-近代密碼學(xué)(二戰(zhàn)時(shí)期)

1、回憶上次課內(nèi)容回憶上次課內(nèi)容v 古典密碼時(shí)期古典密碼時(shí)期v 近代密碼時(shí)期近代密碼時(shí)期 從從2020世紀(jì)初到世紀(jì)初到2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代，年代，即一戰(zhàn)及二戰(zhàn)時(shí)期即一戰(zhàn)及二戰(zhàn)時(shí)期 手工或電動(dòng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的代手工或電動(dòng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的代替或換位替或換位 通信手段：電報(bào)通信通信手段：電報(bào)通信v 現(xiàn)代密碼時(shí)期現(xiàn)代密碼時(shí)期Enigma：密碼學(xué)界劃時(shí)代的豐碑：密碼學(xué)界劃時(shí)代的豐碑 德國(guó)人亞瑟謝爾比烏斯 波蘭數(shù)學(xué)家和密碼學(xué)家 馬里安雷耶夫斯基 英國(guó)天才的數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)理論專家 阿蘭圖靈小老板謝爾比烏斯小老板謝爾比烏斯v 在一戰(zhàn)即將結(jié)束的在一戰(zhàn)即將結(jié)束的1918年年2月月23日，在參考了荷蘭人科赫日，

2、在參考了荷蘭人科赫的構(gòu)想之后，謝爾比烏斯為自己設(shè)計(jì)的一種密碼機(jī)器申請(qǐng)的構(gòu)想之后，謝爾比烏斯為自己設(shè)計(jì)的一種密碼機(jī)器申請(qǐng)了專利。了專利。 v 同年，謝爾比烏斯和朋友一起開了一家公司，開始出售這同年，謝爾比烏斯和朋友一起開了一家公司，開始出售這種機(jī)器種機(jī)器Enigma。 Enigma轉(zhuǎn)輪組的加密原理，正轉(zhuǎn)輪組的加密原理，正是多表替代是多表替代它通過不斷改變它通過不斷改變明文和密文的字母映射關(guān)系，對(duì)明文和密文的字母映射關(guān)系，對(duì)明文字母?jìng)冞M(jìn)行著連續(xù)不斷的換明文字母?jìng)冞M(jìn)行著連續(xù)不斷的換表加密操作。表加密操作。 密文密文Enigma原理原理三個(gè)轉(zhuǎn)子不同的方向組成了三個(gè)轉(zhuǎn)子不同的方向組成了26*26*26=

3、17576種不同可能性；種不同可能性； 三個(gè)轉(zhuǎn)子間不同的相對(duì)位置為三個(gè)轉(zhuǎn)子間不同的相對(duì)位置為6種可能性；種可能性；連接板上兩兩交換連接板上兩兩交換6對(duì)字母的可能性數(shù)目非常巨大，有對(duì)字母的可能性數(shù)目非常巨大，有100391791500種；種；于是一共有于是一共有17576*6*100391791500，大約為，大約為10000000000000000，即一億億種可能性。即一億億種可能性。2424萬人民幣萬人民幣/ /臺(tái)臺(tái)丘吉爾丘吉爾（1874年1965年），英國(guó)政治家、演說家及作家以及記者，1953年諾貝爾文學(xué)獎(jiǎng)得主，曾于19401945年及19511955年期間兩度任英國(guó)首相，帶領(lǐng)英國(guó)取得第二

4、次世界大戰(zhàn)的勝利。被認(rèn)為是20世紀(jì)最重要的政治領(lǐng)袖之一，被公認(rèn)為世界上掌握單詞詞匯量最多的人(5萬多)。世界危機(jī)第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)立陶宛立陶宛東普魯士東普魯士德國(guó)德國(guó)捷克斯洛伐克捷克斯洛伐克蘇聯(lián)蘇聯(lián)19391939年年9 9月月1 1日破曉時(shí)分，德軍大舉入侵波蘭。這一日后來被定為第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)日。日破曉時(shí)分，德軍大舉入侵波蘭。這一日后來被定為第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)日。馬里安馬里安亞當(dāng)亞當(dāng)雷耶夫斯基（雷耶夫斯基（Marian Adam Rejewski，1905年年1980年），波蘭數(shù)學(xué)家年），波蘭數(shù)學(xué)家和密碼學(xué)家。和密碼學(xué)家。 20世紀(jì)世紀(jì)30年代領(lǐng)導(dǎo)波蘭密碼學(xué)家率先對(duì)年

