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密碼簡史——穿越遠古 展望未來
該商品所屬分類:圖書 -> 電子工業出版社
【市場價】
750-1088
【優惠價】
469-680
【作者】 楊義先鈕心忻 
【所屬類別】 電子工業出版社 
【出版社】電子工業出版社 
【ISBN】9787121398711
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內容介紹



出版社:電子工業出版社
ISBN:9787121398711
版次:1

商品編碼:12759381
品牌:電子工業出版社
包裝:平裝

開本:16開
出版時間:2020-11-01
用紙:純質紙

頁數:388
字數:372000

作者:楊義先,鈕心忻

    
    
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產品特色

編輯推薦

適讀人群 :本書是科學普及圖書,高中以上文化的人都可以閱讀。

《密碼簡史》出自信息安全領域知名專家、北京郵電大學教授、暢銷書《安全簡史》《安全通論》《黑客心理學》《博弈繫統論》作者楊義先和鈕心忻。

本書是一部關於密碼的科普著作,既介紹了從古到今的各種有重大影響的通信密碼知識、技術、人物、事件及歷史,還展望了量子密碼、抗量子密碼、量子計算機和DNA計算機等未來密碼。

本書既適合大眾閱讀,也適合信息安全及密碼等領域的專業人士閱讀和參考。


內容簡介

在人類的歷史長河中,密碼始終給人一種神秘的印像。在相當長的時期內,密碼與政治和軍事鬥爭密不可分,無論是在古代戰場,還是在現代戰爭中,密碼都扮演著重要的角色,是交戰雙方加密、破譯、傳遞、獲取情報的重要手段,也因此成為許多影視劇特別是諜戰劇中素。在當前信息網絡時代,密碼被廣泛地應用於政治、經濟、社會各個方面,密碼不僅是維護網絡空間安全的重要法寶,也是構築網絡信息繫統免疫體繫和網絡信任體繫的基石。甚至可以說,密碼直接關繫國家政治安全、經濟安全、國防安全和信息安全,不僅是保護國家和人民根本利益的戰略性資源,還是實現國家治理體繫和治理能力現代化的重要支撐。

《密碼簡史——穿越遠古 展望未來》是一部關於密碼的科普著作。讀者不但能從書中了解到外國古典密碼、中國古典密碼、近代密碼、一戰密碼、機械密碼、二戰密碼、現代密碼等通信密碼的前世今生,更能站在符號繫統的全新高度,向前回顧密碼對人類“占據並穩居生物鏈頂端”所做出的巨大貢獻,向後展望量子密碼、抗量子密碼、量子計算機和DNA計算機等未來密碼;不但讓讀者體會密碼破譯的精彩遊戲,還提醒了密碼研究的兩個重要方向,即“抗DNA計算密碼”和針對特定人或事的密碼“通用”破譯繫統。


作者簡介

楊義先,北京郵電大學教授、博士生導師、首屆長江學者特聘教授、首屆國家傑出青年基金獲得者、國家教學名師、國家教學團隊(“信息安全”)帶頭人、全國百篇優秀博士學位論文指導教師、國家精品課程負責人、中國科普作家協會會員。現任北京郵電大學信息安全中心主任、災備技術國家工程實驗室主任、中國密碼學會副理事長。他長期從事網絡與信息安全方面的科研、教學和成果轉化工作。他創立的網絡空間安全的統一理論“安全通論”“博弈繫統論”,同時出版了科普作品《安全簡史》《黑客心理學》《科學家列傳》,在社會上引起了極大反響,受到讀者的喜愛,並獲得多項出版物獎項。

曾獲得榮譽:政府特殊津貼、國家有突出貢獻的中青年專家、國家有突出貢獻的中國博士學位獲得者、第四屆“中國青年科學家獎”、第四屆“中國青年科技創新獎”、全國優秀科技工作者、中國科協第三屆青年科技獎、首屆茅以升北京青年科技獎、北京青年五四獎章、第三屆北京十大傑出青年、“有可能影響中國21世紀的IT青年人物”。

鈕心忻,北京郵電大學教授、博士生導師,中國通信學會高級會員,中國科普作家協會會員。主要研究領域有:信息安全、信息隱藏與數字水印、數字內容及其安全等。她主持完成過國家863、國家自然科學基金等多項國家科研項目。她的研究成果獲得過教育部科技進步一等獎、中國通信學會科技進步二等獎、三等獎,中國電子學會科技進步三等獎,以及原信息產業部科技進步三等獎等。她在包括IEEE Trans.on AES、Chinese Journal of Electronics、《電子學報》等國內外著名學術刊物上發表論文五十餘篇,出版著作六部。


