【每日一题】一聊，密码的前世今生！！

大家好，我是崔哥

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密码学

前段时间，有一部电影叫《悬崖上》，不知道大家有没有看过。主要讲述了一群特工进行秘密行动的故事。用密码，俗话说，君不守密，则失臣；大臣们不遮遮掩掩，他就会丧命；百战不败，可见在战争中，没有什么比窥探别人的情报更好的了。我们回顾历史，看看有多少权力斗争和战争，背后有多少秘密。密码学就​​是这样诞生的，我们经常在电影和电视上看到它。加密方法有很多，但我猜你可能不知道它背后的原理。今天我们将讨论密码的过去和现在。

什么是密码

虽然我们现在这样称呼它，其实在古代，人们首先研究密码，然后研究代码。密码的历史非常悠久。一开始，它是从密信开始的。，据文献记载，公元前5世纪，希腊与波斯发生了战争。在希腊方面，为了寄信，他们会在木板上写信，然后在上面涂上一层蜡。，你可以通过刮掉蜡看到信上的字。另一种方法是把信氏的头发剃光，把信写在头皮上，等信氏的头发长出来再发信。我又把头发剃了。这种直接掩盖信息的方法称为隐藏法。这种方法很常见，至今仍在使用。比如经常在电影中看到，用隐形墨水写信，或者把信装进胶囊里吞进肚子里等等。这个方法用了这么久，可见这个方法是很有效的。但是，这种方法也有一个很大的缺点，就是如果敌人非常认真地寻找它，信息很容易暴露。所以，人们在研究，就是有没有另一种可能，即使敌人找到了那封信，但还是看不懂写的是什么，按照这个思路，各种密码出现，密码刚刚开始，方法很多，但原则只有两个，一个是移位法，一个是代换法。什么是移位法，就是把你要说的字母往后移一点，比如你如果要写A，你可以写B，如果你想写B，你可以写C，以此类推。敌人看到这封信后，无法理解上面的意思，但如果能在这里找到规律，就会被破译。嗯，这个方法最早是凯撒大帝发明的，所以移位加密也叫凯撒加密。另一种替代方法是随意混合字母，然后用匹配的字母替换原始字母。例如，我们可以指定A代表V，B代表T等，这意味着替换规则是人预先确定的，因此更灵活，更难破解。所以移位加密也称为凯撒加密。另一种替代方法是随意混合字母，然后用匹配的字母替换原始字母。例如，我们可以指定A代表V，B代表T等，这意味着替换规则是人预先确定的，因此更灵活，更难破解。所以移位加密也称为凯撒加密。另一种替代方法是随意混合字母，然后用匹配的字母替换原始字母。例如，我们可以指定A代表V，B代表T等，这意味着替换规则是人预先确定的，因此更灵活，更难破解。

凯撒密码

虽然这两种方法非常有用，但它们都有固有的弱点，即这些拼写字母，每个字母出现的频率不同。比如在英语中，字母A和E出现的频率很高，所以无论采用哪种方法，只要使用一套加密方案，只需要统计字母出现的频率即可。你可以找到破解的方向，于是人们在这两种方法的基础上发明了一种新的加密方法。这个方法是法国外交官Virginia发明的，所以叫Virginie Sub-encryption method，这个方法最大的特点就是为每个字母设置了一套加密方法，一个字母有26套方案. 通信双方需要事先商定一组数字，以便他们知道使用哪个字母。有一套解决方案。弗吉尼亚加密方式确实提高了密码的安全性，但是使用起来有点麻烦。在人工计算的时代，它并没有被广泛使用。