5、代領(lǐng)導(dǎo)波蘭密碼學(xué)家率先對(duì)德國(guó)使用的德國(guó)使用的Enigma密碼進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究密碼進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究和破譯。和破譯。 在破譯過程中，雷耶夫斯基在破譯過程中，雷耶夫斯基首次將嚴(yán)格首次將嚴(yán)格的數(shù)學(xué)化方法應(yīng)用到密碼破譯領(lǐng)域的數(shù)學(xué)化方法應(yīng)用到密碼破譯領(lǐng)域，這在密，這在密碼學(xué)的歷史上是一個(gè)重要成就。碼學(xué)的歷史上是一個(gè)重要成就。 雷耶夫斯基等人在二戰(zhàn)期間破譯了大量雷耶夫斯基等人在二戰(zhàn)期間破譯了大量來自德國(guó)的信息，他們的工作成為整個(gè)二戰(zhàn)來自德國(guó)的信息，他們的工作成為整個(gè)二戰(zhàn)期間盟國(guó)破譯德軍期間盟國(guó)破譯德軍Enigma密碼的基礎(chǔ)。密碼的基礎(chǔ)。 雷耶夫斯基與波蘭數(shù)學(xué)家杰爾茲雷耶夫斯基與波蘭數(shù)學(xué)家杰爾茲羅佐基羅佐

6、基和亨里克和亨里克佐加爾斯基并稱為密碼研究領(lǐng)域的佐加爾斯基并稱為密碼研究領(lǐng)域的“波蘭三杰波蘭三杰”。波蘭三杰波蘭三杰波蘭數(shù)學(xué)家的功績(jī)波蘭數(shù)學(xué)家的功績(jī)阿蘭阿蘭圖靈（圖靈（Alan Turing）這個(gè)名字無論是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、數(shù)學(xué)領(lǐng)域、人工這個(gè)名字無論是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、數(shù)學(xué)領(lǐng)域、人工智能領(lǐng)域還是哲學(xué)、邏輯學(xué)等領(lǐng)域，都可謂智能領(lǐng)域還是哲學(xué)、邏輯學(xué)等領(lǐng)域，都可謂“擲擲地有聲地有聲”。圖靈是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者，許多人。圖靈是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家。工智能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家。他在他在24歲時(shí)提出了圖靈機(jī)理論，歲時(shí)提出了圖靈機(jī)理論，31歲參與了歲參與了Co

7、lossus（二戰(zhàn)時(shí)，英國(guó)破解德國(guó)通訊密碼的計(jì)（二戰(zhàn)時(shí)，英國(guó)破解德國(guó)通訊密碼的計(jì)算機(jī)）的研制，算機(jī)）的研制，33歲時(shí)構(gòu)思了仿真系統(tǒng)，歲時(shí)構(gòu)思了仿真系統(tǒng)，35歲提歲提出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)概念，出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)概念，38歲設(shè)計(jì)了歲設(shè)計(jì)了“圖靈測(cè)試圖靈測(cè)試”，在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科，在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科非線性力學(xué)。雖非線性力學(xué)。雖然圖靈去世時(shí)只有然圖靈去世時(shí)只有42歲，但在其短暫而離奇的生歲，但在其短暫而離奇的生涯中的那些科技成就，已讓后人享用不盡。人們涯中的那些科技成就，已讓后人享用不盡。人們仰望著這位偉大的英國(guó)科學(xué)家，把仰望著這位偉大的英國(guó)科學(xué)家，把“計(jì)算機(jī)之父計(jì)算機(jī)之父”、“人工智能之父人工智能

8、之父”、“破譯之父破譯之父”等等頭銜等等頭銜都加冕在了他身上，甚至認(rèn)為，他在技術(shù)上的貢都加冕在了他身上，甚至認(rèn)為，他在技術(shù)上的貢獻(xiàn)及對(duì)未來世界的影響幾乎可與牛頓、愛因斯坦獻(xiàn)及對(duì)未來世界的影響幾乎可與牛頓、愛因斯坦等巨人比肩。等巨人比肩。 2009年9月11日英國(guó)政府正式向計(jì)算機(jī)科學(xué)奠基人、二戰(zhàn)期間的密碼破譯專家艾倫圖靈道歉。艾倫圖靈因?yàn)楫?dāng)時(shí)英國(guó)政府對(duì)同性戀的偏見而受到迫害，他在1952年被判“嚴(yán)重猥褻罪”，最終在兩年后食用浸過氰化物溶液的蘋果而死亡。計(jì)算機(jī)科學(xué)家John Graham-Cumming發(fā)起了在線請(qǐng)?jiān)?，到目前為止簽名人?shù)超過了3萬。足夠多的簽名迫使英國(guó)政府和現(xiàn)任首相戈登布朗（Gor

