密碼學簡史

從歷史角度看，密碼學可以大致分為古典密碼學和近現代密碼學兩個階段。兩者以現代信息技術的誕生為分界點，現在所討論的密碼學多是指後者，建立在信息論和數學成果基礎之上。

古典密碼學源自數千年前。最早在公元前 1900 年左右的古埃及，就出現過使用特殊字符和簡單替換式密碼來保護信息。美索不達米亞平原上曾出土一個公元前 1500 年左右的泥板，其上記錄了加密描述的陶器上釉工藝配方。古希臘時期（公元前 800 ~ 前 146 年）還發明瞭通過物理手段來隱藏信息的“隱寫術”，例如使用牛奶書寫、用蠟覆蓋文字等。後來在古羅馬時期還出現了基於替換加密的凱撒密碼，據稱凱撒曾用此方法與其部下通信而得以命名。

這些手段多數是採用簡單的機械工具來保護祕密，在今天看來毫無疑問是十分簡陋，很容易破解的。嚴格來看，可能都很難稱為密碼科學。

近現代密碼的研究源自第一、二次世界大戰中對軍事通信進行保護和破解的需求。

1901 年 12 月，意大利工程師 Guglielmo Marconi（奎里亞摩·馬可尼）成功完成了跨越大西洋的無線電通信實驗，在全球範圍內引發轟動，推動了無線電通信時代的帶來。無線電極大提高了遠程通信的能力，但存在著天然缺陷——它很難限制接收方，這意味著要想保護所傳遞信息的安全，必須採用可靠的加密技術。

對無線電信息進行加密以及破解的過程直接促進了近現代密碼學和計算機技術的出現。反過來，這些科技進步也影響了時代的發展。一戰時期德國外交部長 Arthur Zimmermann（阿瑟·齊默爾曼）拉攏墨西哥構成抗美軍事同盟的電報（1917 年 1 月 16 日）被英國情報機構 —— 40 號辦公室破譯，直接導致了美國的參戰；二戰時期德國使用的恩尼格瑪（Enigma）密碼機（當時最先進的加密設備）被盟軍成功破譯（1939 年到 1941 年），導致大西洋戰役德國失敗。據稱，二戰時期光英國從事密碼學研究的人員就達到 7000 人，而他們的成果使二戰結束的時間至少提前了一到兩年時間。

1945 年 9 月 1 日，Claude Elwood Shannon（克勞德·艾爾伍德·香農）完成了劃時代的內部報告《A Mathematical Theory of Cryptography（密碼術的一個數學理論）》，1949 年 10 月，該報告以《Communication Theory of Secrecy Systems（保密系統的通信理論）》為題在 Bell System Technical Journal（貝爾系統技術期刊）上正式發表。這篇論文首次將密碼學和信息論聯繫到一起，為對稱密碼技術提供了數學基礎。這也標誌著近現代密碼學的正式建立。

1976 年 11 月，Whitfield Diffie 和 Martin E.Hellman 在 IEEE Transactions on Information Theory 上發表了論文《New Directions in Cryptography（密碼學的新方向）》，探討了無需傳輸密鑰的保密通信和簽名認證體系問題，正式開創了現代公鑰密碼學體系的研究。

現代密碼學的發展與電氣技術特別計算機信息理論和技術關係密切，已經發展為包括隨機數、Hash 函數、加解密、身份認證等多個課題的龐大領域，相關成果為現代信息系統特別互聯網奠定了堅實的安全基礎。

注：Enigma 密碼機的加密消息在當年需要數年時間才能破解，而今天使用最新的人工智能技術進行破譯只需要 10 分鐘左右。