目錄

前言

第1章外國古典密碼 / 1

1.1古埃及密碼 / 1

1.2古印度密碼 / 5

1.3古羅馬密碼 / 7

1.4古希臘密碼 / 11

1.5阿拉伯密碼 / 14

第2章中國古典密碼 / 19

2.1商朝密碼 / 19

2.2周朝密碼 / 27

2.密碼 / 36

2.4明清密碼 / 43

2.5遊戲密碼 / 48

第3章近代密碼 / 59

3.1專業密碼研究者 / 59

3.2巴賓頓密碼事件 / 69

3.3表格代換的密碼 / 78

3.4路易十四的密碼 / 85

3.5密碼破譯計算機 / 90

第4章一戰密碼 / 99

4.1密碼密鑰博弈 / 99

4.2ADFGVX密碼 / 105

4.3齊默爾曼電報 / 110

4.4一次一密密碼 / 113

4.5文盲密碼專家 / 116

第5章機械密碼 / 123

5.1傑斐遜密碼 / 123

5.2帕特森密碼 / 131

5.3矩陣類密碼 / 135

5.4恩尼格瑪密碼 / 143

5.5波蘭密碼三傑 / 152

第6章二戰密碼 / 161

6.1英德密碼戰 / 162

6.2美日密碼戰 / 169

6.3英國密碼精英 / 182

6.4圖靈傳奇 / 189

6.5美國密碼精英 / 195

第7章現代密碼 / 207

7.1密碼過渡 / 208

7.2香農外傳 / 216

7.3對稱密碼 / 227

7.4公鑰密碼 / 236

7.5密碼認證 / 245

第8章未來密碼 / 257

8.1密碼破譯前提 / 258

8.2量子計算機 / 261

8.3抗量子密碼 / 265

8.4量子密碼 / 269

8.5DNA計算機 / 275

第9章漢字密碼新破譯 / 283

9.1漢字字趣 / 283

9.2中華文化趣迷 / 293

9.3甲骨文預測表 / 309

9.4漢字時光機 / 319

9.5漢字的魅力 / 328

結語 / 345

參考文獻 / 361


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精彩書摘

密碼學的起源到底該追溯到多遠,這主要取決於將密碼學的相關定義確定得多麼寬泛;當然,這也是一個仁者見仁,智者見智的事情。但是,有兩個極端是非常明確的:

其一,本書前7章介紹的密碼,肯定是最狹義的密碼,它們的主體,特別是近代密碼、一戰密碼、機械密碼、二戰密碼和現代密碼等,干脆就是為保密通信而量身定制的加密和解密技巧;無論如何,它們都是正宗的密碼,所以,有關它們的簡史,將以述事、說理、講故事為主。

其二,將以全新的角度,介紹最廣義的密碼,即所有符號繫統都是密碼,而狹義密碼,顯然也都是不同的符號繫統;反過來,每種符號繫統,其實也都可當成特殊條件下的通信密碼。特別需要強調的是,語音密碼肯定是人類最早的密碼,因為在語言誕生前的人類,還不能稱為“現代人”;文字密碼雖然晚於語音密碼,但是,從今天的狹義密碼學角度來看,文字密碼和語音密碼可看成同一種通信密碼。具體來說,說話或寫字相當於加密,語音和文字就等同於密文,而聽話和讀書可以看作解密;不懂交流者的語種的人,若想試圖聽懂別人的交流,那他就相當於破譯者等。

該前言可能是本書最有特色的部分之一,建議大家認真閱讀。比如,對密碼專業的專家來說,建議先按正常順序閱讀一遍,然後,在讀完全書後,再回過頭來閱讀一次,以便對人類所有密碼的符號學特性有一個更深入的理解,從而有助於今後新型密碼的設計和破譯;而對普通讀者來說,如果初讀前言有困難,也可以先跳過該前言,待到讀完本書後,再將前言與最後的結語一起閱讀,從而理解整個人類密碼史的統一、完整和繫統性。

密碼的起源

人類的密碼起源於語言,或者說,語言是最早的密碼。為什麼會有如此之說呢?首先,人與動物的最大區別就在於人有語言,或者用專業術語來說,人能進行符號思維;所以,從認知角度來說,沒有語言的古猿,壓根兒就不能算是人,至少不是“現代人”。既然不是人,當然就談不上人類密碼了。其次,“一戰”和“二戰”的實踐已表明:語言(特別是罕見的原住民語言)確實可用作通信密碼。另外,動物的若干本能行為,如叫聲、肢體動作等,雖然是相關動物自己的密碼,但不是人類的密碼,所以不屬本書內容範圍。當然,在生物進化過程中,人類之所以能戰勝其他動物,其主要原因恐怕就是:人類能破譯動物的密碼,知道它們的某種聲音或行為的含義,從而可采取相應的對付措施;而動物卻不能破譯人類的密碼,故隻好被動挨打,任由人類宰割。這一點將在接下來的內容中詳述。當然,情況也有例外,比如,由於人類還未破譯新型冠狀病毒的密碼,所以,在2020年春節期間,人類一時顯得比較被動。總之,上述正反兩方面的事實,再一次表明了破譯密碼的重要性。

語言密碼不僅是所有人類密碼之源,還是使用期最長的密碼;即使到今天,幾乎所有人,每天也都仍在頻繁使用語言密碼。除非不張嘴說話,否則,即使是語言障礙者或嬰兒,他們也都在使用語言密碼,隻不過一般人不能完全破譯而已。

人類是從何時開始說話的呢?這當然不是要問“你是啥時說話”的,否則,你媽媽肯定知道準確答案;而是想問,人類作為整體,何時開始使用語言的。這個問題雖無標準答案,但下列說法卻很有說服力。

從生理結構角度來看,人類大概在30萬年前,就具備了清晰發出多音節語素的解剖學結構,即喉結下移到第4至第7頸椎之間,聲帶上方有一個擴大的咽腔;在這裡,人類可對想發出的各種復雜聲音進行自如的調整。據說,人類能發出超過二百種的聲音,而每種語言所用到的發聲,不過區區數十種而已,這便是許多語種聽起來完全不同的主要原因。而其他哺乳動物(包括尼安德特人)的喉結,都在更高處,都不能發出復雜的聲音,隻能用口腔對聲音進行簡單調整,因此,不具備說話的生理結構。但是,動物的這種喉部結構卻有一個優勢,那就是可同時進行吞咽和呼吸;人類嬰兒剛出生時,其喉結的位置跟黑猩猩差不多,但到兩歲左右時,喉結便降低到正常位置,纔能發出復雜聲音。換句話說,此時的人類就已具備說話的“硬件”了。

從考古角度來看,早在25萬年前,人類的運動性語言中樞,即負責說話的所謂“布羅卡氏區”神經中樞,就已非常發達並接近現代人了。換句話說,此時的人類就已擁有說話的“指揮繫統”了。