9、don Brown）發(fā)表了正式的道歉聲明。聲明稱，“ 成千上萬的人走到一塊要求為艾倫圖靈尋求正義，要求承認(rèn)對(duì)待他的方式是駭人聽聞的。雖然圖靈的審判是根據(jù)當(dāng)時(shí)的法律，我們不能讓時(shí)光倒流，他的遭遇當(dāng)然是完全不公正的，我很高興有機(jī)會(huì)能表達(dá)深深的歉意，為他身上所發(fā)生的一切不公。圖靈和其他被定罪的同性戀者，因?yàn)橥詰俜啥慌杏凶锸橇钊丝植赖?。多年來，有?shù)以百萬計(jì)的人生活在有罪的恐懼當(dāng)中。我感到高興的是，那樣的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了.我代表英國(guó)政府和所有生活在自由空氣里的人感謝圖靈的工作，我很高興說：我們錯(cuò)了，您本應(yīng)該得到更多獎(jiǎng)賞?！?20世紀(jì)早期密碼機(jī)布萊奇利莊園布萊奇利莊園攔截密碼戰(zhàn)攔截密碼戰(zhàn) 布萊奇

10、利園當(dāng)局曾以布萊奇利園當(dāng)局曾以每日電訊報(bào)每日電訊報(bào)的填字游戲作為面試測(cè)試，限令面試者要在的填字游戲作為面試測(cè)試，限令面試者要在12分分鐘內(nèi)完成填字游戲。此外，該報(bào)社亦曾被要求舉辦填字游戲比賽，然后再招攬勝出者鐘內(nèi)完成填字游戲。此外，該報(bào)社亦曾被要求舉辦填字游戲比賽，然后再招攬勝出者參與參與“一項(xiàng)特別的工作，為戰(zhàn)事作出貢獻(xiàn)一項(xiàng)特別的工作，為戰(zhàn)事作出貢獻(xiàn)”。不列顛空戰(zhàn)不列顛空戰(zhàn)v 在在1940年年7月至月至10月不列顛之戰(zhàn)月不列顛之戰(zhàn)的最關(guān)鍵階段中，德軍出動(dòng)飛機(jī)的最關(guān)鍵階段中，德軍出動(dòng)飛機(jī)共約共約4.6萬架次，投彈約萬架次，投彈約6萬噸，萬噸，被擊落各型飛機(jī)被擊落各型飛機(jī)1733架，被擊傷架，被擊

11、傷943架，損失空勤人員約架，損失空勤人員約6000人人。v 英國(guó)空軍損失飛機(jī)英國(guó)空軍損失飛機(jī)915架，飛行架，飛行員員414人，英德雙方飛機(jī)損失比人，英德雙方飛機(jī)損失比0.527：1，飛行員損失比，飛行員損失比0.069：1。阿拉曼戰(zhàn)役阿拉曼戰(zhàn)役沙漠之狐沙漠之狐隆美爾隆美爾蒙哥馬利大西洋海戰(zhàn)大西洋海戰(zhàn)德國(guó)海軍上將鄧尼茨從海底出擊從海底出擊 獵殺獵殺u571 u571 U47潛艇潛艇 海底喋血戰(zhàn)海底喋血戰(zhàn) 血戰(zhàn)大西洋血戰(zhàn)大西洋 中途島海戰(zhàn)中途島海戰(zhàn)v 中途島戰(zhàn)役美軍只損失一艘航空母艦、中途島戰(zhàn)役美軍只損失一艘航空母艦、1艘驅(qū)逐艦和艘驅(qū)逐艦和147架飛機(jī)（多架飛機(jī)（多為擊落），為擊落）， 陣亡陣

12、亡307人；人；v 而日本卻損失了而日本卻損失了4艘大型航空母艦、艘大型航空母艦、1艘巡洋艦、艘巡洋艦、330架飛機(jī)（被炸毀架飛機(jī)（被炸毀于航母約于航母約280架，僅被擊落架，僅被擊落42架架 ），還有幾百名經(jīng)驗(yàn)豐富的飛行員，還有幾百名經(jīng)驗(yàn)豐富的飛行員和和3700名艦員。日本海軍從此走向了失敗。名艦員。日本海軍從此走向了失敗。v 美國(guó)海軍首腦事后評(píng)價(jià)道：美國(guó)海軍首腦事后評(píng)價(jià)道：“中途島戰(zhàn)斗是日本海軍中途島戰(zhàn)斗是日本海軍350年以來的第年以來的第一次決定性的敗仗。它結(jié)束了日本的長(zhǎng)期攻勢(shì)，恢復(fù)了太平洋海軍力一次決定性的敗仗。它結(jié)束了日本的長(zhǎng)期攻勢(shì)，恢復(fù)了太平洋海軍力量的均勢(shì)量的均勢(shì)”。同時(shí)，此戰(zhàn)還

