-近代密碼學(二戰(zhàn)時期)

1、回憶上次課內(nèi)容回憶上次課內(nèi)容v 古典密碼時期古典密碼時期v 近代密碼時期近代密碼時期 從從2020世紀初到世紀初到2020世紀世紀5050年代，年代，即一戰(zhàn)及二戰(zhàn)時期即一戰(zhàn)及二戰(zhàn)時期 手工或電動機械實現(xiàn)的復雜的代手工或電動機械實現(xiàn)的復雜的代替或換位替或換位 通信手段：電報通信通信手段：電報通信v 現(xiàn)代密碼時期現(xiàn)代密碼時期Enigma：密碼學界劃時代的豐碑：密碼學界劃時代的豐碑 德國人亞瑟謝爾比烏斯 波蘭數(shù)學家和密碼學家 馬里安雷耶夫斯基 英國天才的數(shù)學家和計算機理論專家 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)即將結束的在一戰(zhàn)即將結束的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想之后，謝爾比烏斯為自己設計的一種密碼機器申請的構想之后，謝爾比烏斯為自己設計的一種密碼機器申請了專利。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，開始出售這種機器種機器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系，對明文和密文的字母映射關系，對明文字母們進行著連續(xù)不斷的換明文字母們進行著連續(xù)不斷的換表加密操作。表加密操作。 密文密文Enigma原理原理三個轉(zhuǎn)子不同的方向組成了三個轉(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； 三個轉(zhuǎn)子間不同的相對位置為三個轉(zhuǎn)子間不同的相對位置為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對字母的可能性數(shù)目非常巨大，有對字母的可能性數(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/ /臺臺丘吉爾丘吉爾（1874年1965年），英國政治家、演說家及作家以及記者，1953年諾貝爾文學獎得主，曾于19401945年及19511955年期間兩度任英國首相，帶領英國取得第二

4、次世界大戰(zhàn)的勝利。被認為是20世紀最重要的政治領袖之一，被公認為世界上掌握單詞詞匯量最多的人(5萬多)。世界危機第二次世界大戰(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德國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。馬里安馬里安亞當亞當雷耶夫斯基（雷耶夫斯基（Marian Adam Rejewski，1905年年1980年），波蘭數(shù)學家年），波蘭數(shù)學家和密碼學家。和密碼學家。 20世紀世紀30年代領導波蘭密碼學家率先對年

5、代領導波蘭密碼學家率先對德國使用的德國使用的Enigma密碼進行了系統(tǒng)性的研究密碼進行了系統(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格首次將嚴格的數(shù)學化方法應用到密碼破譯領域的數(shù)學化方法應用到密碼破譯領域，這在密，這在密碼學的歷史上是一個重要成就。碼學的歷史上是一個重要成就。 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的信息，他們的工作成為整個二戰(zhàn)來自德國的信息，他們的工作成為整個二戰(zhàn)期間盟國破譯德軍期間盟國破譯德軍Enigma密碼的基礎。密碼的基礎。 雷耶夫斯基與波蘭數(shù)學家杰爾茲雷耶夫斯基與波蘭數(shù)學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域的佐加爾斯基并稱為密碼研究領域的“波蘭三杰波蘭三杰”。波蘭三杰波蘭三杰波蘭數(shù)學家的功績波蘭數(shù)學家的功績阿蘭阿蘭圖靈（圖靈（Alan Turing）這個名字無論是在計算機領域、數(shù)學領域、人工這個名字無論是在計算機領域、數(shù)學領域、人工智能領域還是哲學、邏輯學等領域，都可謂智能領域還是哲學、邏輯學等領域，都可謂“擲擲地有聲地有聲”。圖靈是計算機邏輯的奠基者，許多人。圖靈是計算機邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學家。工智能的重要方法也源自這位偉大的科學家。他在他在24歲時提出了圖靈機理論，歲時提出了圖靈機理論，31歲參與了歲參與了Co

