【密码科普】第4期 -从凯撒密码到现代密码：密码学的历史与变革

'从凯撒密码的简单移位到现代密码的复杂架构，密码学既是保护信息的盾牌，也是智慧较量的战场——每一次加密的突破都催生更强大的破解，这场猫鼠游戏至今仍在推动数字世界的安全边界。'

凯撒密码

罗马史上第一位独裁者、罗马帝国之父、攻无不克的名将、日历发明家、拉丁语文学家、埃及艳后克利奥帕特拉背后的男人......除了这些声名赫赫的传奇事迹，凯撒大帝还有一个鲜为人知的技能点：密码学。

其实，大帝并不是历史上第一个想出加密算法的人。根据我朝姜子牙在3000年前就发明了古装版密码本《阴书》。公元前四世纪，古希腊人发明了卷轴式密码本《天书》；公元前五世纪的斯巴达人，也会把皮带卷在一根木棒上，只有特定直径的“密码棒”，才能把皮带上的字还原成明文。但今天我们仍旧把密码学归功于凯撒，是因为凯撒密码，很可能是首个广泛运用到军事通信领域的加密技术。

在公元前58年至公元前51年的“高卢战争”期间，罗马共和国的统治者尤利乌斯·凯撒在其所著的《高卢战记》中，记载了一个关于密码通信的经典故事。在一次战役中，凯撒的得力助手西塞罗及其军队被敌军重重围困。为了将援军即将到来的消息秘密传达给西塞罗，凯撒对信件进行了巧妙的“加密”处理。他利用替换式加密法，将每个字母向后（或向前）按照一定位数进行替换，从而形成了独特的凯撒密码。

凯撒密码的原理就是通过字母表的移位实现加密，其安全性低，但提供了重要的密码学基础概念。” 

今天看来，这种算法极易破解，毫无技术含量可言。但在当年的罗马战场，这就是令人望而生畏的黑科技。在凯撒制霸罗马的全盛时期，就连教主耶稣都不得不服：”上帝的归上帝，凯撒的归凯撒。”所谓凯撒的归凯撒，是因为耶稣所在的中东地区（今以色列耶路撒冷）当时已被罗马征服，人们必须用印着凯撒头像的货币（凯撒的）向罗马帝国缴税（归凯撒）。

然而讽刺的是，这样一位狂拽酷炫还精通密码碟战的军事天才，却死于一场密谋政变，深深被戳23刀。为了纪念大帝，人们把凯撒制成了扑克牌上的标本：方块K。

又过了1000多年，凯撒大帝和他的罗马帝国早已灰飞烟灭，而凯撒密码和扑克却被后人发扬光大。

恩尼格玛密码机

在第二次世界大战的历史舞台上，除了硝烟弥漫的战场和英勇无畏的士兵外，还有一场没有硝烟的战争同样激烈而关键，那就是密码战。在这场智力与技术的较量中，德国的恩尼格玛机（Enigma）与英国的破译天才艾伦·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing）成为了不可或缺的主角。

恩尼格玛密码机（德语：Enigma，又译哑谜机，或“谜”式密码机）是一种用于加密与解密文件的密码机。恩尼格玛通过转子及反射镜结构实现复杂的加密，其动态性提高破解难度。其转子的位置决定了字母的移位情况，类似于凯撒密码中的字母表乱序。在键盘上输入明文后，通过一系列转子和反射镜进行加密处理，最终输出加密后的密文。为密码学对称加密算法的流加密。 

恩尼格玛密码机结合了机械系统与电子系统。机械系统包括了一个包含字母与数字的键盘、依次排列在一个轴上的一系列名为“转子”的旋转圆盘，还有一个在每次按键后就使一个或几个转子旋转的设备。各种恩尼格玛密码机上的机械系统各不相同，它们之间最大的共同点是，每次按键后最右边的转子都会旋转，并且有时候会带动与它相邻的转子旋转。转子的旋转会造成每次按键后得到的加密字母都与上一次按同一个按键得到的结果不一样。

机械系统这样运行的原因，是要产生不同的电流通路，字母的加密由机器自动完成。当一个键被按下后，电流会流过通路，最终点亮其中一个灯，这个灯显示的就是加密后的字母。举例来说，如果想要发送一条以ANX开头的信息，操作员会先按下A键，这时如果Z灯被点亮，那么Z就是加密后的信息的第一个字母。操作员之后会按同样的步骤继续输入信息。

在解码时，加密者要将他所使用的转子组合（及其安装位置）和每个转子的起始位置事先告知接收者，同时，接收者必须拥有一台与加密者完全相同的”恩尼格码“密码机。一旦按照规定的配置设置好后，接收者只需将密文通过键盘输入密码机，明文会在背光字母盘上亮起，解密就完成了。

除此之外，军用版的 “恩尼格玛” 密码机键盘下方多一套接插板。接线板的运作方式就像老式的接线电话一样，共有10条插线，每条线负责连接一对字母，当两个字母互相连接后，它们就会被互换。 