從基因角度來看,大約在20萬年前,人類位於7號染色體上的FOXP2基因發生了一次突變,而該基因關聯著的語言協調功能和其他認知功能;換句話說,此時的人類,終於擁有說話的“軟件”了。科學家是如何發現FOXP2基因的這種功能的呢?原來,他們在英格蘭發現了幾個語言功能障礙的家族,他們說話雖沒問題,卻無法掌握語法;經認真篩查後發現,原來該家族所有成員的FOXP2基因都不正常。那為什麼又是20萬年前呢?原來,英國牛津大學遺傳學家安東尼·瑪納克等,在《自然》雜志上公布了他們的發現:在老鼠和所有靈長類動物身上,都有一種FOXP2基因。而在生物進化史上,當人類、黑猩猩跟老鼠“分道揚鑣”之前的13億年中,FOXP2蛋白質隻改變了一個氨基酸。在人類和其他靈長類動物“分手”的400萬到600萬年間,有兩個語言基因中的氨基酸在人類身上發生了突變,並最終成為遺傳性基因;但在這同時,其他靈長類動物卻未受此影響而發生基因變化。對人類語言起決定作用的“FOXP2基因突變”,發生在12萬至20萬年前;這恰恰與智人的人口猛增時間相一致。因此,科學家猜測,正是由於人口密度的增大,纔促進了語言交際能力的增強和持續發展,並最終形成語言繫統。另外,通過分析化石和DNA,比較有說服力的觀點認為,人類起源於東非且出現在20萬年前。而這又剛好與語言的產生時間相吻合;由此可見,沒有語言之前的類人動物,還真不是真正意義上的人。

總之,人類能熟練掌握並使用語言的時間,肯定不會早於20萬年前;但到底是哪天呢?這確實無法精確回答,畢竟,即使“軟件”、“硬件”和指揮繫統均已萬事俱備,這也不等於人類就能用語言彼此交流信息(說話)了,因為還欠一股“東風”。這股“東風”就是一套語言密碼的誕生。而建立一套完整的語言符號繫統並加以靈活運用,絕非一件簡單的事情,至少得花費數萬年時間;畢竟,在人際交流並不頻繁的智人時代,僅僅語言的約定俗成過程就會相當漫長。那麼到底花費了多長時間來創造語言呢?答案是:不超過12萬年。因為大約在7萬年前,人類就開始認知革命了,而認知的載體正是語言。

智人勝於密碼戰

在弱肉強食的殘酷生物演化競爭中,人類的祖先智人,為啥能戰勝各種猛獸,甚至戰勝腦容量更大的同類尼安德特人等,並最終登上生物鏈的頂端呢?需要知道僅僅在7萬年前,人類還隻處於生物鏈的中下遊喲。人類獲勝的秘密,肯定不是基因好,因為任何動物想要依靠基因突變的方式來達到生態鏈頂端的話,至少得花費好幾百萬年的時間;實際上,從密碼角度來看,人類獲勝的原因,可能會嚇你一跳:原來,這主要因為智人發明了一種更高級的密碼,一種其他動物完全無法破譯的密碼,即人類語言,也即人類認知革命的主要載體!從戰略上來說,語言這種密碼能把許多人團結起來,為一個共同目標而奮鬥,而尼安德特人在這方面就處於下風了。從戰術上來說,語言這種密碼可以現場靈活調動兵力,對敵人形成局部優勢,實施各個擊破的有效打擊,若僅靠現場比畫或狂叫顯然會輸於語言。看來,“密碼勝則競爭勝”的鐵律,不但在“一戰”和“二戰”中有效,還早在生物演化中,就已多次發生過奇效了。

具體地說,大約135億年前,宇宙物質、能量、時間、空間有了現在的樣子,形成了物理世界;大約在38億年前,分子結合形成了有機體這樣的精細結構,從而出現了生物;大約250萬年前,類人生物出現了,它們就是黑猩猩和人類的共同祖先;大約200萬年前,出現了至少13種不同的人種,包括智人、東非的魯道夫人、東亞的直立人、歐洲和西亞的尼安德特人等;但是,除智人外,後來其他人種先後滅絕,比如,尼安德特人的最終滅絕時間,大約在4萬年前;直到大約1萬年前,就隻剩下現在人類的祖先智人了。這是為啥呢?原來,大約7萬年前,智人開始創造了一種更為復雜的密碼,一種符號繫統;即出現了交談思考的新方式,采用了全新的語言來相互溝通,從而開啟了認知革命。

智人的認知能力突變,主要歸因於大腦內部結構的改變,即腦容量的大幅度增加。這可能是智人DNA的一些較小突變,使得大腦原先分離的兩部分連接到一起,從而產生了新的認知能力。比如,60千克重的哺乳動物,其平均腦容量僅有200立方釐米;而早在250萬年前的類人動物,其腦容量就已達600立方釐米了;現代人的平均腦容量,更高達1200~1400立方釐米。

人類腦容量為啥要增大呢?原來,人類直立行走後,就可掃視草原,解放雙手,彼此傳遞信號,交換密碼;因而,就越來越需要發展神經,並對手掌和手指的肌肉進行不斷修正,終於使得人類可以使用復雜工具。當然,變大的大腦也為頸椎帶來了額外負擔,成為人類的苦惱。對於女性來說,直立行走使產道寬度受限,且由於嬰兒頭部逐漸變大,所以就隻好進化出了更短的孕育周期,以降低生育難度;比如,相對於一出生就能奔跑的小馬來說,人類簡直就是早產兒。另外,為了獲得足夠的食物養育後代,人類就需要整個部落的協同,這又促使人類進化出了社交技巧,相同的社交技巧也可看成相同的密碼;同時,再由於嬰兒脫離子宮時進化得還不完全,這就使得人類有更強的可塑性,可以用教育和社會化等方式大加改變,包括對密碼編制和使用能力的增強等。

