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密码简史:穿越远古 展望未来


密码简史:穿越远古 展望未来

作  者:杨义先 钮心忻 著

出 版 社:电子工业出版社

出版时间:2020年11月

定  价:99.00

I S B N :9787121398711

所属分类: 大众新知(科普)  >  自然科学    

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TOP内容简介

  在人类的历史长河中,密码始终给人一种神秘的印象。在相当长的时期内,密码与政治和军事斗争密不可分,无论是在古代战场,还是在现代战争中,密码都扮演着重要的角色,是交战双方加密、破译、传递、获取情报的重要手段,也因此成为许多影视剧特别是谍战剧中的重要元素。在当前信息网络时代,密码被广泛地应用于政治、经济、社会各个方面,密码不仅是维护网络空间安全的重要法宝,也是构筑网络信息系统免疫体系和网络信任体系的基石。甚至可以说,密码直接关系国家政治安全、经济安全、国防安全和信息安全,不仅是保护国家和人民根本利益的战略性资源,还是实现国家治理体系和治理能力现代化的重要支撑。

  本书是一部关于密码的科普著作。读者不但能从书中了解到外国古典密码、中国古典密码、近代密码、一战密码、机械密码、二战密码、现代密码等通信密码的前世今生,更能站在符号系统的全新高度,向前回顾密码对人类“占据并稳居生物链*”所做出的巨大贡献,向后展望量子密码、抗量子密码、量子计算机和DNA计算机等未来密码;不但让读者体会密码破译的精彩游戏,还提醒了密码研究的两个重要方向,即“抗DNA计算密码”和针对特定人或事的密码“通用”破译系统。


TOP作者简介

  杨义先,北京邮电大学教授、博士生导师、首届长江学者特聘教授、首届国家杰出青年基金获得者、国家教学名师、国家教学团队(“信息安全”)带头人、全国百篇优秀博士学位论文指导教师、国家精品课程负责人、中国科普作家协会会员。现任北京邮电大学信息安全中心主任、灾备技术国家工程实验室主任、中国密码学会副理事长。他长期从事网络与信息安全方面的科研、教学和成果转化工作。他创立的网络空间安全的统一理论“安全通论”“博弈系统论”,同时出版了科普作品《安全简史》《黑客心理学》《科学家列传》,在社会上引起了极大反响,受到读者的喜爱,并获得多项出版物奖项。曾获得荣誉:政府特殊津贴、国家有突出贡献的中青年专家、国家有突出贡献的中国博士学位获得者、第四届“中国青年科学家奖”、第四届“中国青年科技创新奖”、全国优秀科技工作者、中国科协第三届青年科技奖、首届茅以升北京青年科技奖、北京青年五四奖章、第三届北京十大杰出青年、“有可能影响中国21世纪的IT青年人物”。

  钮心忻,北京邮电大学教授、博士生导师,中国通信学会高级会员,中国科普作家协会会员。主要研究领域有:信息安全、信息隐藏与数字水印、数字内容及其安全等。她主持完成过国家863、国家自然科学基金等多项国家科研项目。她的研究成果获得过教育部科技进步一等奖、中国通信学会科技进步二等奖、三等奖,中国电子学会科技进步三等奖,以及原信息产业部科技进步三等奖等。她在包括IEEE Trans.on AES、Chinese Journal of Electronics、《电子学报》等国内外著名学术刊物上发表论文五十余篇,出版著作六部。