二战德国谜机

谜密码机

直到机械时代才真正使用。两次世界大战期间，对加密技术的需求非常旺盛。一方面，机器的出现提高了效率，另一方面，由于战争的需要，加密的场合越来越多。越来越多的，比如在战争中，大量使用无线电通信，但是因为双方都可以截获这些信号，所以需要加密。在第二次世界大战中，德国发明了一种叫做 Enigma 的方法。于是，密码学史上最著名的密码攻防战应运而生。破解德国Enigma密码机的是英国密码学专家。Enigma 是机电一体化加密机，也是第一台量产的密码机 加密机看起来有点像打字机，带有键盘和显示装置，内部是机械和电子部件。操作者每敲击一个字母，经过电子和机械转换后，就会出现一个对应的字母，即加密后的字母。密码听上去没什么特别，但最厉害的是它的核心是一个编码器。编码器的核心是齿轮。每次点击它，齿轮都会旋转一格。只要齿轮转动，内部线路连接就会发生变化，加密的结果也会有所不同。早期的 Enigma 齿轮只有 6 格，也就是只有 6 组加密方式。后来齿轮增加到26格，但是觉得不够用，所以又加了一个。同一个档位是26乘以26，也就是676组算法。这样的密码机只够商业用途。德国军用密码机有8个齿轮。这8个齿轮有多少组加密方案？这个数字可能是你无法想象的，它拥有超过 2000 亿套加密算法。什么概念？我们知道，最新的大英百科全书只有6000多万字。即使它平均每个单词有 10 个字母，也就是说，我们每个单词键入 300 次编码器的意思是什么，而且我们也使用了不完全加密的方法。什么概念？我们知道，最新的大英百科全书只有6000多万字。即使它平均每个单词有 10 个字母，也就是说，我们每个单词键入 300 次，而且我们也使用了不完全加密的方法。什么概念？我们知道，最新的大英百科全书只有6000多万字。即使它平均每个单词有 10 个字母，也就是说，我们每个单词键入 300 次，而且我们也使用了不完全加密的方法。

Enigma密码机内部结构

从理论上讲，这样的机器几乎是不可能被打破的。因此，德军在战争中配备了大约3万台这样的机器，可见德军对它的信任。Enigma密码机的原理是实用的，依旧是传统的方法，位移法和代换法，但是数量级已经有了很大的提升。英国情报部门是如何破解的？实际上是由波兰、法国和英国完成的，这三个国家合作，首先通过间谍活动和军事攻击，得到了军方的Enigma密码机，法国得到了它的使用说明书，但是有了使用说明书，它就无法直接破译，因为有超过2000亿套程序，你根本不知道用的是哪一套，德国军队假设如果敌人得到完全相同的机器，它就无法破解，然后批准使用 Enigma 密码机。这给了英国很大的希望，于是他们开始招募大量的语言学家、科学家和数学家，组成了7000人的密码破译团队。这些学者一天24小时都在做解密工作。，最终破译的成功在于，著名数学家艾伦·图灵也是计算机科学的奠基人。电脑中使用的NVIDIA显卡的图灵架构就是以他的名字命名的。图灵发现，在截获的德文代码中，有很多规则。比如像希特勒万岁这样的句子经常出现，而且每天早上六点，德军都会发一天的天气预报，格式很固定。例如，天气只能根据经验来判断。word，然后图灵用高频词来逆推推理，但是前面我们说了，这台机器有超过2000亿的加密方式，最后图灵只把范围缩小到了105万，但是如果用手算的话，这也是一个天文数字。图灵还专门为它设计了解密机。这是最早的计算机原型。它的代号叫做炸弹。炸弹越多，破解速度越快。最终，他们建造了 49 台机器，可以在短短 1 小时内破译德国密码。此后，英国扭转了德国在欧洲的局面。这台机器有超过2000亿的加密方式，最后图灵只把范围缩小到了105万，但如果用手工算的话，也是一个天文数字。图灵还专门为它设计了解密机。这是最早的计算机原型。它的代号叫做炸弹。炸弹越多，破解速度越快。最终，他们建造了 49 台机器，可以在短短 1 小时内破译德国密码。此后，英国扭转了德国在欧洲的局面。这台机器有超过2000亿的加密方式，最后图灵只把范围缩小到了105万，但如果用手工算的话，也是一个天文数字。图灵还专门为它设计了解密机。这是最早的计算机原型。它的代号叫做炸弹。炸弹越多，破解速度越快。最终，他们建造了 49 台机器，可以在短短 1 小时内破译德国密码。此后，英国扭转了德国在欧洲的局面。破解速度越快。最终，他们建造了 49 台机器，可以在短短 1 小时内破译德国密码。此后，英国扭转了德国在欧洲的局面。破解速度越快。最终，他们建造了 49 台机器，可以在短短 1 小时内破译德国密码。此后，英国扭转了德国在欧洲的局面。