大約7萬年前,繼第一次走出非洲被滅後,智人第二次走出了非洲;這一次,他們不但把尼安德特人和其他人類趕出了中東,甚至還趕出了世界,使得自己的領地逐漸到達歐洲和東亞。大約4.5萬年前,他們越過海洋,抵達澳大利亞。大約3萬年前,他們發明了船、油燈、弓箭、針等;同時,也有確切證據證明,人類當時還創造了另一種符號繫統——宗教,用專業術語來說,宗教其實是一種“互為實體”的虛構;此外,商業和社會分層也開始出現,不同群體所使用的密碼也開始細分。直到農業革命前夕,地球上已有500萬~800萬名狩獵采集者,幾千個獨立部落,形成了很多不同的語言和文化等密碼,這也是認知革命的重要成就。

復雜語言、社交能力、虛構故事,是認知革命的三個重要維度,也是智人能征服世界並成為頂端動物的最關鍵步驟,它甚至是一條分界線,標志著人類的正式誕生。因為在認知革命之前,智人其實隻是一種普通動物,所有發生在智人身上的故事,都可照搬其他生物模型和理論;然而自從認知革命以後,若仍限於生物學角度那就不夠了,還得再考慮各種虛構故事,特別是編制人為密碼的故事;實際上,隻有建構歷史的敘述,纔能為智人做過並依舊在做的事情作出解釋。

認知革命的核心,顯然是復雜語言。因為語言這種密碼使得智人能傳達更多的身邊環境信息,比如,智人語言具有更強的靈活性,而其他動物的“語言”,隻能傳達單一信息;智人語言可通過簡單詞語的重組,產生無數有意義的句子,讓智人可以傳遞更多更詳細的信息,規劃並執行更復雜的計劃,如躲開獅子、獵捕野牛等;而這又催生了另一個密碼副產品,即讓智人學會了社交。社交能力使得整個群體更趨於穩定,使得智人能組織更大、更有凝聚力的社會團體,並讓智人學會了更多的協作;而協作就是智人強大起來的關鍵秘訣。社交為啥能使一個族群穩定和協作呢?因為社交可讓智人相互信任,而信任的基礎就是相互了解,語言的不斷溝通就是智人相互了解的過程。比如,社交讓彼此知道誰更強壯,誰值得相信,誰會耍賴,誰更聰明,誰有啥八卦新聞等。關於這些信息,智人都可在采集打獵或飯後,通過各種社交活動而獲得。當然,單憑社交能力還不足把智人推上頂端,因為社交造成的協作能力也有局限性;比如,它隻能維持最多150人的穩定和有效協作,因為人數太多,密碼信息將無法分享到整個族群,信任的基礎也就缺失了。這時想像力就出場了。

想像力的作用是什麼呢?嘿嘿,就是虛構故事,它能讓智人說出不存在的事物,還能促進社會行為的快速創新等。別小看了智人虛構故事的能力,它可是智人最終稱霸全球的秘訣喲。設想一下,猴子在踫到老虎來襲時,也許隻能發出“有老虎,快跑”的信息,但智人卻可以說“那頭老虎是部落的守護神”。今天我們都知道,所謂守護神,其實壓根兒就不存在;但隻要讓部落成員都相信了同一守護神,那麼,這個部落就能因共同的信仰,而團結協作;這就突破了“社交理論”的150人界限,因為不論多少人,隻要大家相信的東西都一樣,他們就擁有了相互信任的基礎,就可以協作。比如,所謂的宗教、國家、公司等概念,其實都是專業術語稱之為“互為實體”的虛構想像,但它們卻能將數千到數十億的各類人群團結起來,朝著同一個目標努力。

總之,認知革命的發生,讓智人產生了全新的密碼溝通方式和思維模式。語言的靈活性與智人的社交行為,讓智人獲得了更多密碼信息,更好的信任基礎,學會了協作。而以虛構故事為代表的想像力,特別是大家一起想像的能力,讓智人可以共同編制一些虛構故事,從而使得智人彼此間不但能靈活合作,還能與許多陌生人進行大規模合作,這種合作所產生的力量是如此之大,以至最終讓智人統治了世界。

既然以語言為代表的符號密碼,對人類有如此重大的貢獻;那麼下面將從密碼學的角度來介紹一些符號知識。

符號的密碼功能

什麼是符號呢?簡單地說,符號就是代表某種事物的其他事物。若用學術語言來說,符號就是外在形體與內容含義之間的某種對應關繫,即符號形體所代表的思想感情或意義。在符號繫統中,由形體和內容構成的對應關繫,就好比是一張紙的正反兩面,形體和內容處在不可分離的統一體中,雖然它們可以看起來完全不同。比如,在語言符號繫統中,“形體”就是語言符號的“音響形像”,內容就是語言所表達的含義。又比如,通信密碼也可看成一種符號繫統,隻不過此時的“碼”就是“形體”,而“密”則是“意義”;而形體和內容之間的對應關繫,就表現了加密和解密的過程。

符號對人類的重要性,遠遠不止幫助人類成為地球的主宰。實際上,符號化思維和符號化行為是人類最有代表性的特征。人是符號世界中的人,符號世界也是人的世界。人類生活在自己創造的符號世界中,並在符號世界中謀生存,求發展,搞競爭。人類在創造符號的同時,也在有選擇性地使用符號;反之亦然。因此,人也可以定義為“符號動物”。

人為啥要不斷創造和使用符號呢?根據馬斯洛需求理論,“人是永遠都有需求的動物”;要想滿足這些需求,人就要認知世界,就要彼此交往;而符號便是滿足這些需求的、必不可少的工具。比如,口頭交流的需求,就催生了語言符號;記錄語言和事物的需求,就催生了文字符號;行車安全的需求,就催生了交通符號;信息保密的需求,催生了通信密碼;審美的需求,催生了藝術符號;等等。總之,在各種需求的推動下,人類的符號繫統也越來越完善,比如,遠古時,人們用圖騰儀式、結繩、像形文字等最原始的符號來進行交流;如今,取而代之的早已是各種音頻、視頻等先進的多媒體符號繫統了。人類創造的符號繫統非常豐富:畫家用線條和色彩去描繪事物,音樂家用旋律和節奏去愉悅人心,建築師用結構去設計藍圖;至於各領域的科學家們,也都有自己獨特的、讓外人“談之色變”的符號繫統;反正,語言、神話、宗教、藝術、歷史、公式等,全都是人類符號活動的產物。