TOP目录

序 

前言 

第1章 外国古典密码 / 1 

1.1 古埃及密码 / 1 

1.2 古印度密码 / 5 

1.3 古罗马密码 / 7 

1.4 古希腊密码 / 11 

1.5 阿拉伯密码 / 14 

第2章 中国古典密码 / 19 

2.1 商朝密码 / 19 

2.2 周朝密码 / 27 

2.3 宋元密码 / 36 

2.4 明清密码 / 43 

2.5 游戏密码 / 48 

第3章 近代密码 / 59 

3.1 专业密码研究者 / 59 

3.2 巴宾顿密码事件 / 69 

3.3 表格代换的密码 / 78 

3.4 路易十四的密码 / 85 

3.5 密码破译计算机 / 90 

第4章 一战密码 / 99 

4.1 密码密钥博弈 / 99 

4.2 ADFGVX密码 / 105 

4.3 齐默尔曼电报 / 110 

4.4 一次一密密码 / 113 

4.5 文盲密码专家 / 116 

第5章 机械密码 / 123 

5.1 杰斐逊密码 / 123 

5.2 帕特森密码 / 131 

5.3 矩阵类密码 / 135 

5.4 恩尼格玛密码 / 143 

5.5 波兰密码三杰 / 152 

第6章 二战密码 / 161 

6.1 英德密码战 / 162 

6.2 美日密码战 / 169 

6.3 英国密码精英 / 182 

6.4 图灵传奇 / 189 

6.5 美国密码精英 / 195 

第7章 现代密码 / 207 

7.1 密码过渡 / 208 

7.2 香农外传 / 216 

7.3 对称密码 / 227 

7.4 公钥密码 / 236 

7.5 密码认证 / 245 

第8章 未来密码 / 257 

8.1 密码破译前提 / 258 

8.2 量子计算机 / 261 

8.3 抗量子密码 / 265 

8.4 量子密码 / 269 

8.5 DNA计算机 / 275 

第9章 汉字密码新破译 / 283 

9.1 汉字字趣 / 283 

9.2 中华文化趣迷 / 293 

9.3 甲骨文预测表 / 309 

9.4 汉字时光机 / 319 

9.5 汉字的魅力 / 328 

结语 / 345 

参考文献 / 361


TOP书摘

序言

  密码者,密之码也!这里的“码”,泛指所有可能的、有含义的人为符号,包括但不限于声音、文字、数字、图画、徽章、标识、手势、视频、动作等。这里的“密”,意思是不知道,确切地说是不知道符号的准确含义;所以,“密”既是相对的,又是绝对的。

  之所以说“密”是相对的,那是因为对任何人为符号而言,一定有人知道其含义。比如,该符号的编制者本人肯定知道其含义,祖传秘方就是这种情况;或者信息的收发双方知道其含义,机要通信就是这种情况;或者某一类人知道其含义,各族语言或文字就是这种情况,尽管每种语言的创造初衷是为了便于交流而非保密;或者某种特殊人群知道其含义,各学科的科学成果就属于这种情况,如数学家们驾轻就熟的公式对普通百姓来说,几乎就是天书。而密码的魅力就在于,在本来不知密的人群中,总有一批人,千方百计想知道那些本不属于自己的秘密信息,毕竟信息就是财富,信息就是力量;知道了别人的秘密,就有可能夺取别人的财富,或者在博弈中打败别人,以增强自己的综合竞争力。另外,密码编制者及其友方,有时也要千方百计阻止其他人知晓其密码的含义,毕竟人都有自己的隐私,都不想与别人分享自己的秘密,更不用说事关重大的机密了。

  之所以说“密”又是绝对的,那是因为,一方面,任何符号及其含义,都可以完全彼此独立,这也是人类拥有众多语言和文字的根本原因;换句话说,同一个符号,随时随地都可能拥有无穷多种含义,其准确含义不可能被所有人知晓,哪怕符号的编制者满世界地广而告之。另一方面,人与符号是密不可分的,人的思想、行动、交流等所有活动都离不开符号;更准确地说,人与所有动物的主要区别,其实就是能否创造和使用符号系统;甚至可以说,人是被符号系统控制的唯一生物,这也是为什么人能被骂死的根本原因。更进一步地说,所有密码,其实都是某种符号系统;反过来,所有符号系统,从某种意义上来说,也都具有密码功能。由此可见,密码与人类的关系是多么紧密;所以,各位读者朋友,无论您在哪个行当工作或学习,其实都有必要了解一些密码知识,也都有必要阅读本书。

  实际上,若从符号系统的高度来看,密码所涉及的范围非常广泛,因为它甚至可以和符号系统画等号,几乎所有人类文明的进步,都可以归结为某种符号密码系统的进步;概括起来可以说:密码乃人类之源,胜负之泉,进步之路,智慧之巅。因此,本书在选取内容时,就必须忍痛割爱,大刀阔斧地做减法。比如,人类的所有科研活动,无论是自然科学、社会科学或哲学和数学等思维科学的活动,其实就是在创造相应的、能描述尽可能多的新规律的符号系统;换句话说,是科学家们在扮演密码破译者的角色,在试图揭示不曾知晓的相关秘密;这些内容,显然不可能都包含在本书中。其实,本书将聚焦于通信密码;当然,这里的通信也包括存储,因为常规的通信是从A地到B地的信息传输,而存储则可看成从当前时刻到未来时刻的通信。换句话说,本书的重点是信息加密和破译,而非信息的传输,所以就忽略了信息的载体问题。