13、給日軍高層造成了難以愈合的創(chuàng)傷，這一。同時(shí)，此戰(zhàn)還給日軍高層造成了難以愈合的創(chuàng)傷，這一痛苦的回憶直到二戰(zhàn)結(jié)束一直揮之不去，使他們?cè)僖矡o法對(duì)戰(zhàn)局做出痛苦的回憶直到二戰(zhàn)結(jié)束一直揮之不去，使他們?cè)僖矡o法對(duì)戰(zhàn)局做出清晰的判斷。清晰的判斷。JN-25 JN-25 密碼密碼JN-25密碼密碼v 一種較原始的手工密碼。一種較原始的手工密碼。v 由由5位一組的十進(jìn)制數(shù)組成，每組數(shù)字表示特定的含義，位一組的十進(jìn)制數(shù)組成，每組數(shù)字表示特定的含義，一共約一共約45000組數(shù)字。有專門的密碼本，供加密和解密時(shí)組數(shù)字。有專門的密碼本，供加密和解密時(shí)查詢。查詢。v 為加強(qiáng)保密，發(fā)報(bào)時(shí)每組數(shù)字上還要覆蓋一組隨機(jī)數(shù)字，為加強(qiáng)

14、保密，發(fā)報(bào)時(shí)每組數(shù)字上還要覆蓋一組隨機(jī)數(shù)字，這些數(shù)字由另一本手冊(cè)提供。收到密文后，先去掉隨機(jī)數(shù)這些數(shù)字由另一本手冊(cè)提供。收到密文后，先去掉隨機(jī)數(shù)字，得到原數(shù)字后，再進(jìn)行解讀。字，得到原數(shù)字后，再進(jìn)行解讀。v 兩本手冊(cè)經(jīng)常更換。兩本手冊(cè)經(jīng)常更換。山本五十六之死山本五十六之死風(fēng)語者風(fēng)語者 在第二次世界大戰(zhàn)期間的太平洋戰(zhàn)場(chǎng)上，日軍在第二次世界大戰(zhàn)期間的太平洋戰(zhàn)場(chǎng)上，日軍總能用各種方法破譯美軍的密電碼，這令美軍在戰(zhàn)總能用各種方法破譯美軍的密電碼，這令美軍在戰(zhàn)場(chǎng)上吃盡了苦頭。為了改變這種局面，場(chǎng)上吃盡了苦頭。為了改變這種局面，1942年，幾年，幾百名納瓦霍族人被征召入伍，因?yàn)樗麄兊恼Z言沒有百名納瓦霍族人

15、被征召入伍，因?yàn)樗麄兊恼Z言沒有外族人能夠聽懂，所以美軍將他們訓(xùn)練成了專門的外族人能夠聽懂，所以美軍將他們訓(xùn)練成了專門的譯電員，人稱譯電員，人稱“風(fēng)語者風(fēng)語者”。作為美國(guó)海軍的秘密武。作為美國(guó)海軍的秘密武器，每個(gè)器，每個(gè)“風(fēng)語者風(fēng)語者”都肩負(fù)著美軍的至高機(jī)密，因都肩負(fù)著美軍的至高機(jī)密，因此，他們也受到了特別的此，他們也受到了特別的“照顧照顧”-每個(gè)納瓦霍譯每個(gè)納瓦霍譯電員都由一名海軍士兵貼身保護(hù)，一方面確保其人電員都由一名海軍士兵貼身保護(hù)，一方面確保其人身安全，另一方面，如果譯電員即將被日軍俘獲，身安全，另一方面，如果譯電員即將被日軍俘獲，保護(hù)者必須殺死他以保證密碼不外泄。保護(hù)者必須殺死他以保證密碼不外泄。海軍陸戰(zhàn)隊(duì)員喬海軍陸戰(zhàn)隊(duì)員喬安德斯（尼古拉斯安德斯（尼古拉斯凱奇飾）凱奇飾）就是一名譯電員保鏢，他奉命保護(hù)一個(gè)