既然符號是為滿足需求而創造的,那麼符號就一定具有滿足需求的功能;甚至可以說,與符號功能的“實”相比,符號本身其實隻是“名”而已。人類之所以要使用符號,其實是在使用符號的功能。那麼,符號的功能又是什麼呢?概括說來,符號的功能就是“依靠消息來傳播思想”,其核心就是認知和交際。為突出重點,此處聚焦於符號的交際功能,即密碼功能;關於符號的認知功能,將後移到本書結語部分。此外,關於符號的其他功能,我們就忽略不述了,有興趣的讀者可自行查閱相關書籍(如《機器文學》);不過,建議工科學生也多多關注一下本該是文科生課程的“符號學”,相信一定會受益匪淺。比如最近,人工智能專家竟基於符號學,研發出了通用語種的翻譯軟件。若僅埋頭於具體語種,那絕對不可能創造出通用翻譯繫統;隻有站在更高的語言符號學巔峰,纔能完成如此驚人之舉;這一點也值得密碼學家借鋻,因為從某種程度上來說,翻譯也是一種破譯。相關細節將在本書結語中再述。

在介紹密碼的交際功能前,我們再強調一下符號繫統與密碼的等價性:一方面,任何密碼都是一種符號繫統,無論它想多麼保密,也得實現至少兩個人(收信方和發信方)之間的無障礙溝通和交流,即交際;另一方面,任何符號繫統也可在特殊情況下,被當作密碼來使用。實際上,雖然人類的主觀初衷,是借助符號載體來實現彼此間的信息交流,但在客觀上,在實踐中,任何符號繫統都不可能實現全人類的無障礙交流;對於那些被排除在某種符號繫統之外的群體來說,這種符號繫統的形體便是密文,他們若想掌握這種符號繫統,就得想辦法努力破譯這種密碼。所以,符號的交際功能與密碼的交際功能幾乎是一回事,符號繫統和密碼並無本質區別,隻是被溝通的群體規模不同而已,因此,下面將密碼的交際功能和符號的交際功能,合二為一,統稱為交際功能。

雖然交際並非人類獨有,比如,小鳥的歌唱、蜜蜂的舞蹈等都是交際;但是,動物間的交際隻是一種低級的、淺層的、本能的行為,比如,求生、擇偶、覓食、報警等,完全不同於人類交際,因為“人在本質上就是一種交際動物”。人的交際不可能憑空產生,必須借助於一定的載體,而這個載體就是符號。因此,準確地說“人是運用符號進行交際的動物”,人類運用符號傳情達意,進行人際間的信息交流、共享和協調。人類交際的特點主要有四個:

第一,通過交際能使想像得以產生和延伸。借助符號這個載體進行交際時,就會想到“載體加諸感覺的印像之外的某種東西”。比如,兩個陌生人見面時,若談到“今天天氣真好”,其實此時他們並非對天氣感興趣,而是在想法聯絡感情。同一事物在符號交際過程中,將產生同質的、合理的想像與延伸,比如,通過詩句“飛流直下三千尺”,你可能就會將想像延伸到李白。此外,同一種符號,在不同的時間或地點進行交際時,將會產生不同的想像和延伸,這是所有其他動物永遠也無法企及的;比如,同樣是前面的那句詩,若你剛好身臨一掛瀑布時,你也許會聯想到其他美景等。

第二,人類通過交際進行信息交流,實現信息共享,從而擴大了信息的知曉範圍。這也是信息區別於物質的重要特性,即信息越被分享,就會變得越多。

第三,人類的交際,是協調行動的符號行為。社會就像一張網,人人都是網中的一個節點,都在這張網裡生活,不但要處理網內(社會)與網外(自然)的關繫,還要處理各網結間的關繫,通過相互溝通、理解和協調等符號行為,建立一個和諧穩定的社會。每個人都會扮演很多角色,也會建立多種關繫,比如親人關繫、師生關繫等;每種關繫的變化,都會直接或間接影響全網的秩序與和諧,因而,妥善處理人際關繫,將有利於社會的健康發展。所以,作為協調行動的交際符號,大家每天都在自覺或不自覺地使用著它們。

第四,人類的交際行為是可傳授的。小鳥的歌唱隻是一種本能,不需要傳授;但人類從小就被傳授了許多交際符號,比如各種禮節等。這些符號並非天生帶來的,而是需要傳授纔能習得的。交際行為的習得,與學習者所處的客觀環境密切相關,這便是“近朱者赤,近墨者黑”。

在交際過程中,人人都會運用符號來傳達信息;這其實是一個從表達到理解的過程,也是一個從編碼到解碼的過程。當編碼時,表達者把信息符號化,並呈現給理解者。若再細分,編碼包括制碼和發碼兩階段。其中,制碼使信息符號化,比如,唐伯虎向秋香示愛時,他可把這個信息編碼成“我愛你”三個字;而發碼則是符號形體的呈現,即發信人將攜有信息的符號載體,發送給收信人,以便讓對方理解並達成共識,比如,唐伯虎對秋香大聲表白:“我愛你!”