1912年6月23日艾伦·麦席森·图灵出生于英国伦敦的一个半贵族半资产阶级家庭。他自幼展现出卓越的数学天赋，对科学和逻辑有着浓厚的兴趣。二战爆发后，图灵被招募到英国政府密码学院（Government Code and Cypher School, GC&CS），负责破译纳粹德国的密码。面对恩尼格玛机这一看似无懈可击的加密设备，图灵展现出了非凡的智慧和勇气。他设计并建造了名为“炸弹机”（Bombe）的机器来破译恩尼格玛密码。这台机器利用恩尼格玛机的加密原理进行反向操作，通过同步移动多个转子来寻找正确的密钥设置。图灵还引入了对角线板等改进措施来提高破译效率。 

在图灵等人的努力下，盟军成功截获并破译了大量德国情报。缩短了战争时间并挽救了数百万人的生命。图灵因此被誉为“计算机之父”和“破译天才”，他的贡献不仅加速了二战的胜利进程，更为计算机科学的未来奠定了坚实基础。

现代密码

1949年，美国数学工程师香农发表论文 《保密系统的通信理论》，标志着现代密码学的开端。他将信息论引入到密码学研究中，利用数学原理分析密码系统，为现代密码学奠定了数学基础，这是密码学的第一次飞跃。现代密码主要分为对称密码算法、非对称密码算法、杂凑算法。 

现代密码学是研究信息与通信安全的科学，其核心在于通过数学原理和算法设计，实现数据的保密性（防止信息泄露）、完整性（防止信息篡改）、认证性（确认信息来源真实性）和不可否认性（防止行为抵赖）。它已从传统经验模式发展为科学体系，成为数字社会的信任基石。

2019年10月26日，十三届全国人大常委会第十四次会议审议通过《中华人民共和国密码法》，自2020年1月1日起正式施行。《密码法》是国家安全法律体系的重要组成部分，是我国密码领域的首部综合性、基础性法律。《密码法》中说的密码是指采用特定变换的方式，对信息进行加密保护和安全认证的技术、产品和服务的统称。密码的功能主要有两个，一个是加密保护，一个是安全认证。密码的这两大特殊功能，决定了密码在网络空间中身份识别、安全隔离、完整性保护、信息加密等方面，具有不可替代的重要作用。

加密保护就是指使用特定变换，将原来可读的信息变成不能识别的符号序列，简单来说，就是将明文变成密文，将原来大家都看得懂的信息，能够识读的文字、能够观看的视频，变成一串串完全看不懂的数字或符号。

安全认证是指使用特定变换，确认信息是否被篡改、是否来自可靠信息源，以及确认行为是否真实等。

我们日常生活中常用的移动支付、扫码乘车、充值卡缴费、智能电表、二代身份证、电子发票等等，都需要密码技术来保障安全。除此之外，密码技术还用于公民个人敏感信息、隐私和企业商业秘密的保护。

《密码法》中将密码分为核心密码、普通密码和商用密码。核心密码、普通密码属于国家秘密，用于保护国家秘密信息。商用密码用于保护不属于国家秘密的信息，公民、法人和其他组织需要依法使用商用密码保护网络与信息安全。

商用密码工作是国家密码工作的重要组成部分，受到中共中央、国务院的高度重视。《商用密码管理条例》颁布实施以来，我国商用密码工作取得了快速的发展，法规体系不断健全、管理体制不断完善、科研创新能力不断增强、产业队伍不断壮大、应用领域不断拓展，产生了显著的社会效益和经济效益，在国民经济和社会生活中发挥着至关重要的作用。“密码是保障网络与信息安全的核心技术和基础支撑。关系国家安全、国计民生、社会公共利益的关键信息基础设施，必须使用密码进行保护，而且使用的密码必须合规、正确、有效。”如果不使用或者不正确使用密码进行保护，将严重威胁关键信息基础设施的安全稳定运行，威胁国家安全和社会公共利益。

恒御科技在党和国家政策的引领下，勇担社会责任，努力提升商用密码应用安全性评估技术能力，是和平区内唯一一家“等保和密评的双资质检验机构”。未来，天津恒御科技有限公司将一如既往地坚守使命、提升能力，积极为密码安全和网络安全做好强有力的支撑。

密码学的发展历程宛如一部波澜壮阔的技术史诗，见证了人类对信息安全不懈追求的智慧与勇气。从古老而质朴的凯撒密码起步，历经漫长岁月的探索与革新，最终发展成为现代密码学这一高度复杂且精密的领域。密码的发展史如同一场猫鼠游戏，在这场跨越千年的较量中，你来我往，共同推动着密码技术不断革新与创新。每一次技术的变革都凝聚着无数业内人士的智慧和心血，每一步探索都如同在数字星空中点亮一颗璀璨星辰。这些星辰汇聚成璀璨星河，照亮了人类在虚拟与现实交织的数字海洋中前行的道路，让我们在享受数字便捷的同时，也能安心地将隐私与信任托付于这片由智慧构筑的安全港湾。