密码编码学(密码编码学与网络安全第八版课后答案)

　　

　　万物互联时代，虚拟空间与现实世界深度融合。随着信息技术的飞速发展，信息安全已经成为国家、社会和公民共同关注的问题。网络、维护信息安全、密码学的研究和应用方兴未艾，并且变得越来越迫切和重要。4月15日是国家安全教育日,借此机会带你更接近密码学。

　　在生活中，我们经常使用密码，比如打开电脑，登录邮箱，QQ，微博等。但其实这些密码都不是真正的密码，只是密码。

　　密码学是一门研究安全通信的科学。它研究在不安全的环境下，如何将待传输的信息在发送给接收方之前进行秘密转换，以防止第三方窃取信息。密码学虽然很神秘，但主要包括两个对立的方面，即“密码学”和“密码分析”。前者研究信息的保密性，即“加密”；后者研究的是加密信息的破解，即“破译”。

　　千百年来，密码学一直围绕着“加密”与“解密”的矛盾统一性与智慧角力，产生了一幕幕惊心动魄的“情景剧”。

　　《孙子兵法军争》提到“其疾如风，其徐如林如火，不动如山”，意思就不难理解了——理想的军队，进攻时要像风和火一样迅捷，防守时要像树林和群山一样整齐稳定。

　　但是，这段话后面有两句话——“很难知道，但很像雷震。”这不仅仅是战争的问题。要做到“难懂，难懂。”除了临场战术意义上的隐蔽，自身信息的保密是更重要的环节。

　　这个道理，从战争一开始，世界上所有的军事家都知道——不知道的东西都被消灭了。《孙子兵法用间》中的总结：“人与人之间没有什么是应该保密的”和“任何人在得知一件事之前听到这件事，都会死”。原因不难理解，但有许多方法可以采取具体措施来实现目标。

01阴符与阴书――古人的“密码表”

　　相传在中国的周朝，出现了阴伏和尹姝两种保密方法。所谓阴符，就是事先做一些长短不一的竹片，然后约定好每片竹片的内容。比如三寸代表战败，四寸代表将军阵亡，五寸代表请求增援，六寸代表坚守.一脚意味着全歼敌人，等等。这种“吟赋”没有文字，也没有图案。只有几个前方的将军和后方的指挥官明白其中的含义。即使信使被俘或叛逃，敌人也无法理解几根长短不一的竹片代表什么。

　　“银富”

　　阴伏保密肯定是好的，但是能传达的信息有限。如果战场超出预期的情况，阴伏就无法表现出来。为了弥补这一缺点，又出现了“阴书”，即把信息明文写在竹简或木简上，然后将竹简或木简随机分成三份，每份由三名使者送达。收件人收齐后，把三本“反面书”放在一起，完整的内容就出现了。这种“脏书”可以传递更复杂的信息，即使有信使被敌人抓住，敌人也不会得到完整的信息。

　　《殷书》兼顾了保密性和灵活性，但也为了灵活性而降低了保密性，因为如果其中一个落入敌人手中，虽然信息不全，但敌人也能猜出一二，总有一个隐患。到了宋代，为了避免这种情况，出现了升级版的殷赋——字检。此法见于宋代兵书《武经总要》。一般流程如下-

　　先收集40个军事上常用的词组，然后对每个词组分别进行编码，比如：1。请鞠躬；2.求一箭；3.求刀；4.请答.35.伟大的胜利；36.士兵投降；37.士兵造反；38.士卒病；39.所有人都会生病；40.打赢一场小仗。将军带兵出征前，后方指挥机关与将军商定，以一首40字的五言律诗为密钥，并给将军一本40个短语编码序列的密码本。编码序列可以改变，不同的编码序列可以形成不同的序列

　　比如以《咏史》这首诗为重点：“汉家历史上，心机就是友善。国家依靠主，女人的安全托付给主。可玉姿，便提议静陈虎。千年骨，谁是侍郎？”

　　如果需要加箭，将军会从密码本上查到“请箭”的代号是“2”，诗中第二个字是“家”。所以一般会把“家”字写成与保密无关的普通信件，并加盖“家”字章。后方收到信后，找出诗中“家”字的顺序是第二个字，然后根据密码本上的代码翻译出“请箭头”的信息，就可以决定下一步的行动了。这个方法很巧妙。因为信件不保密，所以即使信件持有者叛逃或被俘，也无法从中读出任何有用的信息。密封的文字会让人摸不着头脑，保密的目的也就达到了。

02矾书――超级“伪装者”

　　南宋也出现了。

密写的先进技术。据《三朝北盟汇编》记载，公元1126年，开封被金军围困之时，宋钦宗“以矾书为诏”。因为“以矾书帛，入水方见”，只有把布帛浸入水中，隐藏其上的字迹才会显露出来，金人不知道此术，也就无从知道情报的内容了。除此之外，还有譬如将情报写于丝绸或纸张上，然后搓成圆球用蜡裹住藏在信使身上或将其吞入腹中传递，这种保密性传递方法一直沿用至清朝。

　　凯撒密码就是简单的移位，在当时是够用了。（放到现在，小编分分钟给你破解了）

03古代欧洲

　　古代的欧洲文明中，也同样有保密技术出现。传说在古希腊时期就用过一种笨办法――把奴隶的头发剃光，在头上写字，头发长出来后再派出去传递秘密情报（奴隶：MD洗头都不行……），可谓最古老的“加密”了。公元前4世纪的伯罗奔尼撒战争期间，希腊人又用了在腰带上书写移位后的文字来加密传递情报的方法。古罗马时期发明了“恺撒密码”，就是把明文中的各个字母换成错开一定间隔，形成秘文传递。