纳瓦霍法典

纳瓦霍人

当然，战争是一场游戏。你可以拦截对方的情报，对方也可以破译你的情报。在太平洋战场上，美军想找到一种没有规则的加密方式，于是想到了使用少数民族。语言直接用作密码。抗战时期，我国也使用温州话进行交流。第一个想法是由一位名叫约翰斯顿的工程师提出的。约翰斯顿的父亲是一名传教士。为了传教，他住在美洲原住民部落纳瓦霍保留地。这个数字原本很小。约翰斯顿拥有最少的同时掌握英语和纳瓦霍的纳瓦霍人。，他明白很少有人知道纳瓦霍人，其他人根本不了解。为了测试其保密性，美军将纳瓦霍人的资料交给情报部门，让他们破译成密码。这些专家连忙忙活了三个星期，连一点头绪都没有。专家们连文字都记不住，更别说破译了。Navajo 代码已成功通过测试。事实上，在美国还有更多。纳瓦霍人的原住民和语言一直与外界接触，所以很少有人知道他的语言，是一种天然的加密语言，所以美军招募了29名纳瓦霍人，他们为战争做出了巨大贡献，也创造了历史记录，即纳瓦霍密码是世界上从未破译的密码之一。为了纪念纳瓦霍人对二战的贡献，

现代计算机时间密码

近代以来，由于计算机的出现，密码的加密方案无论是质量还是数量都实现了质的飞跃。我们都知道计算机是二进制的，所有的信息都可以用O和1，以及计算机中的每一个字母来表示。它们都是0和1的代码。目前通用的代码称为美国标准信息交换代码。每个字母由 0.1 和 0.1 7 个代码组成。当我们用计算机加密时，实际上是不同的0和1。计算机的出现使语言数字化，打破了语言规律的底层结构。数字化将密码学带入了一个新时代。另一个非常重要的变化是不需要使用加密过程。再次保密。在过去，加密方法必须保密，其他人无法知道加密规则。但现在，我们完全公开了技术细节。这里加密的核心原理称为分解因子。这项技术非常重要。这是什么意思？, 我们在学校都学过素数。所谓素数就是不能被其他数整除的数。比如12可以被2.3.4.整除，6是可整除的，不是素数，13是不能整除的，是素数，23也是素数，如果我们将两个素数相乘，比如13乘以23，我们得到299，这很容易计算，但是如果你问299与哪两个素数相乘，这个就很难计算了，我们只能用愚蠢的方法一遍又一遍地尝试。这种方法称为因式分解，结果只有我知道。这是密钥。这种加密算法是麻省理工学院的三位科学家发明的。这三位科学家的首字母都是RSA，所以这个算法被命名为RSA加密算法。可能有人会觉得这样的算法比较麻烦，其实也不算太难。，其实在使用RSA加密的时候，使用的数量会很大。数字越大，分解它所需的时间就越长。1977年，为了验证这个算法的可靠性，这三位科学家给期刊我投了一篇文章，解释了RSA加密算法的工作原理。我还写了一本挑战书，写了一串密码，然后给出了一个129位的数字。这串数字就是公共锁。奖励是 100 美元。我邀请大家破解它。最后，密码被破解了，但是怎么破解的呢？这是一个由 600 人组成的团队，他们在世界各地使用计算机并使用超级计算机。即便如此，历时17年，密码被成功破解，也证明了它的可靠性。如果是在战场上编码器的意思是什么，17年后获得的信息将毫无用处。

今天我们在使用RSA算法的时候，使用的数字一般都是300多位。要分解这样一个数字，我们需要把全世界所有的计算机都集中起来，花费数亿年的时间来破解它。目前看来，RSA加密算法，是一种非常可靠的加密方式，所以也被广泛应用于各种场合，比如我们使用的网银支付、网络和移动支付等，而这个算法是在它后面使用。

事实上，这就是故事的结局。尽管我们的加密方法在现代社会中非常可靠，但我们回顾一下密码学的历史。每个时代都是一个加密解密的过程。一丈，你会发现，这是一场永无休止的拉锯战。现在有科学家用量子计算机破译RSA算法，所以没有一劳永逸的加密方法。这将是一场没有尽头的战争。

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好了，今天就到这里，我是崔哥，下次见