“這正是破解enigma密碼機的關鍵之處!”宋鴻飛道,說著他一邊在黑板上寫下了兩行字:
第一個字母(明文):abcde fghij klmno pqrst uvwxyz
第四個字母(密文):fqhpl wogbm vrxuy czitn jeasdk
“把一天中截獲的大量密電前6個密文的一組配對組合寫成這樣一張對應表,直到26個字母都齊全,(f1)(f4)代表的就是這樣的字母替換關係。”
“嗯,為了方便演示,這裏我就用幾個字母舉例好了,假設有這樣的一個完整的替換密碼表。”宋鴻飛又寫下:
明文:abcdefgh
密文:chefabdg
“我們發現a(f1)(f4)=c,c(f1)(f4)=e,e(f1)(f4)=a,記作a->c->e->a ,這樣可得一條首尾閉合的字母環,同樣還可得另一條b ->h ->g -> d -> f ->b。直到把這份密碼表的所有其他未列入環中的字母都能列入一個字母環。”
“寫成另一種更直觀的形式:(a,c,e)、 (b,h,g,d,f),可很直觀地表示這個密碼表的一個內在的特征值,即表示這個密碼表的字母環的個數和長度的特征值,它是由這樣兩條長度分別為3和5的字母環組成,替換關係是a替換成c,c替換成e,e替換成a,以此類推。”
“上麵列舉的第一個和第四個字母的組合,其完整26個字母的對應關係表可寫成:(a,f,w),(b,q,z,k,v,e,l,r,i),(c,h,g,o,y,d,p),(j,m,x,s,t,n,u)。
同樣的,第二和第五、第三和第六的字母組合所形成的鏈條環對應表都可以寫成這樣的形式。可以驗證,不同的每日密鑰所得到的鏈條環的環數和長度這個‘特征值’也各不相同!”
“之所以出現這些字母環,是因為三個擾碼轉子周期性循環轉動導致。”宋鴻飛接著道,“這些環的個數、長度、字母次序是由‘當日密鑰’,即三個轉子的順序、初始位置和插線板的設置決定的。”
“enigma機的結構設計,鍵入的信號路徑是插線板 ->轉子 ->插線板,可見插線板的替換設置影響進入轉子和變化完成後轉子輸出的信號,並不影響轉子的周期性變化。因此,就體現在字母環的一部分字母會因插線板兩兩替換而改變,但無論怎麽替換環的長度和環的個數都不變,環的特征值能得到最大程度的保留!”
宋鴻飛擲地有聲:“也就是說每組對應表的環數和長度,僅僅是由轉子的順序和初始位置決定的,和插線板上字母替換的設置無關!”
宋鴻飛又道:“我建立了幾個矩陣置換的數學模型,可以從數學上證明這一點對於任何的替換變化都是成立的,並且已經編製程序在彈道所的計算機上驗證。”
宋鴻飛思索了一下,又道:“從中我隱隱覺得,甚至還可以從密文和密鑰倒推出轉子內部的電路連接狀態,因為它們本質上也是替換而已。但是過於匆忙,總感覺理論證明不夠充分嚴密,俞長官是數理邏輯的專家,還請給我審查下。”
俞大維心神激蕩,內心的震撼早已是無以複加,整個人都怔住了,張大了嘴巴愣愣地望著黑板上的推演過程。
他沉思了半晌,仿佛才迴過神來,驚唿道:“我的天啊!我真想不出你是怎麽能想出這麽絕妙的方法的!”
“這樣一來,插線板的一千億個密鑰就不起作用了!”俞大維聚精會神,思維在飛速運轉著,“隻需要一個接一個地試驗轉子的不同順序和設置,然後就可產生相應的字母環,再和當日截獲電文的6個密鑰構成的對應表的字母環相對照,就可得出轉子的順序和初始設置!”
“這樣就從一億億種變成隻有十萬種可能性了!不,根據字母環的個數和長度這些特征值比對,是一個比十萬小得多的數量!把所有的可能性都試驗一遍,就是一件可以做到的事情了!”
宋鴻飛道:“破譯者可以事先將所有十萬種轉子的順序和初始位置的組合所產生的子母環進行編類都記錄下來,這樣就形成一本特征值字典,然後從這個字典中檢索,就可更快速得出轉子的設置,這種方式在破解密碼上稱作‘字典攻擊’。”
“得到轉子的設置後,插線板先不接線,按這個設置將截獲的密文輸入,得到被打亂的明文——因為信息中6對字母被隨機對換了。但仍然會得到很多可辨的詞語,而這種字母對換隻是一種非常簡單的替換加密,很容易被破解,像‘herro’就可以合理推測它應該是‘hello’,這樣就能得到插線板的設置。”
俞大維已是無比的歎服。
他看了看宋鴻飛,問道:“嗯,方才你說驗證過?這些天你跑來彈道所,說是用計算機,但總感覺有些神神秘秘的,不單是在計算彈道力學,原來還用來幹了這個?”
宋鴻飛嘿嘿微笑著道:“俞長官真是目光如炬。”
俞大維指了指黑板,道:“少來高帽!我實在沒想到,你對密碼學還有這麽深的研究!你這些推演,著實讓我費了太多腦細胞!”
他似乎又想起了什麽似的,又問道:“德軍的密碼機絕對屬於機密,我很好奇,它的內部構造和一些操作規則,這麽機密的資料你是如何得知的?嗯,你不要多想了,此事太過重大,我必須向軍委會匯報——對高層得有足夠充分的說服力。”
宋鴻飛暗自心想,總歸還是得有此一問!我當然不能說本人其實是來自70多年後,在未來的時候我曾經深入了解過二戰的密碼戰,其中就包括波蘭和英國破解德軍enigma密碼機的過程。。。
那樣還得了?!搞不好俞大維當場就認為他是由於用腦過度而發瘋了。
不過宋鴻飛這些天早就想好了說辭,他緩緩地道:“enigma密碼機的發展從商用型到軍用型,由來已久,型號也多,某些型號也應用到英、法、意、波、美、荷、瑞、西等國,也包括我們的敵人——東洋國。各國對類似這種轉輪加密原理的密碼機也早有自己的研究和應用。”
宋鴻飛又道:“然而,我國密碼學發展落後、技術力量薄弱,對密碼的編製、應用和破譯還是在手工密碼的階段,對現代密碼機的研究甚少。”
俞大維隻好麵帶尷尬地笑笑。
他知道宋鴻飛說的是實情,當時的華夏國由於長期內亂、無暇外顧等原因,對現代密碼技術研究不多。
宋鴻飛道:“之前,我確是研究過這種轉輪加密原理的密碼機,還使用計算機進行過模擬破解計算。”
他似乎微微思索了下,又緩緩地道:“美國對別國的情報刺探已久,早在一戰之時,就成立了一個叫‘黑室’的機構,專門破譯別國的密電。我在mit讀研的時候,‘黑室’和美軍方對我的研究課題很感興趣,我參與過他們運用計算機進行各項計算的研究項目。雖然他們也對我采取了保密措施,不過因緣際會下,我也能從中獲悉一些密情。”
俞大維聽得一怔,似乎又恍然大悟般點了點頭。
俞大維暗暗吃驚,心想難怪宋鴻飛得知德軍這麽多密情,如果是美國的情報部門對德國出手,這確也不難辦到。但是,他竟然能在合作中探查到美情報部門掌握的機密,嗯,這小子,很有一手!
然而,事情的真相大大出乎了俞大維的想象。
實際上,宋鴻飛的這番話取巧至極。他在麻省理工時,美國方麵的確慕名上門和他合作研究,但是隻是在武器身管力學、彈道學精確分析計算以及機電式計算機的研究方麵,根本沒有涉及到破譯別國密碼。
他所說的“用計算機進行模擬破解”,其實是他在後世的時候學《密碼學》這門課程時,他的確編寫程序破解過二戰時期德軍的enigma密碼。
真真假假、虛虛實實,最是讓人無法辨別。
宋鴻飛放心得很,國家機密這個東西,哪個國家都會把事關自己的情報捂得嚴嚴實實,根本不會跟你分享,更不會幫你甄別。就算是與人交易分享情報,合理與否,真假與否,請自己鑒別!至於情報來源?無可奉告!
宋鴻飛這個甩鍋小能手,就這麽悄悄地把鍋甩給了美帝!
宋鴻飛接下來的話可謂又讓俞大維大吃一驚:“美國對日本的密電破譯也早已有之。據我得知的一些內情,日本從德、瑞等國引進了類似enigma這種轉輪原理的密碼機,並加以改造發展出了自己的密碼機,已在其外交和海軍部門應用,美國給日本這些密碼係統起名為‘綠密’、‘紅密’、‘紫密’等。”
俞大維心中大震。
36年3月華夏政府成立了一個專門機構——密電檢譯所,開展對現代密碼技術的研究和對日本外交密碼的破譯工作。但由於長期技術落後,檢譯所步履維艱,隻在一些中低級的外交密碼和手工密碼破譯方麵取得了一些成績。
實際上,當時的華夏不要說以先進技術手段探查列強的情報,甚至可能都沒有意識到日本密碼機的存在。
第一個字母(明文):abcde fghij klmno pqrst uvwxyz
第四個字母(密文):fqhpl wogbm vrxuy czitn jeasdk
“把一天中截獲的大量密電前6個密文的一組配對組合寫成這樣一張對應表,直到26個字母都齊全,(f1)(f4)代表的就是這樣的字母替換關係。”
“嗯,為了方便演示,這裏我就用幾個字母舉例好了,假設有這樣的一個完整的替換密碼表。”宋鴻飛又寫下:
明文:abcdefgh
密文:chefabdg
“我們發現a(f1)(f4)=c,c(f1)(f4)=e,e(f1)(f4)=a,記作a->c->e->a ,這樣可得一條首尾閉合的字母環,同樣還可得另一條b ->h ->g -> d -> f ->b。直到把這份密碼表的所有其他未列入環中的字母都能列入一個字母環。”
“寫成另一種更直觀的形式:(a,c,e)、 (b,h,g,d,f),可很直觀地表示這個密碼表的一個內在的特征值,即表示這個密碼表的字母環的個數和長度的特征值,它是由這樣兩條長度分別為3和5的字母環組成,替換關係是a替換成c,c替換成e,e替換成a,以此類推。”
“上麵列舉的第一個和第四個字母的組合,其完整26個字母的對應關係表可寫成:(a,f,w),(b,q,z,k,v,e,l,r,i),(c,h,g,o,y,d,p),(j,m,x,s,t,n,u)。
同樣的,第二和第五、第三和第六的字母組合所形成的鏈條環對應表都可以寫成這樣的形式。可以驗證,不同的每日密鑰所得到的鏈條環的環數和長度這個‘特征值’也各不相同!”
“之所以出現這些字母環,是因為三個擾碼轉子周期性循環轉動導致。”宋鴻飛接著道,“這些環的個數、長度、字母次序是由‘當日密鑰’,即三個轉子的順序、初始位置和插線板的設置決定的。”
“enigma機的結構設計,鍵入的信號路徑是插線板 ->轉子 ->插線板,可見插線板的替換設置影響進入轉子和變化完成後轉子輸出的信號,並不影響轉子的周期性變化。因此,就體現在字母環的一部分字母會因插線板兩兩替換而改變,但無論怎麽替換環的長度和環的個數都不變,環的特征值能得到最大程度的保留!”
宋鴻飛擲地有聲:“也就是說每組對應表的環數和長度,僅僅是由轉子的順序和初始位置決定的,和插線板上字母替換的設置無關!”
宋鴻飛又道:“我建立了幾個矩陣置換的數學模型,可以從數學上證明這一點對於任何的替換變化都是成立的,並且已經編製程序在彈道所的計算機上驗證。”
宋鴻飛思索了一下,又道:“從中我隱隱覺得,甚至還可以從密文和密鑰倒推出轉子內部的電路連接狀態,因為它們本質上也是替換而已。但是過於匆忙,總感覺理論證明不夠充分嚴密,俞長官是數理邏輯的專家,還請給我審查下。”
俞大維心神激蕩,內心的震撼早已是無以複加,整個人都怔住了,張大了嘴巴愣愣地望著黑板上的推演過程。
他沉思了半晌,仿佛才迴過神來,驚唿道:“我的天啊!我真想不出你是怎麽能想出這麽絕妙的方法的!”
“這樣一來,插線板的一千億個密鑰就不起作用了!”俞大維聚精會神,思維在飛速運轉著,“隻需要一個接一個地試驗轉子的不同順序和設置,然後就可產生相應的字母環,再和當日截獲電文的6個密鑰構成的對應表的字母環相對照,就可得出轉子的順序和初始設置!”
“這樣就從一億億種變成隻有十萬種可能性了!不,根據字母環的個數和長度這些特征值比對,是一個比十萬小得多的數量!把所有的可能性都試驗一遍,就是一件可以做到的事情了!”
宋鴻飛道:“破譯者可以事先將所有十萬種轉子的順序和初始位置的組合所產生的子母環進行編類都記錄下來,這樣就形成一本特征值字典,然後從這個字典中檢索,就可更快速得出轉子的設置,這種方式在破解密碼上稱作‘字典攻擊’。”
“得到轉子的設置後,插線板先不接線,按這個設置將截獲的密文輸入,得到被打亂的明文——因為信息中6對字母被隨機對換了。但仍然會得到很多可辨的詞語,而這種字母對換隻是一種非常簡單的替換加密,很容易被破解,像‘herro’就可以合理推測它應該是‘hello’,這樣就能得到插線板的設置。”
俞大維已是無比的歎服。
他看了看宋鴻飛,問道:“嗯,方才你說驗證過?這些天你跑來彈道所,說是用計算機,但總感覺有些神神秘秘的,不單是在計算彈道力學,原來還用來幹了這個?”
宋鴻飛嘿嘿微笑著道:“俞長官真是目光如炬。”
俞大維指了指黑板,道:“少來高帽!我實在沒想到,你對密碼學還有這麽深的研究!你這些推演,著實讓我費了太多腦細胞!”
他似乎又想起了什麽似的,又問道:“德軍的密碼機絕對屬於機密,我很好奇,它的內部構造和一些操作規則,這麽機密的資料你是如何得知的?嗯,你不要多想了,此事太過重大,我必須向軍委會匯報——對高層得有足夠充分的說服力。”
宋鴻飛暗自心想,總歸還是得有此一問!我當然不能說本人其實是來自70多年後,在未來的時候我曾經深入了解過二戰的密碼戰,其中就包括波蘭和英國破解德軍enigma密碼機的過程。。。
那樣還得了?!搞不好俞大維當場就認為他是由於用腦過度而發瘋了。
不過宋鴻飛這些天早就想好了說辭,他緩緩地道:“enigma密碼機的發展從商用型到軍用型,由來已久,型號也多,某些型號也應用到英、法、意、波、美、荷、瑞、西等國,也包括我們的敵人——東洋國。各國對類似這種轉輪加密原理的密碼機也早有自己的研究和應用。”
宋鴻飛又道:“然而,我國密碼學發展落後、技術力量薄弱,對密碼的編製、應用和破譯還是在手工密碼的階段,對現代密碼機的研究甚少。”
俞大維隻好麵帶尷尬地笑笑。
他知道宋鴻飛說的是實情,當時的華夏國由於長期內亂、無暇外顧等原因,對現代密碼技術研究不多。
宋鴻飛道:“之前,我確是研究過這種轉輪加密原理的密碼機,還使用計算機進行過模擬破解計算。”
他似乎微微思索了下,又緩緩地道:“美國對別國的情報刺探已久,早在一戰之時,就成立了一個叫‘黑室’的機構,專門破譯別國的密電。我在mit讀研的時候,‘黑室’和美軍方對我的研究課題很感興趣,我參與過他們運用計算機進行各項計算的研究項目。雖然他們也對我采取了保密措施,不過因緣際會下,我也能從中獲悉一些密情。”
俞大維聽得一怔,似乎又恍然大悟般點了點頭。
俞大維暗暗吃驚,心想難怪宋鴻飛得知德軍這麽多密情,如果是美國的情報部門對德國出手,這確也不難辦到。但是,他竟然能在合作中探查到美情報部門掌握的機密,嗯,這小子,很有一手!
然而,事情的真相大大出乎了俞大維的想象。
實際上,宋鴻飛的這番話取巧至極。他在麻省理工時,美國方麵的確慕名上門和他合作研究,但是隻是在武器身管力學、彈道學精確分析計算以及機電式計算機的研究方麵,根本沒有涉及到破譯別國密碼。
他所說的“用計算機進行模擬破解”,其實是他在後世的時候學《密碼學》這門課程時,他的確編寫程序破解過二戰時期德軍的enigma密碼。
真真假假、虛虛實實,最是讓人無法辨別。
宋鴻飛放心得很,國家機密這個東西,哪個國家都會把事關自己的情報捂得嚴嚴實實,根本不會跟你分享,更不會幫你甄別。就算是與人交易分享情報,合理與否,真假與否,請自己鑒別!至於情報來源?無可奉告!
宋鴻飛這個甩鍋小能手,就這麽悄悄地把鍋甩給了美帝!
宋鴻飛接下來的話可謂又讓俞大維大吃一驚:“美國對日本的密電破譯也早已有之。據我得知的一些內情,日本從德、瑞等國引進了類似enigma這種轉輪原理的密碼機,並加以改造發展出了自己的密碼機,已在其外交和海軍部門應用,美國給日本這些密碼係統起名為‘綠密’、‘紅密’、‘紫密’等。”
俞大維心中大震。
36年3月華夏政府成立了一個專門機構——密電檢譯所,開展對現代密碼技術的研究和對日本外交密碼的破譯工作。但由於長期技術落後,檢譯所步履維艱,隻在一些中低級的外交密碼和手工密碼破譯方麵取得了一些成績。
實際上,當時的華夏不要說以先進技術手段探查列強的情報,甚至可能都沒有意識到日本密碼機的存在。