人類最重要的交際符號是語言,每種語言都有自己的一整套規則。首先,語言必須遵循大家約定的句法、語義、語用規則;其次,無論口語還是書面語,信息符號化的制碼過程和發碼過程,都必須是線性的,即按時序進行。不過,語言的制碼過程,在多數情況下,都是隱性行為,也就是說,通常在大腦中,根據經驗和知識,根據約定的規則,進行繫統思考、組織,從而使語言符號在大腦中以線性序列排好,以便在發碼時,也呈線性依次發送出來;當然,有時在制碼過程中也會喃喃自語,不斷調整、修正語言符號的排列等。語言的發碼過程,則是外顯行為,人們在說出或寫出一個詞或一句話時,這些信息將以符號串的形式,按先後順序被發送;否則,交際就成了一團亂麻。

縱觀人類的交際工具,語言固然重要,但還有許多非語言的符號表達方式。實際上,語言符號經常與眾多非語言符號交織在一起,以共同完成交際任務。據估計,當兩人在交際時,約有65%的“社會含義”是通過非語言符號來傳送的。非語言符號的種類繁多,主要包括體態符號、觸覺符號、服飾符號等,這些符號和語言符號一樣,也都有各自的一套編碼規則。編碼規則不同,傳達的信息也不同,這主要取決於各種約定性,比如,民族約定性、行業約定性、地域約定性和時代約定性等。在非語言符號中,其編碼過程就不再僅限於線性了,它可以是多維的和立體的,比如,同時收發有關著裝、體態、觸覺和距離等方面的信息。

除編碼外,在符號交際過程中,還有一個解碼過程,即理解者把符號形體還原為信息的過程。解碼者必須根據編碼的符號形體,進行一定的聯想和推理,纔能獲得編碼符號所指的信息;所以解碼其實是一種再創造過程。在對同一符號進行解碼時,不同的理解者,可能會聯想到不同的內容。比如,對同一幅畫,不同觀眾獲得的信息當然不同。除聯想解碼之外,還有推理解碼,此時,理解者會結合不同的符號情境,基於推理,給出符號的含義;“推理”在語言解碼中尤其重要。不同的人,對於同一個符號,當然會有不同的推理結果,從而得出自己所理解的信息內容,這與當時的認知語境密切相關。比如,主人大罵自家小狗的行為,無論語言是什麼,在客人聽來,也許這都是在下逐客令。當然,聯想解碼和推理解碼並非完全獨立:聯想中有推理,推理中也有聯想,它們相互作用。

解碼是編碼的逆過程。編碼即信息符號化,它以表達者為中心;解碼即符號信息化,它以理解者為中心;因而,編碼和解碼有時也並非完全等同,盡管解碼總是力求逼近編碼,但卻很難完全如願;比如,除最理想的完全正確理解之外,還可能出現不解、別解、誤解、多解、缺解等情況。

以時間、地點、個性、心理等為代表的符號情境,在交際中也會發生重要作用。這主要包括:限制作用,即符號在編碼時所受的限制,比如,給外行講物理時,就隻能使用科普語言;解釋作用,即在一定的符號情境中,對同樣的符號可以給出不同的解釋,反過來,對不同的符號也可能給出相同的解釋,比如,同樣的符號E,在英語課上它解釋為字母,在物理課上它解釋為能量符號,在數學課上它則是公式裡的變量等;創造作用,即在符號的使用過程中,創造出新的符號或給舊符號賦予新含義。這種新含義起初隻是臨時的,但若多次使用,就可能被固定下來。比如,某部熱門電影中一句臺詞的隱喻,可能就會成為今後賦予該臺詞的一種新含義了。當然,在交際過程中,符號的限制作用、解釋作用和創造作用,也經常共同發力。

總之,符號的交際功能,賦予了符號世界更強大的生命力。人與人之間都需要交際,符號在交際中獲得了生命;其實,符號與人一樣,也是一種社會存在,也具有社會屬性。符號現像從人類誕生時就已開始:最初,人類符號交往大概隻是一些復雜的身姿手勢,同時伴隨面部表情和呼叫等;後來,便創造出了語言符號繫統,人類纔開始發生質的飛躍。難怪,愛因斯坦會說:“要是沒有語言,我們就和其他高等動物差不多。”


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前言/序言

密碼者,密之碼也!這裡的“碼”,泛指所有可能的、有含義的人為符號,包括但不限於聲音、文字、數字、圖畫、徽章、標識、手勢、視頻、動作等。這裡的“密”,意思是不知道,確切地說是不知道符號的準確含義;所以,“密”既是相對的,又是絕對的。

之所以說“密”是相對的,那是因為對任何人為符號而言,一定有人知道其含義。比如,該符號的編制者本人肯定知道其含義,祖傳秘方就是這種情況;或者信息的收發雙方知道其含義,機要通信就是這種情況;或者某一類人知道其含義,各族語言或文字就是這種情況,盡管每種語言的創造初衷是為了便於交流而非保密;或者某種特殊人群知道其含義,各學科的科學成果就屬於這種情況,如數學家們駕輕就熟的公式對普通百姓來說,幾乎就是天書。而密碼的魅力就在於,在本來不知密的人群中,總有一批人,千方百計想知道那些本不屬於自己的秘密信息,畢竟信息就是財富,信息就是力量;知道了別人的秘密,就有可能奪取別人的財富,或者在博弈中打敗別人,以增強自己的綜合競爭力。另外,密碼編制者及其友方,有時也要千方百計阻止其他人知曉其密碼的含義,畢竟人都有自己的隱私,都不想與別人分享自己的秘密,更不用說事關重大的機密了。

之所以說“密”又是絕對的,那是因為,一方面,任何符號及其含義,都可以完全彼此獨立,這也是人類擁有眾多語言和文字的根本原因;換句話說,同一個符號,隨時隨地都可能擁有無窮多種含義,其準確含義不可能被所有人知曉,哪怕符號的編制者滿世界地廣而告之。另一方面,人與符號是密不可分的,人的思想、行動、交流等所有活動都離不開符號;更準確地說,人與所有動物的主要區別,其實就是能否創造和使用符號繫統;甚至可以說,人是被符號繫統控制的唯一生物,這也是為什麼人能被罵死的根本原因。更進一步地說,所有密碼,其實都是某種符號繫統;反過來,所有符號繫統,從某種意義上來說,也都具有密碼功能。由此可見,密碼與人類的關繫是多麼緊密;所以,各位讀者朋友,無論您在哪個行當工作或學習,其實都有必要了解一些密碼知識,也都有必要閱讀本書。

實際上,若從符號繫統的高度來看,密碼所涉及的範圍非常廣泛,因為它甚至可以和符號繫統畫等號,幾乎所有人類文明的進步,都可以歸結為某種符號密碼繫統的進步;概括起來可以說:密碼乃人類之源,勝負之泉,進步之路,智慧之巔。因此,本書在選取內容時,就必須忍痛割愛,大刀闊斧地做減法。比如,人類的所有科研活動,無論是自然科學、社會科學或哲學和數學等思維科學的活動,其實就是在創造相應的、能描述盡可能多的新規律的符號繫統;換句話說,是科學家們在扮演密碼破譯者的角色,在試圖揭示不曾知曉的相關秘密;這些內容,顯然不可能都包含在本書中。其實,本書將聚焦於通信密碼;當然,這裡的通信也包括存儲,因為常規的通信是從A地到B地的信息傳輸,而存儲則可看成從當前時刻到未來時刻的通信。換句話說,本書的重點是信息加密和破譯,而非信息的傳輸,所以就忽略了信息的載體問題。

人類為啥要對信息進行加密或破譯呢?這就涉及人的本性是善是惡,這也是個頗具爭議的問題。《三字經》等認為“人之初,性本善”;而許多宗教的立足點則是“人性本惡”,且每個人都帶有“原罪”。本書當然不想介入這樣的爭議,但有的時候,人類確實是自私的;否則就不需要密碼了,當然也就更不需要密碼破譯了。幸好,最近生物學家從基因角度出發,給出了一些旁證,即所有生物的基因都是自私的!其邏輯推理可詳見《自私的基因》,簡要說來:生物的個體和群體,隻是基因的臨時載體;隻有基因纔是永恆的,基因既是遺傳的基本單位,也是自然選擇的基本單位;基因的本質是自私的,基因控制了生物的各種活動和行為,其目的就是為了使基因本身能更多、更快地復制,隻要能達到這一目的,基因甚至可以不擇手段或制造若干假像。比如,不同基因組合在一起,是基因之間的一種互相利用,目的也是為了更好地復制和延續。不同的生物承載著不同的基因組合,以圖更加適應外部環境,使得承載這些基因組合的生物更加興旺發達,兒孫滿堂,從而使得其所包含的基因也能成功擴增。如果某種基因組合不適應外部環境,那將導致承載這些基因組合的生物衰敗甚至滅絕,從而使得其所包含的基因很難擴增。因此,生物的演化史,本質上就是自私基因的一種統戰策略,是基因實現自身萬壽無疆的手段之一。又比如,動物照料後代,從生物個體角度來看,雖是一種利他行為;但是,正是由於基因控制著這種表面上的利他行為,纔完成了基因自身的復制,從而使基因得以生存和延續。因此,所有生物個體的利他行為,其實都是基因自私的結果;基因唯一感興趣的事情,就是不斷重復拷貝自身,以便在演化過程中爭取最大限度的生存和擴張。由於基因掌握著所有生物的遺傳密碼,每個基因都有各自的利益,基因之間、基因和生物個體之間也會產生利益衝突;所以,一切生命的繁殖演化,最終都歸結於自私基因的演化,基因纔是自然選擇和自我利益實現的基本單位。

由自私基因控制的生物,也是自私的;他們都有一種趨利避害的本能,即使是生物間偶爾會出現一些利他行為,但其出發點仍是為了自身利益;換句話說,幫助他人是為了得到回饋。比如,某些小蝦與大魚之間,便會出現這樣的互利行為:大魚張開大嘴,讓小蝦遊入其嘴中為它剔牙,清理魚鰓,小魚借此也可美餐一頓。這種共生現像,就是生物界的互助行為,其初衷顯然是雙方的自私本性,甚至是在以“小舍”換取“大得”。因為,那些隻想喫掉清潔蝦的大魚,最後也許會死於口腔的寄生蟲感染;而那些不做清潔工作,卻趁機占大魚便宜的小蝦,也可能被惹急的大魚喫掉。經過長期演化,彼此博弈,最終隻有互相合作的魚蝦個體纔得以代代繁衍,生存至今;換句話說,生物憑借自私的本性,演化出了利他行為。與此相反,許多表面上看是害他的行為,實際上是想利己;比如,病毒進入宿主的根本目的,肯定不是想殺害宿主,而是想與宿主和平共處,長期生存,隻是由於“經驗不足”,纔會“失手殺害宿主”,但為此它們也會付出同歸於盡的代價。

人類作為生物鏈最頂端的生物,當然也不可能時時都大公無私,實際上:早在原始人類之前,人類就已造成了無數物種的滅絕,而且至今還愈演愈烈;在智人階段時,人類甚至滅絕了包括尼安德特人、直立人、梭羅人、弗洛裡斯人、丹尼索瓦人、魯道夫人和匠人等在內的人類自己的多類近親;到了現代人階段,隨著腦容量和智商的不斷提高,人類自私的本領也越來越大,國家之間相互殘殺的各類戰爭連續不斷,各族之間的爾虞我詐比比皆是,甚至親朋好友之間也會經常為了一己私利而反目成仇;如果聚焦到本書,那麼,所謂密碼,其實就是確保信息自私的一種手段,即相關人群自己獨占相關信息的手段。而這一點非常重要,因為這種自私,幾乎占據了自私領域的半壁江山;實際上,世界是由物質、能量和信息組成的,而根據愛因斯坦理論,物質和能量又是可以相互轉換的,所以,世界其實是由物質和信息組成的。特別是隨著信息社會的發展,信息與物質相比,將變得越來越重要;以通信密碼為代表的信息保密,也會變得越來越重要。

