-近代密码学(二战时期)

1、回忆上次课内容回忆上次课内容v 古典密码时期古典密码时期v 近代密码时期近代密码时期 从从2020世纪初到世纪初到2020世纪世纪5050年代，年代，即一战及二战时期即一战及二战时期 手工或电动机械实现的复杂的代手工或电动机械实现的复杂的代替或换位替或换位 通信手段：电报通信通信手段：电报通信v 现代密码时期现代密码时期Enigma：密码学界划时代的丰碑：密码学界划时代的丰碑 德国人亚瑟谢尔比乌斯 波兰数学家和密码学家 马里安雷耶夫斯基 英国天才的数学家和计算机理论专家 阿兰图灵小老板谢尔比乌斯小老板谢尔比乌斯v 在一战即将结束的在一战即将结束的1918年年2月月23日，在参考了荷兰人科赫日，

2、在参考了荷兰人科赫的构想之后，谢尔比乌斯为自己设计的一种密码机器申请的构想之后，谢尔比乌斯为自己设计的一种密码机器申请了专利。了专利。 v 同年，谢尔比乌斯和朋友一起开了一家公司，开始出售这同年，谢尔比乌斯和朋友一起开了一家公司，开始出售这种机器种机器Enigma。 Enigma转轮组的加密原理，正转轮组的加密原理，正是多表替代是多表替代它通过不断改变它通过不断改变明文和密文的字母映射关系，对明文和密文的字母映射关系，对明文字母们进行着连续不断的换明文字母们进行着连续不断的换表加密操作。表加密操作。 密文密文Enigma原理原理三个转子不同的方向组成了三个转子不同的方向组成了26*26*26=

3、17576种不同可能性；种不同可能性； 三个转子间不同的相对位置为三个转子间不同的相对位置为6种可能性；种可能性；连接板上两两交换连接板上两两交换6对字母的可能性数目非常巨大，有对字母的可能性数目非常巨大，有100391791500种；种；于是一共有于是一共有17576*6*100391791500，大约为，大约为10000000000000000，即一亿亿种可能性。即一亿亿种可能性。2424万人民币万人民币/ /台台丘吉尔丘吉尔（1874年1965年），英国政治家、演说家及作家以及记者，1953年诺贝尔文学奖得主，曾于19401945年及19511955年期间两度任英国首相，带领英国取得第二

4、次世界大战的胜利。被认为是20世纪最重要的政治领袖之一，被公认为世界上掌握单词词汇量最多的人(5万多)。世界危机第二次世界大战爆发第二次世界大战爆发立陶宛立陶宛东普鲁士东普鲁士德国德国捷克斯洛伐克捷克斯洛伐克苏联苏联19391939年年9 9月月1 1日破晓时分，德军大举入侵波兰。这一日后来被定为第二次世界大战的爆发日。日破晓时分，德军大举入侵波兰。这一日后来被定为第二次世界大战的爆发日。马里安马里安亚当亚当雷耶夫斯基（雷耶夫斯基（Marian Adam Rejewski，1905年年1980年），波兰数学家年），波兰数学家和密码学家。和密码学家。 20世纪世纪30年代领导波兰密码学家率先对年

5、代领导波兰密码学家率先对德国使用的德国使用的Enigma密码进行了系统性的研究密码进行了系统性的研究和破译。和破译。 在破译过程中，雷耶夫斯基在破译过程中，雷耶夫斯基首次将严格首次将严格的数学化方法应用到密码破译领域的数学化方法应用到密码破译领域，这在密，这在密码学的历史上是一个重要成就。码学的历史上是一个重要成就。 雷耶夫斯基等人在二战期间破译了大量雷耶夫斯基等人在二战期间破译了大量来自德国的信息，他们的工作成为整个二战来自德国的信息，他们的工作成为整个二战期间盟国破译德军期间盟国破译德军Enigma密码的基础。密码的基础。 雷耶夫斯基与波兰数学家杰尔兹雷耶夫斯基与波兰数学家杰尔兹罗佐基罗佐