7、lossus（二戰(zhàn)時，英國破解德國通訊密碼的計（二戰(zhàn)時，英國破解德國通訊密碼的計算機）的研制，算機）的研制，33歲時構思了仿真系統(tǒng)，歲時構思了仿真系統(tǒng)，35歲提歲提出自動程序設計概念，出自動程序設計概念，38歲設計了歲設計了“圖靈測試圖靈測試”，在后來還創(chuàng)造了一門新學科，在后來還創(chuàng)造了一門新學科非線性力學。雖非線性力學。雖然圖靈去世時只有然圖靈去世時只有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科學家，把仰望著這位偉大的英國科學家，把“計算機之父計算機之父”、“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，甚至認為，他在技術上的貢都加冕在了他身上，甚至認為，他在技術上的貢獻及對未來世界的影響幾乎可與牛頓、愛因斯坦獻及對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日英國政府正式向計算機科學奠基人、二戰(zhàn)期間的密碼破譯專家艾倫圖靈道歉。艾倫圖靈因為當時英國政府對同性戀的偏見而受到迫害，他在1952年被判“嚴重猥褻罪”，最終在兩年后食用浸過氰化物溶液的蘋果而死亡。計算機科學家John Graham-Cumming發(fā)起了在線請愿，到目前為止簽名人數(shù)超過了3萬。足夠多的簽名迫使英國政府和現(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，要求承認對待他的方式是駭人聽聞的。雖然圖靈的審判是根據(jù)當時的法律，我們不能讓時光倒流，他的遭遇當然是完全不公正的，我很高興有機會能表達深深的歉意，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，因為同性戀法律而被判有罪是令人恐怖的。多年來，有數(shù)以百萬計的人生活在有罪的恐懼當中。我感到高興的是，那樣的日子已經(jīng)一去不復返了.我代表英國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：我們錯了，您本應該得到更多獎賞?！?20世紀早期密碼機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、利園當局曾以布萊奇利園當局曾以每日電訊報每日電訊報的填字游戲作為面試測試，限令面試者要在的填字游戲作為面試測試，限令面試者要在12分分鐘內(nèi)完成填字游戲。此外，該報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“一項特別的工作，為戰(zhàn)事作出貢獻一項特別的工作，為戰(zhàn)事作出貢獻”。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)的最關鍵階段中，德軍出動飛機的最關鍵階段中，德軍出動飛機共約共約4.6萬架次，投彈約萬架次，投彈約6萬噸，萬噸，被擊落各型飛機被擊落各型飛機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 英國空軍損失飛機英國空軍損失飛機915架，飛行架，飛行員員414人，英德雙方飛機損失比人，英德雙方飛機損失比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（多架飛機（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（被炸毀架飛機（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)驗豐富的飛行員，還有幾百名經(jīng)驗豐富的飛行員和和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 美國海軍首腦事后評價道：美國海軍首腦事后評價道：“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。它結束了日本的長期攻勢，恢復了太平洋海軍力一次決定性的敗仗。它結束了日本的長期攻勢，恢復了太平洋海軍力量的均勢量的均勢”。同時，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，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)結束一直揮之不去，使他們再也無法對戰(zhàn)局做出痛苦的回憶直到二戰(zhàn)結束一直揮之不去，使他們再也無法對戰(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位一組的十進制數(shù)組成，每組數(shù)字表示特定的含義，位一組的十進制數(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，供加密和解密時組數(shù)字。有專門的密碼本，供加密和解密時查詢。查詢。v 為加強保密，發(fā)報時每組數(shù)字上還要覆蓋一組隨機數(shù)字，為加強

14、保密，發(fā)報時每組數(shù)字上還要覆蓋一組隨機數(shù)字，這些數(shù)字由另一本手冊提供。收到密文后，先去掉隨機數(shù)這些數(shù)字由另一本手冊提供。收到密文后，先去掉隨機數(shù)字，得到原數(shù)字后，再進行解讀。字，得到原數(shù)字后，再進行解讀。v 兩本手冊經(jīng)常更換。兩本手冊經(jīng)常更換。山本五十六之死山本五十六之死風語者風語者 在第二次世界大戰(zhàn)期間的太平洋戰(zhàn)場上，日軍在第二次世界大戰(zhàn)期間的太平洋戰(zhàn)場上，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)場上吃盡了苦頭。為了改變這種局面，場上吃盡了苦頭。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，因為他們的語言沒有百名納瓦霍族人

15、被征召入伍，因為他們的語言沒有外族人能夠聽懂，所以美軍將他們訓練成了專門的外族人能夠聽懂，所以美軍將他們訓練成了專門的譯電員，人稱譯電員，人稱“風語者風語者”。作為美國海軍的秘密武。作為美國海軍的秘密武器，每個器，每個“風語者風語者”都肩負著美軍的至高機密，因都肩負著美軍的至高機密，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”-每個納瓦霍譯每個納瓦霍譯電員都由一名海軍士兵貼身保護，一方面確保其人電員都由一名海軍士兵貼身保護，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，保護者必須殺死他以保證密碼不外泄。保護者必須殺死他以保證密碼不外泄。海軍陸戰(zhàn)隊員喬海軍陸戰(zhàn)隊員喬安德斯（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，他奉命保護一個