密码学简史
从历史角度看,密码学可以大致分为古典密码学和近现代密码学两个阶段。两者以现代信息技术的诞生为分界点,现在所讨论的密码学多是指后者,建立在信息论和数学成果基础之上。
古典密码学源自数千年前。最早在公元前 1900 年左右的古埃及,就出现过使用特殊字符和简单替换式密码来保护信息。美索不达米亚平原上曾出土一个公元前 1500 年左右的泥板,其上记录了加密描述的陶器上釉工艺配方。古希腊时期(公元前 800 ~ 前 146 年)还发明了通过物理手段来隐藏信息的“隐写术”,例如使用牛奶书写、用蜡覆盖文字等。后来在古罗马时期还出现了基于替换加密的凯撒密码,据称凯撒曾用此方法与其部下通信而得以命名。
这些手段多数是采用简单的机械工具来保护秘密,在今天看来毫无疑问是十分简陋,很容易破解的。严格来看,可能都很难称为密码科学。
近现代密码的研究源自第一、二次世界大战中对军事通信进行保护和破解的需求。
1901 年 12 月,意大利工程师 Guglielmo Marconi(奎里亚摩·马可尼)成功完成了跨越大西洋的无线电通信实验,在全球范围内引发轰动,推动了无线电通信时代的带来。无线电极大提高了远程通信的能力,但存在着天然缺陷——它很难限制接收方,这意味着要想保护所传递信息的安全,必须采用可靠的加密技术。
对无线电信息进行加密以及破解的过程直接促进了近现代密码学和计算机技术的出现。反过来,这些科技进步也影响了时代的发展。一战时期德国外交部长 Arthur Zimmermann(阿瑟·齐默尔曼)拉拢墨西哥构成抗美军事同盟的电报(1917 年 1 月 16 日)被英国情报机构 —— 40 号办公室破译,直接导致了美国的参战;二战时期德国使用的恩尼格玛(Enigma)密码机(当时最先进的加密设备)被盟军成功破译(1939 年到 1941 年),导致大西洋战役德国失败。据称,二战时期光英国从事密码学研究的人员就达到 7000 人,而他们的成果使二战结束的时间至少提前了一到两年时间。
1945 年 9 月 1 日,Claude Elwood Shannon(克劳德·艾尔伍德·香农)完成了划时代的内部报告《A Mathematical Theory of Cryptography(密码术的一个数学理论)》,1949 年 10 月,该报告以《Communication Theory of Secrecy Systems(保密系统的通信理论)》为题在 Bell System Technical Journal(贝尔系统技术期刊)上正式发表。这篇论文首次将密码学和信息论联系到一起,为对称密码技术提供了数学基础。这也标志着近现代密码学的正式建立。
1976 年 11 月,Whitfield Diffie 和 Martin E.Hellman 在 IEEE Transactions on Information Theory 上发表了论文《New Directions in Cryptography(密码学的新方向)》,探讨了无需传输密钥的保密通信和签名认证体系问题,正式开创了现代公钥密码学体系的研究。
现代密码学的发展与电气技术特别是计算机信息理论和技术关系密切,已经发展为包括随机数、Hash 函数、加解密、身份认证等多个课题的庞大领域,相关成果为现代信息系统特别是互联网奠定了坚实的安全基础。
注:Enigma 密码机的加密消息在当年需要数年时间才能破解,而今天使用最新的人工智能技术进行破译只需要 10 分钟左右。
复制链接
在 GitHub 上编辑