　　到16世纪，西班牙、英、法、意等国家之间相互竞争剧烈，情报活动也就随之变得非常频繁，在其利用使馆进行情报传递的过程，各国使节就已普遍使用编制的密码书写信件来向国内报告情况，当时威尼斯公国驻英国使节米凯尔所用的密码，英国人绞尽脑汁也没能搞明白，直至3个多世纪后的1863年才被人破译。对于加密和破译的需求，甚至直接催生了一门新的学科――“密码学”。

04杰弗逊加密器――26为1服务

　　进行秘密通信的双方必须各自拥有完全一样转轮加密器。当要把一段文字（不超过36字）秘密通知对方时，只需转动加密器上的各片转轮，使这段文字正好出现在同一行上，这时转轮上排列的其他25行都是无意义的乱码；此时发信人抄写其中任意一行的乱码，关交给信使传送（加密）。对方收到乱码信后，只需拿出自己保存的同样的装置，转动上面各片转轮，让它们的排列使得这段乱码正好出现在同一行上，然后他查看其他25行上的内容，其中必然有一行会显示出真正的信息（解密）。

　　杰弗逊加密器属于“多表替换”型加密，很难被破解，除非能得到加密装置。据说美国军队直到上世纪60年代仍然在使用。当然，这种加密器的缺点也是很明显的，即它每次只能传送简单的信息（字长不能超过转轮的片数），而且参与通信的各方不能太多。

　　

05“恩尼格玛”密码机――大容量的神话

　　当然，最为人所知的加密装置，当非二战时期德国的“恩尼格玛”密码机莫属。这种密码机最初并不是军用品，而是在20年代早期被用于传递商业信息（商场如战场）。恩尼格玛的原理并不复杂，主要由键盘，扰频器，显示屏三部分组成，键盘输入字母，扰频器为字母加密，显示屏显示字母（“显示屏”是由一系列用灯照亮的字母组成）。

　　恩尼格玛的构造图

　　最关键的是扰频器，也有三个主要部分，插线板-转轮-发射器。通过插线板可以讲字母对换，然后经过三个联接在一起的转轮，每输入一次，转轮往前进一步，则下一个文字转轮状态就已经变化了，最后是反射器，将输入文字变换为另一个文字返回。最初的恩尼格玛机通过在插线板中交换6对字母，再加上三个转轮，总共可以生成的密匙总量是10的16次方。也就是说如果每一秒钟尝试一个密匙，也需要3亿年时间才能全部尝试完，可以说恩尼格玛机实现了加密者的梦想。

　　图灵用来破译的机器

　　不过，魔高一尺道高一丈，这个堪称完美的加密机最后由于情报泄露（构造被卖给了英国）、操作员的失误、使用步骤错误、机器或密码本被缴获等原因，再加上英国拥有伟大的数学家图灵，恩尼格玛最终还是被成功破译，这也成为战争史乃至科学史上的一段传奇。

06加密奇招――我说你猜（不出来）

　　除此以外，历史上还出现过各种加密的奇招，比如我们非常熟悉的美军“风语者”――以印第安那瓦霍族人的土语为基础编制密码，由于语言的罕见，可谓密上加密。

　　其实美国在一战时间就使用过这种方法，1918年9月，在第二次索姆河战役中，美国第30步兵师将一组切诺基族士兵用于电文发送，开辟了美军将美洲土著语言用于秘密通讯的先例。美军第36步兵师也从实践中发现了印第安语的妙用，安排14名巧克陶族士兵接受电讯训练，帮助美军在法国默兹－阿贡战役中赢得了几场重要战斗。

　　无独有偶，在抗日战争中，来自西南的滇军同样用过这种土法，全部使用白族士兵当通讯员，就算直接明语通话被日军监听到也听不懂，在八十年代的对越作战中，解放军干脆让温州籍战士充当通讯员，越军长年与中国对抗，能听懂西南方言、粤语和普通话，但依然在温州话面前败下阵来――保持我国境内语言的多样性还是很重要的，因为不知道什么时候，方言或少数民族语言就会成为自带加密属性的“战略资源”。

　　加密是为了保住秘密，如果加密强度不够，或者因为别的原因被破解，后果也就非常严重。甲午战争中，清政府使用的密码过于简单，被日本轻松破译，不光在战争中丧师失地，在谈判中也被对手牢牢控制。德军的恩尼格玛被破译后，许多U艇也就随之暴露了位置，被盟军反潜兵力一艘接一艘的送进了海底，这些教训不可谓不惨痛。

　　在我们今天的生活中，仍然大量充斥着各种密码，你的银行卡、手机、邮箱、社交账号……无不要使用密码来保证信息和财产安全，一旦泄露，这后果难以想象。当然，今天我们所使用的加密技术目前还是值得信任的，只要不使用过于简单的密码，并且确保不会外泄，通常也不会有什么问题。

　　从国家安全、公共安全角度讲，我们每个人都要制止并举报损害国家荣誉和利益以及虚假的、扰乱经济秩序和社会秩序的信息。维护网络安全是全社会的共同责任，需要我们共同参与。

　　作者：数学经纬网