6、基和亨里克和亨里克佐加尔斯基并称为密码研究领域的佐加尔斯基并称为密码研究领域的“波兰三杰波兰三杰”。波兰三杰波兰三杰波兰数学家的功绩波兰数学家的功绩阿兰阿兰图灵（图灵（Alan Turing）这个名字无论是在计算机领域、数学领域、人工这个名字无论是在计算机领域、数学领域、人工智能领域还是哲学、逻辑学等领域，都可谓智能领域还是哲学、逻辑学等领域，都可谓“掷掷地有声地有声”。图灵是计算机逻辑的奠基者，许多人。图灵是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自这位伟大的科学家。工智能的重要方法也源自这位伟大的科学家。他在他在24岁时提出了图灵机理论，岁时提出了图灵机理论，31岁参与了岁参与了Co

7、lossus（二战时，英国破解德国通讯密码的计（二战时，英国破解德国通讯密码的计算机）的研制，算机）的研制，33岁时构思了仿真系统，岁时构思了仿真系统，35岁提岁提出自动程序设计概念，出自动程序设计概念，38岁设计了岁设计了“图灵测试图灵测试”，在后来还创造了一门新学科，在后来还创造了一门新学科非线性力学。虽非线性力学。虽然图灵去世时只有然图灵去世时只有42岁，但在其短暂而离奇的生岁，但在其短暂而离奇的生涯中的那些科技成就，已让后人享用不尽。人们涯中的那些科技成就，已让后人享用不尽。人们仰望着这位伟大的英国科学家，把仰望着这位伟大的英国科学家，把“计算机之父计算机之父”、“人工智能之父人工智能

8、之父”、“破译之父破译之父”等等头衔等等头衔都加冕在了他身上，甚至认为，他在技术上的贡都加冕在了他身上，甚至认为，他在技术上的贡献及对未来世界的影响几乎可与牛顿、爱因斯坦献及对未来世界的影响几乎可与牛顿、爱因斯坦等巨人比肩。等巨人比肩。 2009年9月11日英国政府正式向计算机科学奠基人、二战期间的密码破译专家艾伦图灵道歉。艾伦图灵因为当时英国政府对同性恋的偏见而受到迫害，他在1952年被判“严重猥亵罪”，最终在两年后食用浸过氰化物溶液的苹果而死亡。计算机科学家John Graham-Cumming发起了在线请愿，到目前为止签名人数超过了3万。足够多的签名迫使英国政府和现任首相戈登布朗（Gor

9、don Brown）发表了正式的道歉声明。声明称，“ 成千上万的人走到一块要求为艾伦图灵寻求正义，要求承认对待他的方式是骇人听闻的。虽然图灵的审判是根据当时的法律，我们不能让时光倒流，他的遭遇当然是完全不公正的，我很高兴有机会能表达深深的歉意，为他身上所发生的一切不公。图灵和其他被定罪的同性恋者，因为同性恋法律而被判有罪是令人恐怖的。多年来，有数以百万计的人生活在有罪的恐惧当中。我感到高兴的是，那样的日子已经一去不复返了.我代表英国政府和所有生活在自由空气里的人感谢图灵的工作，我很高兴说：我们错了，您本应该得到更多奖赏。” 20世纪早期密码机布莱奇利庄园布莱奇利庄园拦截密码战拦截密码战 布莱奇

10、利园当局曾以布莱奇利园当局曾以每日电讯报每日电讯报的填字游戏作为面试测试，限令面试者要在的填字游戏作为面试测试，限令面试者要在12分分钟内完成填字游戏。此外，该报社亦曾被要求举办填字游戏比赛，然后再招揽胜出者钟内完成填字游戏。此外，该报社亦曾被要求举办填字游戏比赛，然后再招揽胜出者参与参与“一项特别的工作，为战事作出贡献一项特别的工作，为战事作出贡献”。不列颠空战不列颠空战v 在在1940年年7月至月至10月不列颠之战月不列颠之战的最关键阶段中，德军出动飞机的最关键阶段中，德军出动飞机共约共约4.6万架次，投弹约万架次，投弹约6万吨，万吨，被击落各型飞机被击落各型飞机1733架，被击伤架，被击

