关于作者
西蒙辛格出生于英国南部的萨默塞特郡，是印度旁遮普邦信徒的后裔。他在伦敦帝国理工学院学习物理，并在剑桥大学获得粒子物理学博士学位。前BBC资深制作人，其制作《地平线：费马大定理》获得英国电影学院奖，同名科普书籍成为畅销书。
关于这本书
《码书》是作者的又一心血之作，也是BBC系列话题《保密的科学》的基础。作为BBC资深制作人，作者是一个讲故事的高手，熟悉的改变世界格局的历史事件和重大战役，其实都是编码故事。
核心内容
本音频从密码学的角度重新梳理了世界历史，将密码学发展史分解为三个时代：人工时代、机械时代、智能时代。
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序
你好，欢迎每天听一本书。我是陈章鱼。我今天给你读的书叫《码书》，副标题是《解码与编码的战争》。这本书是关于密码学如何改变了人类历史的进程。
在人类历史上，无论是君王还是将军，都需要一套高效的沟通手段来治理国家、指挥军队。但是他们还有另外一个需要，那就是他们不能让敌人得到关键信息，而且他们必须尽可能的保密。
甚至在中国古代《易经》也有这样一句话：“不声张，必失臣；如果你不是秘密，你会失去生命；如果你不是秘密，你会受到伤害。换句话说，如果没有秘密，就会有危险。
在《孙子兵法》中，直接说“三军近亲不可近，赏不可厚，事不可密。”也就是说，在战争中，没有什么比刺探别人的情报和保护自己的情报更重要的了。
因此，纵观历史，权力之争、战争和硝烟的背后都隐藏着许多秘密。
历史上，无数人发挥聪明才智，努力构建更强大的安全体系，也努力突破别人的安全体系。密码学在这场旷日持久的拉锯战中应运而生。
甚至有人说历史的标点符号是用密码打出来的。密码决定着战争的胜败，也影响着历史的走向。
今天将为大家解读的这本书《码书》将详细梳理人类编解码之战。
接下来，将分为三个部分为大家解读这本书。沿着历史，我们看看密码学的三个主要时代：密码学的人工时代、机械时代和智能时代。
第一部分
我们先来看看密码学的第一个时代：手动密码时代。
虽然我们把“密码”这个词放在一起，但实际上，人类在转向“代码”之前，花了大量时间研究“秘密”。事实上，密函的历史非常悠久。然而，人们最早的想法是想办法直接隐藏信件的内容。
据记载，公元前5世纪，希腊和波斯之间爆发了一场战争。为了传递秘密信息，希腊人会把信息写在木板上，然后在木头上涂上一层蜡。收件人拿到木板后，刮掉蜡就能看到秘密信息。
希腊这边还用了一个比较独特的方法，他们会把送信人的头发剃掉，在送信人的头皮上写下秘密信息，然后在送信人的头发长出来之后派他去送信，然后在收信人能看到秘密信件的地方剃光头发。
这种直接掩盖信息的方法被称为“隐藏法”。这是最早的加密方法，一直使用到现代。如今，我们在看谍战片的时候，经常会看到间谍用隐形的方法传递情报，比如用隐形墨水写信，或者把信息塞进胶囊，让特工吞下去。
隐藏的寿命长意味着这种方法真的很安全。然而，隐藏方法有一个根本的弱点。一旦敌人搜索得更仔细，情报就会暴露。就像玩捉迷藏一样。只要对方认真寻找，总能找到一些线索。
于是，人们开始思考另一种方法。有没有可能即使敌人发现了白纸黑字的信息，他还是听不懂我在说什么？
沿着这个思路，各种密码应运而生。
手动密码时代，密码种类繁多，但原则上基本可以分为两类，一类是“移位法”，另一类是“代换法”。
最简单的移位方法就是用后面的字母表示每个字母，这样A就变成了B，B就变成了C，像“get”这样的拼音DEDAO就变成了EFEBP。如果别人看到了，会觉得没有意义，不能理解它的意思。传说这种方法最早是凯撒发明的，所以用移位法加密也被称为“凯撒密码”。
另一种方法是替代法。随机匹配字母，然后用匹配的字母替换邮件中的原始字母。比如我们可以给A指定V，给b指定T，因为代换规则是人指定的，所以更灵活，更难破解。
然而，位移法和替代法在本质上都有一个弱点。也就是说，这些拼音字符是由字母组成的，每个字母的出现频率是不同的。比如在英语中，字母A和E的出现频率远高于字母X和z，所以无论用什么样的方法移位或者替换，只要用一套加密方案进行加密，通过统计密文中字母的出现频率就可以找到破解的方向。于是人们发明了基于移位法和代换法的新一代加密方法。这种方法是由一位名叫弗吉尼亚的法国外交官发明的，因此被称为“弗吉尼亚加密法”。
Virginia Encryption的创新之处在于为每个字母设置了一套加密算法。
字母a可以用a或z代替，总共26个字母，也就是26种加密方案。通信双方需要商定一组数字，以便知道每个字母应该使用哪种加密方案。
我们以拼音DEDAO为例。让我们商定一组数字，比如10086。这样，第一个字母d被最后一个e代替，第二个字母e或e，第三个字母d或d，第四个字母a被最后八个I代替，最后一个字母o被最后六个字母u代替，在10086的方案下，DEDAO被加密为EEDIU。
这个10086叫“钥匙”。只有拿到钥匙，你才能知道怎么解密。
弗吉尼亚加密法确实提高了密码的安全性。然而，安全性和便利性往往是矛盾的。弗吉尼亚加密方法提高了安全性，提高了使用门槛。例如，我们只有五个字母，所以密钥只需要五个数字。如果是一封几百字的长信呢？钥匙也会变得很长，那么如何才能成功的把钥匙交给别人呢？这就产生了新的问题。
而且在人工书写的时代，背26套加密算法不仅费时费力，还容易出错。因此，弗吉尼亚加密虽然更安全可靠，但在手动加密时代并没有得到广泛应用，直到机械时代到来才开始大放异彩。
第二部分
接下来，我们来看看密码学的第二个时代，机械时代。
20世纪，在战争中对加密和解密的需求变得更加强烈。一方面，各种机器的出现可以提高我们的效率。比如前面提到的弗吉尼亚加密方法，不需要靠手，可以用专门的机器辅助加密。另一方面，科技的进步也使得需要加密的场合越来越多。例如，无线电在战争中被广泛用于通信，战争双方都可以接收无线电信号。如果没有强大的加密手段，就相当于完全暴露在对方的眼皮底下。
有人说第一次世界大战可以称之为化学家的战争，因为芥子气第一次出现在战场上；第二次世界大战可以称之为物理学家的战争，因为原子弹的出现结束了战争；如果有第三次世界大战，那一定是数学家的战争，而数学家会控制战争中最关键的武器，那就是信息。
其实第二次世界大战已经是数学家的战争，加密和解谜的拔河直接影响了战争的走向。最精彩的案例是英国密码学家在德国破解了英格玛密码机。这也是密码学史上最著名的攻防战争，可以说直接影响了人类历史的进程。英格玛是一台机械和电子加密机器，由一堆齿轮、电线、灯泡、转盘和摇杆组成。用机器做繁琐的加密工作以前也做过，只是因为没有量产，所以也不受欢迎。英格玛机是第一台量产的加密机。从此，密码学不再依赖于纸笔的操作，使用机械电子加密的时代正式到来。
英格玛密码机看起来有点像打字机，里面有键盘、显示设备和很多机械电子零件。
每次操作员击倒一个字母，经过机械和电子转换后，显示装置上会显示出相应的字母，这就是加密代码。听起来不像什么。英格玛最棒的是核心加密部分叫编码器，编码器的核心是齿轮。每个字母被敲下后，齿轮转动一格。齿轮的转动会改变密码机内部的接线，加密的结果也会不一样。
英格玛是弗吉尼亚加密的延续。加密时，每个字母都被更改为新的加密算法。然而，英格玛的加密方法更加复杂。早期的英格玛只有6个档位，也就是说有6种加密算法。在下一代英格玛中，档位增加到了26格，但还是觉得不够，于是在顶部增加了一个26格的二档，也就是说加密算法增加到了26乘26，也就是676套算法。这样的英格玛密码机只能商用。德国军用密码机有8个档位，换句话说，一台机器包含2000多亿种加密算法。
