军事中的密码

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军事中的密码
密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。

研究密码变化的客观规律,应用于编制密码以保守通信秘密的,称为编码学;应用于破译密码以获取通信情报的,称为破译学,总称密码学
在公元前400年,密码起源于一根叫scytale的棍子。

送信人先绕棍子卷一张纸条,然后把要写的信息打纵写在上面,接着打开纸给收信人。

如果不知道棍子的宽度是不可能解密里面的内容的。

这就是最原始的密码。

在这里,棍子的宽度就相当于解密的密匙,要解密也不一定需要拿只棍子,只用知道真正的信息隔了多少距离出现即可。

例如,一张纸条上面写着“KGDEINPKLRIJLFGOKLMNI——SOJNTVWG”,每四位取一个字母,其他字母都是干扰,即可得密文“KILLKING”。

随着人类社会的发展,战争的不断发生,这种研究如何“能在敌人存在的环境下通讯”的科学逐渐发扬光大。

我本人对军事比较感兴趣,下面就讲两个军事上有关密码的有趣的故事。

在第一次世界大战中,1914年8月25日德国的马格德堡巡洋舰在芬兰湾搁浅,俄国搜出多份德国的文件及两本电码本,一本被送往英国的“40号房间”(Room 40)进行密码分析。

同时,无线电的发明亦使得截获密信易如反掌。

由于德国通往美国的电缆在大战开始时被剪断了,德国借用了美国的海底电缆发电报到华盛顿,但电缆经过了英国,1917年1月17日齐默尔曼电报被“40号房间”截获。

同年2月23日,密电内容揭开了,内容指德国将在1917年2月1日开始‘无限制潜艇战’,用潜艇攻击战时包括中立国在内的海上商运船。

为了阻止美国因此参战,德国建议墨西哥入侵美国,并承诺帮助墨西哥从美国手中夺回得克萨斯、新墨西哥和亚利桑那三州。

德国还要墨西哥说服日本共同进攻美国,德国将提供军事和资金援助。

密电内容揭开后,美国在4月16日向德国宣战。

在第二次世界大战中,德国汲取了第一次大战的教训,发展出以机械代替人手的加密方法。

雪毕伍斯发明了“谜”(ENIGMA,恩尼格玛密码机),用于军事和商业上。

波兰位于德国东面,俄国的西面,一直受到威胁,故成立了波兰密码局以获取情报。

波兰从汉斯-提罗.施密德处得到谍报,由年轻的数学家马理安.瑞杰斯基解译,用了一年时间编纂目录,并在1930年代制造了“炸弹”,渐渐掌握了解“谜”的技术。

1938年12月德国加强了“谜”的安全性,令波兰失去了情
报。

“谜”成为了希特勒闪电战略的核心,每天更改的加密排列维系了强大快速的攻击。

1939年4月27日,德国撤销与波兰的互不侵犯条约,波兰才不得不决定把“炸弹”这个构想与英、法分享,合力破解新的“谜”。

1939年9月1日,德国袭击波兰,大战爆发。

1940至1942年是加密和解密的拉锯战,成功的解码提供了很多宝贵的情报。

例如在1940年得到了德军进攻丹麦和挪威的作战图,以及在不列颠战役事先获得了空袭情报,化解了很多危机。

但“谜”却并未被完全破解,加上“谜”的网络很多,令德国一直在大西洋战役中占上风。

最后英国在“顺手牵羊”的行动中在德国潜艇上俘获“谜”的密码簿,破解了“谜”。

英国以各种虚假手段掩饰这件事,免得德国再次更改密码,并策划摧毁了德国的补给线,缩短了大西洋战役。

由此可见密码在战争中的重要性。

而在现代战争条件下,信息无疑是决定战争胜负的关键。

而通信的流畅性与安全性也是决定战场环境的重要因素。

从古时起,孙子兵法中《用间第十三》篇就有使用间谍进行信息战的意识,而间谍在敌后出生入死,往往还不如在敌军信息通讯过程中截获敌方情报来的快,来的及时,来的有效率。

因此,信息战争中,除了使用间谍直接刺探敌军情报之外,还可以直接截获敌方情报传递。

所以对情报进行加密,同时让己方拥有从情报中解密的能力,就是非常的关键了。

那么军事上一般是如何编制密码和破译密码的呢?
编制密码的方式多种多样,广泛应用语言学、数学、电子学、声学、计算机学等高等科学技术,将机密信息进行隐藏和传递。

经历了从古典密码到现代密码的演变。

其中古典密码是以字符为基本加密单元的密码,主要包括:移位密码、仿射密码、维吉尼亚密码、代替密码。

比如代替密码,就是将明文的自负替换成密文中的另一种字符,接收者只要对密文做反向替换就可以恢复出明文。

可见古典密码算法大都比较简单,非常容易被破解,就我们的知识水平而言,都是能够破解的,所以古典密码已经几乎不再使用。

现代密码是以信息块为基本加密单元,随着二战后计算机与电子学的发展促成了更复杂的密码,且不再限于书写的文字,主要分为分组密码与流密码极其应用。

一个比较有趣的密码是:太平洋战场上的“纳瓦霍语”。

纳瓦霍是一个印第安部落,其语言以语法诡异词汇丰富,语音复杂著称。

于是纳瓦霍语就被美军用作通讯加密与解密的工具,二战期间3600
多名纳瓦霍军人中就有420名密码译员,其复杂程度让日军大受其苦,对打败日本帝国主义起到了巨大的作用。

密码分析,也就是密码破译,要在未知密钥的前提下,从密文恢复出明文或者推导出密钥。

密码分析所做的尝试叫做密码攻击,有穷举攻击法、统计分析攻击法、数学分析攻击法、遗传搜索攻击法等。

其中统计分析攻击法是通过分析密文和明文的统计规律来破译密码,在历史上为破译密码做出过极大贡献。

密码的破译者的成就远比密码设计者的成就更令人赞叹。

比如二战中,美军破译了日本的“紫密”,使得日本在中途岛战役中打败,一些专家估计,同盟军在密码破译上的成功至少使二战缩短了八年。

而有了密码攻击,还有各种密码攻击对抗法。

这些都加大了密码学这个学科的难度。

我就不再继续列举了。

中国的密码学起步晚,投入不足,要在未来信息战中与美国对抗还需要很长一段路。

不过我相信,中国有这么多像洪绍方老师这样优秀的数学家,密码学在军事信息上的应用一定会得到飞速的发展!
2010级数学基地班
黄佑君
1042013036
2012-12-17。