2.1.2　近代密碼學的開端

1949年，香農（Shannon，美國數學家、信息論之父、現代密碼學先驅，見圖2-3）的論文《保密系統的通信理論》（The Communication Theory of Secret Systems），闡明了關于密碼系統的分析、評價和設計的科學思想，提出了保密系統的數學模型、隨機密碼、純密碼、完善保密性、理想保密系統、唯一解距離、理論保密性和實際保密性等重要概念，并提出評價保密系統的5條標準，即：保密度、密鑰量、加密操作的復雜性、誤差傳播和消息擴展。這篇論文開創了用信息理論研究密碼的新途徑。

圖2-3　香農（Shannon）

軍事領域對于密碼學的需求一直是非常旺盛的，戰爭中信息的保密傳輸和完整送達一直都被高度重視。在第二次世界大戰中，正是波蘭和英國密碼學家破譯了德軍使用的恩尼格瑪密碼機（德語：Enigma，也被譯作啞謎機、奇迷機，一種用于加密與解密文件的密碼機），才使得戰局出現了轉機，其中的代表人物就是圖靈。在第二次世界大戰期間，數學家和工程師運用數學知識和科學技術破譯了德國的恩尼格瑪密碼、“洛倫茲”密碼以及日本海軍的密碼，獲得了大量的“超級情報”，成為戰爭勝利的關鍵。

恩尼格瑪密碼系統如圖2-4所示：水平面板的下面部分就是鍵盤，一共有26個鍵，空格和標點符號都被省略，在圖2-4中只畫了六個鍵。實物照片中，鍵盤上方就是顯示器，它由標示了同樣字母的26個小燈組成，當鍵盤上的某個鍵被按下時，和此字母被加密后的密文相對應的小燈就在顯示器上亮起來。

圖2-4　恩尼格瑪密碼系統

最先破解早期恩尼格瑪密碼機的是波蘭人，1932年，波蘭密碼學家馬里安·雷耶夫斯基、杰爾茲·羅佐基和亨里克·佐加爾斯基根據恩尼格瑪機的原理破譯了它。1939年中期，波蘭政府將此破譯方法告知英國和法國，但直到1941年英國海軍捕獲德國U-110潛艇，得到密碼機和密碼本后才完全破解了恩尼格瑪密碼。而英軍在計算機理論之父圖靈的帶領下，通過德軍在密鑰選擇上的失誤以及借助戰爭中奪取的德軍密碼本，破解出重要的德軍情報。1942年，美國教授約翰·阿塔那索夫和克利夫·貝瑞發明了世界上第一臺采用真空管的計算機ABC（Atanasoff–Berry Computer）。借助于快速電子計算機和現代數學方法，美軍成功破解出日軍的PURPLE碼，并在中途島戰役中截擊山本五十六。可以說，密碼學的發展直接改變了二戰后期的格局，加快了戰爭的結束。在二戰的日美太平洋戰場上，美國海軍使用納瓦霍語進行情報傳遞。由于納瓦霍語的語法、音調及詞匯都極為獨特且知之者甚少。因此，納瓦霍語密碼也成為近代史上少有的、從未被破譯的密碼。

恩尼格瑪密碼的成功破譯，讓密碼學家們深刻地意識到：真正保證密碼安全的往往不是加密解密算法，而是應該隨時能夠改變的密鑰。隨著計算機技術、電子通信技術的發展，密碼的使用被迅速擴張到各個領域，也進一步促進了現代密碼學體系的發展和完善。在密碼學體系中，“對稱加密”“非對稱加密”“單向散列函數”“消息認證碼”“數字簽名”和“偽隨機數生成器”被統稱為密碼學家的工具箱。其中，“對稱加密”和“非對稱加密”主要是用來保證機密性；“單向散列函數”用來保證消息的完整性；“消息認證碼”的功能主要是認證；“數字簽名”保證消息的不可抵賴性。