这是什么概念？要知道，最新的《大英百科全书》有6000多万字。即使一个单词有10个字母，我们也不能通过把大英百科全书打300遍来用完2000多亿种加密算法。
英格玛密码机使用的加密方法其实是传统的方法，即替代和移位。尽管英格玛密码机在“质量”上没有取得很大的突破，但在机械和电子的加持下，它在“数量”上有着前所未有的优势。
单从理论上讲，这样的机器几乎是无懈可击的。
英国情报部门是如何破解英格玛的？
首先是波兰、法国和英国之间的接力合作。通过间谍活动和军事攻击，法国人得到了真正的英格玛密码机。后来法国人甚至拿到了英格玛机军用版的使用说明书和操作指南，但使用说明书只能帮助他们了解英格玛的工作原理，并不意味着他们能破译密码。因为有2000多亿个密码，你不知道德国人用的是哪一个。一开始，德国人只是在假设敌人也有同样的机器，无法破解的情况下，才批准使用恩尼格玛机器。波兰密码学家曾在一定程度上尝试破解密码。这给了盟军很大的希望。英国开始大量招募语言学家、人文学家、科学家和数学家，并组建了一支7000人的破译密码队伍。每天，被军方截获的各种德国通信码源源不断地送到这里。这些学者夜以继日地工作，希望从混乱的信息中找到规律。
最终找到钥匙的是艾伦图灵。他是一位著名的数学家，被公认为计算机科学的创始人。
在研究了之前破解的信息后，图灵注意到截获的德国信息有很多规律性。像“希特勒万岁”这样的句子经常出现。另外，每天早上六点，德国人都会发一份当天的天气报告，格式非常固定。甚至光凭经验，我们就能判断出德语中哪个词是天气词WETTER。这样，知道了WETTER这个词和加密的密文是什么，图灵就可以找到一种方法来逆转英格玛的加密算法。
最愚蠢的方法当然是尝试改变这个英格玛的设置，然后输入WETTER这个词，看看在什么情况下得到的结果和加密后的代码一样。但正如我们所说，加密算法是以十亿为单位计算的，根本不可能一一尝试。
图灵找到了一种思考方式。前面我们说过，恩尼格玛密码机是依靠齿轮的转动来调整加密方案的，这个方案的调整一定要有序。在加密WETTER这个词的时候，如果W的加密是方案一，那么它后面的E的加密一定是方案二。这样，图灵，他们要找的，就是六个连续的方案。而且他们发现德国人在设计恩尼格玛的时候，也坚持了一个原则，那就是加密后的代码不可能和加密前一样，也就是说用字母E加密的代码永远不可能是字母E，这就缩小了他们的搜索范围。
总之，经过一番努力，图灵将加密的可能性从几千亿降低到了105万。
当然，如果是人工计算的话，105万还是一个天文数字。为此，图灵专门设计了一台用于破解的机器，可以理解为早期的专用计算机，代号为“炸弹”。“炸弹”越多，破解就越快。为了让这些“炸弹”发挥到极致，图灵需要更多的人力和资金。为此，他和其他科学家甚至写信给丘吉尔首相寻求帮助。丘吉尔迅速向英国参谋长下达命令，要求军方以最高优先级满足图灵的所有要求。
图灵和他的同事一共制造了49枚“炸弹”，以最快的速度，只用了一个小时就破解了德国人当天使用的密码。
接下来，我们再来看密码的第三个时代，也就是密码的智能时代。
前边咱们说到恩尼格玛密码机的时候，说恩尼格玛其实对于密码学，只有「量」的提升，没有「质」的飞跃。而计算机的出现，把密码学推进了智能时代。在质和量的层面上，都让密码学变得不一样了。
咱们先来说「量」的提升。
用计算机程序就可以百分百模拟一个恩尼格玛密码机，而且，恩尼格玛受限于它的机械结构，在制作的时候，总是有这样那样的限制，计算机程序可以不受这样的限制，比如，计算机模拟的恩尼格玛机，可以不只有8个齿轮，100个齿轮都是可以实现的；每个齿轮上也不只是26格，可以是50格甚至100格。这些放在一起，可以形成的加密方案就是天文数字了。
