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《密码的数学》:人类可以创造出人类自身无法破解的密码吗?

《密码的数学》:人类可以创造出人类自身无法破解的密码吗?

作者: 石墨杨 | 来源:发表于2022-04-10 08:41 被阅读0次

文/石墨杨

“你能告诉我,我从这儿该走哪条路吗?”

“那多半儿要看你去哪儿”猫说。

“我不在乎去哪儿——”爱丽丝说。

“那么你走哪条路都没关系。”猫说。

“——只要能到个地方就行。”爱丽丝解释。

“噢,当然,你总能到个地方的,”猫说,“只要你走得够远。”

这是从数学家成为最富想象力的作家卡洛尔笔下的爱丽丝和“柴郡猫”的一段充满数学趣味的对话。

数学是明澈的思维;数学是浪漫的生活;数学是纯美的艺术;数学是自由的化身;数学是奇异的旅行;数学是永不停歇的人生。

《密码的数学》这本书讲的是发送秘密信息的现代科学,也就是密码学背后的数学。以奇妙的方式说明了简单数学如何在一个重要的应用中发挥作用,密码自古以来就激发了设计者的智慧和破解者的聪明才智。

加密货币很高深吗?人类可以创造出人类自身无法破解的密码吗?致敬历史上和未来的密码精英。普通人读懂密码学,这本就够了。要读懂并享受这本书,读者只需要基本的数学知识,有高中代数的水平就可以了。

爱丽丝与鲍勃与卡尔与尤利乌斯:术语与凯撒密码

从书写的诞生开始,人们就在试图隐藏书面信息内容。从人们试着隐藏信息开始,学者也开始对这些方法进行分类和描述。有很多我们日常会话中会用到的可以互换的词,在这个领域的专家眼里却有着特殊的含义。要摸清楚到底什么是什么,其实不难。

例如,研究秘密信息的人经常用术语代码(code)和密码(cipher)来指代两个不同的东西。大卫·卡恩(David Kahn)写过一本密码学的历史,算得上终极论述,他说得很妙:“代码由成千上万的单词、短语、字母、音节组成,带有可代替明文组分的代码编码或代码编号,……至于说密码,其基本单位是字母,有时候是字母对……大串字母的情况很少见。”发送秘密信息的第三种方法是隐写术,包括隐藏已经存在的信息,如用看不见的墨水来书写。

在本书中我们将集中精力考察密码,在开始之前,先学术语。研究如何用代码和密码发送秘密信息的学问叫做密码学(cryptography),而研究如何擅自读取这些秘密信息的学问叫做密码分析(cryptanalysis),或是密码破译(codebreaking)。这两个领域合在一起就组成了密码编码学(cryptology)。(有时候“密码学”一词也会用来表示这两个领域的集合,但我们会努力把这些术语都区分开。)

当我们谈论密码学时,我们会说到爱丽丝想发送信息给鲍勃,这已经成为约定俗成的习惯了。但跟这儿从尤利乌斯说起。尤利乌斯·凯撒(Julius Caesar),他不只是罗马“千秋万代的独裁者”,也是军事天才、作家,以及……密码工作者。

今天叫做“凯撒密码”,可能开始并不是凯撒发明的,但因为他才变得这么有名。

罗马历史学家苏埃托尼乌斯(Suetonius)如此描述凯撒密码:他(凯撒)除了写给西塞罗(Cicero)的信,还有就私人事务写给至交好友的。在私人信件中,他要是想说机密的事情,就会写成密码,即改变字母表中字母的顺序,就字不成字了。有人想破译这些文字,他就得把字母表中的第四个字母,也就是D替换成A,并对其它字母也以此类推。

换句话说,当爱丽丝想要发送信息时,她先得写出明文(plaintext),把信息用正常的语言文本写出来。接着她得把这条信息译成密码(encipher),也就是用密码将其写成秘密形式,得到的结果就是这条信息的密文(ciphertext)。要把信息变成代码的话,就得对其进行编码(encode),或者用加密(encrypt)这个术语也可以。对明文中的每一个a,爱丽丝在密文中将其替换成D,再将每一个b都替换成E,以此类推。每一个字母都在字母表中往后移动了三位。这可真是太简单了。但是当爱丽丝一直进行到字母表最后,把字母都用完了的时候,好玩的地方就出现了。字母w变成了Z,那字母x该去哪儿?它绕了一圈回到开头,变成了A!于是字母y变成B,而z变成了C。

例如:“你也有份吗布鲁图(and you too, Brutus)[ 据说这是凯撒遇刺时最后一句话,因莎士比亚剧作《尤利乌斯·凯撒》而家喻户晓,在英语世界中广泛运用,表示来自好友的始料未及的背叛。——译者注]”这条信息就变成了:

明文:a n d y o u t o o b r u t u s

密文:D Q G B R X W R R E U X W X V

这就是爱丽丝要发给鲍勃的信息了。

“绕回去”这种思路,实际上从小的时候起你就已经在用了。一点之后再过3小时是几点?4点钟。两点之后再过3小时是5点钟。10点之后再过3小时又是几点呢?1点钟。你看绕回去了。

《密码的数学》一书是来自美国罗斯-霍曼理工学院数学教授,约书亚·霍尔登著。他聚焦编码和解码,这本书还探讨了多字母替换密码、换位密码、序列密码、涉及指数运算的密码和公钥密码等。

书中大量的章节都按照其主题的历史发展顺序编排,因为在作者的描述的思想中,历史发展往往是合乎逻辑进程。从古到今生成和破解秘密信息时曾有过的想法。无论是数学家还是仅仅知道一点数学又对秘密感兴趣的一般读者,都将从中受益。


墨杨世无双,赠君一枝梅!

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