  人类为啥要对信息进行加密或破译呢?这就涉及人的本性是善是恶,这也是个颇具争议的问题。《三字经》等认为“人之初,性本善”;而许多宗教的立足点则是“人性本恶”,且每个人都带有“原罪”。本书当然不想介入这样的争议,但有的时候,人类确实是自私的;否则就不需要密码了,当然也就更不需要密码破译了。幸好,最近生物学家从基因角度出发,给出了一些旁证,即所有生物的基因都是自私的!其逻辑推理可详见《自私的基因》,简要说来:生物的个体和群体,只是基因的临时载体;只有基因才是永恒的,基因既是遗传的基本单位,也是自然选择的基本单位;基因的本质是自私的,基因控制了生物的各种活动和行为,其目的就是为了使基因本身能更多、更快地复制,只要能达到这一目的,基因甚至可以不择手段或制造若干假象。比如,不同基因组合在一起,是基因之间的一种互相利用,目的也是为了更好地复制和延续。不同的生物承载着不同的基因组合,以图更加适应外部环境,使得承载这些基因组合的生物更加兴旺发达,儿孙满堂,从而使得其所包含的基因也能成功扩增。如果某种基因组合不适应外部环境,那将导致承载这些基因组合的生物衰败甚至灭绝,从而使得其所包含的基因很难扩增。因此,生物的演化史,本质上就是自私基因的一种统战策略,是基因实现自身万寿无疆的手段之一。又比如,动物照料后代,从生物个体角度来看,虽是一种利他行为;但是,正是由于基因控制着这种表面上的利他行为,才完成了基因自身的复制,从而使基因得以生存和延续。因此,所有生物个体的利他行为,其实都是基因自私的结果;基因唯一感兴趣的事情,就是不断重复拷贝自身,以便在演化过程中争取最大限度的生存和扩张。由于基因掌握着所有生物的遗传密码,每个基因都有各自的利益,基因之间、基因和生物个体之间也会产生利益冲突;所以,一切生命的繁殖演化,最终都归结于自私基因的演化,基因才是自然选择和自我利益实现的基本单位。

  由自私基因控制的生物,也是自私的;他们都有一种趋利避害的本能,即使是生物间偶尔会出现一些利他行为,但其出发点仍是为了自身利益;换句话说,帮助他人是为了得到回馈。比如,某些小虾与大鱼之间,便会出现这样的互利行为:大鱼张开大嘴,让小虾游入其嘴中为它剔牙,清理鱼鳃,小鱼借此也可美餐一顿。这种共生现象,就是生物界的互助行为,其初衷显然是双方的自私本性,甚至是在以“小舍”换取“大得”。因为,那些只想吃掉清洁虾的大鱼,最后也许会死于口腔的寄生虫感染;而那些不做清洁工作,却趁机占大鱼便宜的小虾,也可能被惹急的大鱼吃掉。经过长期演化,彼此博弈,最终只有互相合作的鱼虾个体才得以代代繁衍,生存至今;换句话说,生物凭借自私的本性,演化出了利他行为。与此相反,许多表面上看是害他的行为,实际上是想利己;比如,病毒进入宿主的根本目的,肯定不是想杀害宿主,而是想与宿主和平共处,长期生存,只是由于“经验不足”,才会“失手杀害宿主”,但为此它们也会付出同归于尽的代价。

  人类作为生物链最顶端的生物,当然也不可能时时都大公无私,实际上:早在原始人类之前,人类就已造成了无数物种的灭绝,而且至今还愈演愈烈;在智人阶段时,人类甚至灭绝了包括尼安德特人、直立人、梭罗人、弗洛里斯人、丹尼索瓦人、鲁道夫人和匠人等在内的人类自己的多类近亲;到了现代人阶段,随着脑容量和智商的不断提高,人类自私的本领也越来越大,国家之间相互残杀的各类战争连续不断,各族之间的尔虞我诈比比皆是,甚至亲朋好友之间也会经常为了一己私利而反目成仇;如果聚焦到本书,那么,所谓密码,其实就是确保信息自私的一种手段,即相关人群自己独占相关信息的手段。而这一点非常重要,因为这种自私,几乎占据了自私领域的半壁江山;实际上,世界是由物质、能量和信息组成的,而根据爱因斯坦理论,物质和能量又是可以相互转换的,所以,世界其实是由物质和信息组成的。特别是随着信息社会的发展,信息与物质相比,将变得越来越重要;以通信密码为代表的信息保密,也会变得越来越重要。

  通信密码是专门为保密通信而设计的一种人为密码系统,也是最狭义的一种密码。在通信密码系统中,相关人员可分为三类:第一类是密码编码者,简称加密者或发信方,他们的任务就是将可懂的明文信息,变换成不可懂的密文信息;第二类是密码解码者,简称解密者或收信方,他们是编码者的友方,其任务是根据事先约定的规则,即在已知密钥的情况下,从密文中轻松恢复出加密前的明文信息;第三类是密码破译者,他们是编码者和解码者的对手,其任务是截获收发双方的密文信息,然后在不知密钥的情况下,千方百计获取密钥或从密文中读出被隐藏的信息,恢复出加密前的明文。

