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密碼簡史——穿越遠古 展望未來

( 簡體 字)
作者:楊義先,鈕心忻類別:1. -> 安全 -> 加密與解密
譯者:
出版社:電子工業出版社密碼簡史——穿越遠古  展望未來 3dWoo書號: 53684
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NT定價: 495
折扣價: 396

出版日:11/1/2020
頁數:388
光碟數:0
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印刷:黑白印刷語系: ( 簡體 版 )
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ISBN:9787121398711
作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 
作者序:

譯者序:

前言:


密碼者,密之碼也!這里的“碼”,泛指所有可能的、有含義的人為符號,包括但不限于聲音、文字、數字、圖畫、徽章、標識、手勢、視頻、動作等。這里的“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,祖傳秘方的保密就是這種情況;或者信息的收發雙方知道其含義,機要通信的保密就是這種情況;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于交流而非保密;或者某種特殊人群知道其含義,各學科的科學成果就屬于這種情況,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。而密碼的魅力就在于,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于自己的秘密信息,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系統;甚至可以說,人是被符號系統控制的唯一生物,這也是為啥人能被罵死的根本原因。更進一步地說,所有密碼,其實都是某種符號系統;反過來,所有符號系統,從某種意義上來說,也都具有密碼功能。由此可見,密碼與人類的關系是多么緊密;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,若從符號系統的高度來看,密碼所涉及的范圍非常廣泛,因為它甚至可以和符號系統畫等號,幾乎所有人類文明的進步,都可以歸結為某種符號密碼系統的進步;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系統;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,本書將聚焦于通信密碼;當然,這里的通信也包括存儲,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,只是基因的臨時載體;只有基因才是永琲滿A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,只要能達到這一目的,基因甚至可以不擇手段或制造若干假象。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,動物照料后代,從生物個體角度來看,雖是一種利他行為;但是,正是由于基因控制著這種表面上的利他行為,才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。由于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沖突;所以,一切生命的繁殖演化,最終都歸結于自私基因的演化,基因才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,讓小蝦游入其嘴中為它剔牙,清理魚鰓,小魚借此也可美餐一頓。這種共生現象,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,那些只想吃掉清潔蝦的大魚,最后也許會死于口腔的寄生蟲感染;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吃掉。經過長期演化,彼此博弈,最終只有互相合作的魚蝦個體才得以代代繁衍,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,只是由于“經驗不足”,才會“失手殺害宿主”,但為此它們也會付出同歸于盡的代價。
人類作為生物鏈最頂端的生物,當然也不可能隨時都大公無私,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、弗洛里斯人、丹尼索瓦人、魯道夫人和匠人等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,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,那么,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系統,也是最狹義的一種密碼。在通信密碼系統中,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,然后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。
在通信密碼系統中,解密者和破譯者的最大區別在于前者擁有密鑰,而后者則沒有。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,戰爭結束后,才破譯了對方的密碼;經濟上的不可行,比如,破譯對方密碼的成本大于收益;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,那就只能依靠智取,依靠破譯敵方的密碼來四兩撥千斤。
當然,在具體的通信密碼系統中,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于密碼傳遞;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,或者不適者死亡并無實質區別。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),沿著博弈系統論的軌跡(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《博弈系統論——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系統的高度,把古往今來的所有通信密碼,統統歸結為符號系統的交際功能。讀者也許會驚訝地發現:天哪,原來人類起源于密碼,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;至于電子計算機、量子計算機和DNA計算機的發明,則無一不是起因于密碼,然后又廣泛應用于密碼。然后,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”破譯系統,希望對業內讀者隨后的科研選題,特別是密碼領域的博士生和青年才俊們有所幫助。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游戲那樣有趣。最后,本書的結語也很重要,它再次回到符號系統的視角,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,更借鑒“通用外語翻譯系統”的思路,在符號系統的基礎上,提出了一種針對特定人和事的密碼“通用”破譯思路;因此,可以形象地說,本書用符號系統這根金線,將所有密碼珍珠串成了一條項鏈,但愿大家能喜歡。
身為中國密碼學會的首任副理事長,我一直都在努力,希望撰寫一部關于密碼的科普圖書,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。終于,這次咬牙堅持寫成,到底是否及格,還請各位評委亮分。
本書成型于曹雪芹當年創作《紅樓夢》的茅廬鄰里,定稿于2020年的新型冠狀病毒肆虐期間。但愿疫情早日結束,但愿此類災難不再重現;但愿人類早日破譯新冠病毒的密碼,盡快研制出相應的疫苗;祝愿抗疫成功!

楊義先      
2020年3月12日于北京西山溫泉茅廬
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象。在相當長的時期內,密碼與政治和軍事斗爭密不可分,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的重要元素。在當前信息網絡時代,密碼被廣泛地應用于政治、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,也是構筑網絡信息系統免疫體系和網絡信任體系的基石。甚至可以說,密碼直接關系國家政治安全、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系和治理能力現代化的重要支撐。 本書是一部關于密碼的科普著作。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,更能站在符號系統的全新高度,向前回顧密碼對人類"占據并穩居生物鏈頂端”所做出的巨大貢獻,向后展望量子密碼、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游戲,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”破譯系統。
目錄:

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
2.3 宋元密碼 / 36
2.4 明清密碼 / 43
2.5 游戲密碼 / 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
4.2 ADFGVX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 杰斐遜密碼 / 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 波蘭密碼三杰 / 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
8.5 DNA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
序: