密码那些事儿｜（十四）古典密码的巅峰——恩尼格玛机

作为古典密码学时代加密法发展的巅峰，恩尼格玛机的出现，意味着从此开始，密码学不再依赖纸和笔的运算，使用机械和电子加密的时代正式到来。

第一台恩尼格玛机，是一战刚刚结束的时候由德国发明家雪毕伍斯（Arthur Scherbius）和里特（Richard Ritter）制造出的。

它主要由三部分组成，分别是键盘、编码器和显示板。

1键盘

这相当于恩尼格玛机的“输入设备”，它与普通打字机相似，用来输入信息的原文。但出于安全考虑，键盘只有26个字母，而没有标点符号。

2显示板

这相当于恩尼格玛机的“输出设备”，板上显示26个字母，每个字母下面有一个小灯泡，用来显示加密或解密后的字母。

3编码器

这是恩尼格玛机的核心部分，由一堆可以手工设置的机械部件组成，主要包括了转子、反射器和接线板，通过线路与键盘和显示板相连接，任何地方的调整都会改变加密的结果。

转子一般有3套齿轮，类似于时钟的时针、分针、秒针，位于最右侧的齿轮每转动一圈，中间的齿轮转动一个刻度，每个齿轮有26个刻度，代表26个字母；

反射器固定不动，它与转子的3套齿轮位于同一个轴上，可以使解码过程完全重现编码过程；

接线板一般有6根连接线，将26个字母中的12个两两相连，比如字母A和B相连，那么输入字母A时，显示的就是B。

输入的字母每经过编码器中的一个装置，就会完成一次替换。

通过恩尼格玛机的组成可以看出，它基于的原理仍然是第二代加密法——替代法，只不过由于经过了多套替换，对应的原文与密文之间存在数以亿计种可能，同时也使频率分析法无用武之地。

使用恩尼格玛机完成一次加密，大概要经过9个步骤：

1设置好三个转子的初始值，并用6根插头电线连好接线板上的6对插口；

2在键盘上打明文，每打一个字母，该字母信号就会通过相应的电线传到接线板；

3在接线板上，如果该字母恰好属于6对连接起来的插口中的一对，则字母互换，否则字母不变，通过接线圆环把字母信号传到右面第一个齿轮上；

4该齿轮通过内部电线的连接方式，对输入的字母进行替换，然后传到中间的转轮，同时自己转运一个刻度；

5中间的齿轮再对字母进行替换，然后传到左边第一个齿轮；如果这时右边的齿轮恰好从25刻度转到0刻度，则中间齿轮转动一个刻度，否则不转；

6左边的齿轮再对字母进行替换，然后传给最左边的反射器；如果这时中间的齿轮恰好从25刻度转到0刻度，则左边齿轮转动一个刻度，否则不转；

7反射器对字母进行替换，然后传回给左边齿轮；

8字母信号再从左边齿轮、中间齿轮、右边齿轮和接线板依次转回，每经过一次都会进行一次字母替换；

9最后，信号传到字母板上，使相应字母下面的小灯泡点亮，显示出加密后的字母。

那么，这个加密过程，其安全性能达到什么程度呢？

我们可以看到，在整个加密过程中，一个字母要经过7-9次的替换：被3套齿轮各替换两次，被反射器替换一次，共7次；如果还经过接线板，则再加两次，一共9次。

再来计算一下有多少种替换的可能：

a3个齿轮的排列位置可以是任意的，所以共有 种排列方式；

b3个齿轮的排列位置确定后，一共可以有 种初始转动位置；

c接线板上，从26个字母中任意选取6对字母互换的方式可以有

种

所以，替换的可能数有：

共有1亿亿余种可能。

更为关键的是，如此复杂的替换过程完成由机械完成，加密人员只需要设定好转子的初始位置，连接好接线板，然后像打字员一样正常输入字母就可以，密文随之自动生成。

这也就是恩尼格玛机为何如此受青睐的原因，它达到了安全和效率的完美平衡。

这样强大的加密杀器，究竟能不能被破解呢？

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《钻奖励调整公告》

棋盘密码的加密方法，其实方法十分简单，在密码学并不发达的古代，也够用了。棋盘密码的解题思路是这样

这种密码的原理是：通信双方各掌握一个mn列的矩阵，比如A列第一行写上“我”，A列第2行写上“的”……以此类推，构成：

所以，“我的名字叫XXX”的密文即：A1 A2 A3 A4 B1 B2。这样，一份密文就出来了。

使用这种密码表的加密也叫作 ADFGX 密码（密文中只有 A D F G X）

明文：HELLO  密文：DD XF AG AG DF

对于解密，对密文每两个字符一组，分别进行解密

由于密文仅包含5个字符，所以其密钥（也就是密码表）只有5！种可能

写脚本暴力攻击（brute-force）即可

棋盘密码的由来：

公元前2世纪前后希腊人提出了棋盘密码，在当时得到了广泛的运用。同时，它也是密码史上第一个密码。棋盘密码通过将26个字母设法变成十位数来达到加密的目的。棋盘密码的密钥是一个5×5的棋盘，将26个英文字母放置在里面。其中 i 和 j 共用一个密码。

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