  在通信密码系统中,解密者和破译者的最大区别在于前者拥有密钥,而后者则没有。所以,解密者在进行解密运算时非常容易,而破译者在进行破译运算时将非常困难,甚至在实际上不可行,包括:时间上的不可行,比如,战争结束后,才破译了对方的密码;经济上的不可行,比如,破译对方密码的成本大于收益;等等。当然,必须指出的是,从理论上说,任何算法类通信密码,都不是绝对安全的,都是可破译的。加密、解密和密码破译,从来就是战争工具:无论是公开战争中的战场消息保密,还是隐蔽战争中的间谍暗中较量,双方的密码专家都在进行着特殊的博弈,即用自己的加密信息指挥军队,或者努力窃取敌方的信息。通常,若对手的硬实力太强,那就只能依靠智取,依靠破译敌方的密码来四两拨千斤。

  当然,在具体的通信密码系统中,编码者、解码者和破译者将以不同的面貌出现,密文和明文的载体也可以千奇百怪,加密、解密和破译所使用的工具和思路也会与时俱进,密文信息传递的渠道更是五花八门,所有通信渠道都可以用于密码传递;总之,通信密码的历史,其实就是攻守双方相互博弈的演化史,也是各方水涨船高的历史,相关的淘汰规则与生物进化的适者生存,或者不适者死亡并无实质区别。换句话说,在历史上,通信密码的演化与通信手段密切相关:随着通信技术的不断进步,通信密码也遵从维纳定律;即在“反馈、微调、迭代”的进化过程中,在“基因”突变的刺激下(比如,计算机的突然诞生和普及等),沿着博弈系统论的轨迹(实际上是攻守双方的博弈,可参考2019年电子工业出版社出版的《博弈系统论——黑客行为预测与管理》),历经古典密码、机械密码、电子密码,直至量子密码、“抗量子密码”和“抗DNA计算密码”等阶段。

  本书将重点介绍通信密码发展史上的代表性成果、思路和人物。具体来说,首先在序和前言中,我们将首次站在符号系统的高度,把古往今来的所有通信密码,统统归结为符号系统的交际功能。读者也许会惊讶地发现:天哪,原来人类起源于密码,人类的生存和发展,一刻也不曾离开过密码。实际上,密码还是人类文明史上几乎所有重大突破的导火索和发动机,比如,承载认知革命的语言是密码,承载农业革命的经验也是密码,承载科技革命的各项重大发现更是密码;至于电子计算机、量子计算机和DNA计算机的发明,则无一不是起因于密码,然后又广泛应用于密码。然后,本书将用7章的篇幅,分别介绍外国古典密码、中国古典密码、近代密码、一战密码、机械密码、二战密码、现代密码等历史上曾经扮演过重要角色的各种通信密码,以及相关的人物和精彩故事等;这部分是全书的主体,读者从中可以了解已有各种密码的前世今生。接着,在第8章的“未来密码”中,不但客观展望了量子密码、抗量子密码、量子计算机和DNA计算机等热门话题,更提出了未来密码的两个重要研究空白,即“抗DNA计算密码”和密码“通用”破译系统,希望对业内读者随后的科研选题,特别是密码领域的博士生和青年才俊们有所帮助。再接着,在第9章中,首次介绍了许多非常有趣的汉字密码新破译,由此可见,密码其实是一个很好玩的学科,破译密码真的可以像玩游戏那样有趣。最后,本书的结语也很重要,它再次回到符号系统的视角,将作者意犹未尽的密码观,进行了更深入的阐述:不但涵盖了过去、现在和将来的所有密码,更借鉴“通用外语翻译系统”的思路,在符号系统的基础上,提出了一种针对特定人和事的密码“通用”破译思路;因此,可以形象地说,本书用符号系统这根金线,将所有密码珍珠串成了一条项链,但愿大家能喜欢。

  身为中国密码学会的首任副理事长,我一直都在努力,希望撰写一部关于密码的科普图书,使它能达到“外行不觉深,人人能读懂;内行不觉浅,专家能受益”;但因能力和水平有限,数次动笔都半途而废,创作思路也一改再改,素材筛选更是反复取舍。终于,这次咬牙坚持写成,到底是否及格,还请各位评委亮分。

  本书成型于曹雪芹当年创作《红楼梦》的茅庐邻里,定稿于2020年的新型冠状病毒肆虐期间。但愿疫情早日结束,但愿此类灾难不再重现;但愿人类早日破译新冠病毒的密码,尽快研制出相应的疫苗;祝愿抗疫成功!

    杨义先       

    2020年3月12日于北京西山温泉茅庐


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