量子物理学。早在20世纪70年代和80年代，有一种叫做“量子密钥分发”的方法，密钥可以以字节为单位进行编码，物理学家们便是通过它来加密秘密消息。
同理，物理学家们现在也通过对粒子属性中的键进行编码（一般是光子），想要窃听的人则必须测量粒子，才能窃取钥匙。但只要有这样的企图，都会导致光子的行为发生异常，然后就会导致其发起警告。密码学家们通过这样的内置报警系统发现，密钥分发其实是安全的。
量子键的交换和“量子纠缠”技术
量子键可以通过光纤长距离交换，但“ 量子纠缠 ” 技术更允许两个光子在很远的距离上进行通信。纠缠量子物体拥有这种神奇的属性：如果你将它们分开，哪怕超过数百英里，它们也会彼此感受到。如果窃听者试图拦截钥匙，则粒子会反应、并且测量值会随之发生变化。 纠缠粒子表现为一个单元，允许Alice和Bob通过对每一端进行测量来制作共享密钥。
量子物理学中纠缠的粒子，即使在远距离分离的情况下，也会保持连接。当研究人员对其中一个粒子执行动作，同时也会影响另一个的状态。在量子物理学的规则中，未观察到的光子同时存在于所有可能的状态中，但实际观察或测量时，却只表现出一种状态。当一对粒子（如光子）在物理上相互作用时会发生纠缠，光子可以分开很远，数百英里、甚至更长。
特殊装置如何跟踪Enigma环境
西蒙辛格是The Code Book的作者，他表示，阿拉伯学者成为世界上最重要的密码分析师，迫使密码学家改编他们的方法。直到阿拉伯数学家al-Kindi意识到它的弱点，取代密码在公元的第一个千年才得以解决，al-Kindi能够通过分析在密文中最常出现的字母，然后实现它们的反转替换。
密码分析师们逐步挑战它们，共同促进了密码学方法的进步。Enigma机器复杂密钥每天更改，其使用了替换算法加密消息的方式，; 密码分析师艾伦·图灵（Alan Turing）开发了一种特殊装置来跟踪Enigma的变化环境。即：秘密消息的发送者，必须提出一种操纵消息上下文的系统方法，并且，只有接收者才能解密。这种混乱的消息，被称为密文。
“密码学”源自希腊语“kryptos”，意思是隐藏。密码学允许双方，在他们的对手无法阅读的语言中进行通信。发件人必须使用一些称为算法的系统方法，以操纵内容加密消息。每个字母都可能被另一个字母替换，或者，对原始消息进行加扰、以达到无法理解顺序排列的目的。