通信密碼是專門為保密通信而設計的一種人為密碼繫統,也是最狹義的一種密碼。在通信密碼繫統中,相關人員可分為三類:第一類是密碼編碼者,簡稱加密者或發信方,他們的任務就是將可懂的明文信息,變換成不可懂的密文信息;第二類是密碼解碼者,簡稱解密者或收信方,他們是編碼者的友方,其任務是根據事先約定的規則,即在已知密鑰的情況下,從密文中輕松恢復出加密前的明文信息;第三類是密碼破譯者,他們是編碼者和解碼者的對手,其任務是截獲收發雙方的密文信息,然後在不知密鑰的情況下,千方百計獲取密鑰或從密文中讀出被隱藏的信息,恢復出加密前的明文。

在通信密碼繫統中,解密者和破譯者的最大區別在於前者擁有密鑰,而後者則沒有。所以,解密者在進行解密運算時非常容易,而破譯者在進行破譯運算時將非常困難,甚至在實際上不可行,包括:時間上的不可行,比如,戰爭結束後,纔破譯了對方的密碼;經濟上的不可行,比如,破譯對方密碼的成本大於收益;等等。當然,必須指出的是,從理論上說,任何算法類通信密碼,都不是絕對安全的,都是可破譯的。加密、解密和密碼破譯,從來就是戰爭工具:無論是公開戰爭中的戰場消息保密,還是隱蔽戰爭中的間諜暗中較量,雙方的密碼專家都在進行著特殊的博弈,即用自己的加密信息指揮軍隊,或者努力竊取敵方的信息。通常,若對手的硬實力太強,那就隻能依靠智取,依靠破譯敵方的密碼來四兩撥千斤。

當然,在具體的通信密碼繫統中,編碼者、解碼者和破譯者將以不同的面貌出現,密文和明文的載體也可以千奇百怪,加密、解密和破譯所使用的工具和思路也會與時俱進,密文信息傳遞的渠道更是五花八門,所有通信渠道都可以用於密碼傳遞;總之,通信密碼的歷史,其實就是攻守雙方相互博弈的演化史,也是各方水漲船高的歷史,相關的淘汰規則與生物進化的適者生存,或者不適者死亡並無實質區別。換句話說,在歷史上,通信密碼的演化與通信手段密切相關:隨著通信技術的不斷進步,通信密碼也遵從維納定律;即在“反饋、微調、迭代”的進化過程中,在“基因”突變的刺激下(比如,計算機的突然誕生和普及等),沿著博弈繫統論的軌跡(實際上是攻守雙方的博弈,可參考2019年電子工業出版社出版的《博弈繫統論——黑客行為預測與管理》),歷經古典密碼、機械密碼、電子密碼,直至量子密碼、“抗量子密碼”和“抗DNA計算密碼”等階段。

本書將重點介紹通信密碼發展史上的代表性成果、思路和人物。具體來說,首先在序和前言中,我們將首次站在符號繫統的高度,把古往今來的所有通信密碼,統統歸結為符號繫統的交際功能。讀者也許會驚訝地發現:天哪,原來人類起源於密碼,人類的生存和發展,一刻也不曾離開過密碼。實際上,密碼還是人類文明史上幾乎所有重大突破的導火索和發動機,比如,承載認知革命的語言是密碼,承載農業革命的經驗也是密碼,承載科技革命的各項重大發現更是密碼;至於電子計算機、量子計算機和DNA計算機的發明,則無一不是起因於密碼,然後又廣泛應用於密碼。然後,本書將用7章的篇幅,分別介紹外國古典密碼、中國古典密碼、近代密碼、一戰密碼、機械密碼、二戰密碼、現代密碼等歷史上曾經扮演過重要角色的各種通信密碼,以及相關的人物和精彩故事等;這部分是全書的主體,讀者從中可以了解已有各種密碼的前世今生。接著,在第8章的“未來密碼”中,不但客觀展望了量子密碼、抗量子密碼、量子計算機和DNA計算機等熱門話題,更提出了未來密碼的兩個重要研究空白,即“抗DNA計算密碼”和密碼“通用”破譯繫統,希望對業內讀者隨後的科研選題,特別是密碼領域的博士生和青年纔俊們有所幫助。再接著,在第9章中,首次介紹了許多非常有趣的漢字密碼新破譯,由此可見,密碼其實是一個很好玩的學科,破譯密碼真的可以像玩遊戲那樣有趣。最後,本書的結語也很重要,它再次回到符號繫統的視角,將作者意猶未盡的密碼觀,進行了更深入的闡述:不但涵蓋了過去、現在和將來的所有密碼,更借鋻“通用外語翻譯繫統”的思路,在符號繫統的基礎上,提出了一種針對特定人和事的密碼“通用”破譯思路;因此,可以形像地說,本書用符號繫統這根金線,將所有密碼珍珠串成了一條項鏈,但願大家能喜歡。

身為中國密碼學會的首任副理事長,我一直都在努力,希望撰寫一部關於密碼的科普圖書,使它能達到“外行不覺深,人人能讀懂;內行不覺淺,專家能受益”;但因能力和水平有限,數次動筆都半途而廢,創作思路也一改再改,素材篩選更是反復取舍。終於,這次咬牙堅持寫成,到底是否及格,還請各位評委亮分。

本書成型於曹雪芹當年創作《紅樓夢》的茅廬鄰裡,定稿於2020年的新型冠狀病毒肆虐期間。但願疫情早日結束,但願此類災難不再重現;但願人類早日破譯新冠病毒的密碼,盡快研制出相應的疫苗;祝願抗疫成功!


楊義先

2020年3月12日於北京西山溫泉茅廬


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