11、伤943架，损失空勤人员约架，损失空勤人员约6000人人。v 英国空军损失飞机英国空军损失飞机915架，飞行架，飞行员员414人，英德双方飞机损失比人，英德双方飞机损失比0.527：1，飞行员损失比，飞行员损失比0.069：1。阿拉曼战役阿拉曼战役沙漠之狐沙漠之狐隆美尔隆美尔蒙哥马利大西洋海战大西洋海战德国海军上将邓尼茨从海底出击从海底出击 猎杀猎杀u571 u571 U47潜艇潜艇 海底喋血战海底喋血战 血战大西洋血战大西洋 中途岛海战中途岛海战v 中途岛战役美军只损失一艘航空母舰、中途岛战役美军只损失一艘航空母舰、1艘驱逐舰和艘驱逐舰和147架飞机（多架飞机（多为击落），为击落）， 阵亡阵

12、亡307人；人；v 而日本却损失了而日本却损失了4艘大型航空母舰、艘大型航空母舰、1艘巡洋舰、艘巡洋舰、330架飞机（被炸毁架飞机（被炸毁于航母约于航母约280架，仅被击落架，仅被击落42架架 ），还有几百名经验丰富的飞行员，还有几百名经验丰富的飞行员和和3700名舰员。日本海军从此走向了失败。名舰员。日本海军从此走向了失败。v 美国海军首脑事后评价道：美国海军首脑事后评价道：“中途岛战斗是日本海军中途岛战斗是日本海军350年以来的第年以来的第一次决定性的败仗。它结束了日本的长期攻势，恢复了太平洋海军力一次决定性的败仗。它结束了日本的长期攻势，恢复了太平洋海军力量的均势量的均势”。同时，此战还

13、给日军高层造成了难以愈合的创伤，这一。同时，此战还给日军高层造成了难以愈合的创伤，这一痛苦的回忆直到二战结束一直挥之不去，使他们再也无法对战局做出痛苦的回忆直到二战结束一直挥之不去，使他们再也无法对战局做出清晰的判断。清晰的判断。JN-25 JN-25 密码密码JN-25密码密码v 一种较原始的手工密码。一种较原始的手工密码。v 由由5位一组的十进制数组成，每组数字表示特定的含义，位一组的十进制数组成，每组数字表示特定的含义，一共约一共约45000组数字。有专门的密码本，供加密和解密时组数字。有专门的密码本，供加密和解密时查询。查询。v 为加强保密，发报时每组数字上还要覆盖一组随机数字，为加强

14、保密，发报时每组数字上还要覆盖一组随机数字，这些数字由另一本手册提供。收到密文后，先去掉随机数这些数字由另一本手册提供。收到密文后，先去掉随机数字，得到原数字后，再进行解读。字，得到原数字后，再进行解读。v 两本手册经常更换。两本手册经常更换。山本五十六之死山本五十六之死风语者风语者 在第二次世界大战期间的太平洋战场上，日军在第二次世界大战期间的太平洋战场上，日军总能用各种方法破译美军的密电码，这令美军在战总能用各种方法破译美军的密电码，这令美军在战场上吃尽了苦头。为了改变这种局面，场上吃尽了苦头。为了改变这种局面，1942年，几年，几百名纳瓦霍族人被征召入伍，因为他们的语言没有百名纳瓦霍族人

15、被征召入伍，因为他们的语言没有外族人能够听懂，所以美军将他们训练成了专门的外族人能够听懂，所以美军将他们训练成了专门的译电员，人称译电员，人称“风语者风语者”。作为美国海军的秘密武。作为美国海军的秘密武器，每个器，每个“风语者风语者”都肩负着美军的至高机密，因都肩负着美军的至高机密，因此，他们也受到了特别的此，他们也受到了特别的“照顾照顾”-每个纳瓦霍译每个纳瓦霍译电员都由一名海军士兵贴身保护，一方面确保其人电员都由一名海军士兵贴身保护，一方面确保其人身安全，另一方面，如果译电员即将被日军俘获，身安全，另一方面，如果译电员即将被日军俘获，保护者必须杀死他以保证密码不外泄。保护者必须杀死他以保证密码不外泄。海军陆战队员乔海军陆战队员乔安德斯（尼古拉斯安德斯（尼古拉斯凯奇饰）凯奇饰）就是一名译电员保镖，他奉命保护一个