而且，在计算机模拟中，还可以让齿轮完成不可思议的动作。比如有的齿轮顺时针转，有的齿轮逆时针转，有的齿轮越转越快，有的齿轮转十格之后就让它消失。这些规则在现实环境中，用机械是根本没法造出来的，但是用计算机却能仿真出来，这就使得安全度大大提升。而且计算机的运算速度比机械的加密仪器要快得多，能用更短的时间执行更复杂的加密任务。
前边说的这些还是「量」的提升，密码进入智能时代之后，还有质的飞跃，最开始的飞跃，就是字母不再是加密的最小单位了。
前边咱们说到的各种加密方式，不论是手工的还是机械的，都是用字母来替换字母。但是计算机是二进制的，一切的信息都可以用0和1来表示。每个字母在计算机里边其实也是一串0和1组成的代码。目前通用的代码叫「美国标准信息交换码」，每个字母都是用7位0101的代码来表示。比如小写的a是1100001，大写的A是1000001。
我们用计算机加密的时候，面对的就不再是一个个字母，而是一个个的0和1，这7位数的代码，我们可以只加密前3位，或者只加密奇数位。加密的方法就更加五花八门了。
你看，计算机的出现，把信息数字化了，打破了语言规律的底层结构，所以说，数字化使得密码学进入了新的时代。
除此之外，在智能时代，密码学还有一个更大的颠覆，那就是加密的过程可以不再保密了。
前边咱们提到那么多加密方法，都有一个特点，那就是千万不能让别人知道我们是用什么规则加密的，到了恩尼格玛密码机的时代，德军还要想方设法保密，不让敌人搞到机器的内部结构和使用说明。
可是进入智能时代之后，今天的加密手段，可以完全把自己的技术细节公开。打个比方来说，我给我认识的所有朋友都发了一把锁，跟他们说，你们以后给我写信呢，就寄个盒子过来，用这个锁把盒子锁上。
锁有无数把，但是钥匙只在我手里。而且我有自信，别的人不管怎么研究我的锁，也没法配出开锁的钥匙。
原理我们是搞明白了，但是这中间有一个关键的问题：你要怎么做，才能保证别人看到了你的锁，却还是配不出你的钥匙呢？
这其中最核心的原理，叫做「分解质因数」，什么意思呢？所谓质数，就是除了1和自己以外，没法被别的自然数整除的数。举个例子，12可以表示为3乘以4，那它就不是质数。13只能表示为1乘以13，所以13是个质数。同样，22不是个质数，23是个质数。
那如果我们用13乘以23，可以得到299，这个很容易计算。但是如果反过来，我问你说，你知道299是哪两个数的乘积吗？这个计算就非常麻烦，甚至只能用笨办法一遍遍地试。这个过程就是分解质因数。
数学家就发现，把两个质数乘起来，这个计算很容易，但是拿着结果反推，这个过程要难得多。新一代的加密手段，就利用了这个原理，两个质数相乘得到的那个大数，就是公开的「锁」，具体是哪两个数的乘积，这就是那个保密的钥匙。
这套加密算法，是由美国麻省理工学院的三位科学家罗纳德·李维斯特(Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）发明的，因为他们三个人的姓氏首字母分别是R、S、A，这套算法就被命名为RSA加密算法。
你可能会觉得，这么听下来，想要找到答案，麻烦虽然是麻烦，但是似乎也不太困难啊？用RSA算法进行加密的时候，用的那个数其实要大得多，数字越大，分解它要花的时间就会长得多。
1977年，为了验证这个算法到底有多可靠，三位科学家给一份科学杂志投稿了一篇文章，解释了RSA系统的工作原理，还给读者提出了一项挑战，在文章里发布了一串密码文，还给了一个129位的大数，也就是公开的那把锁，他们公开悬赏100美金，邀请大家来破解。
他们的密码最终有人破解了吗？其实是有的。但是，最终成功破解的，是一个600人组成的团队，他们借助了全球各地的计算机，甚至还动用了超级计算机，就这样，他们还花了17年的时间，才成功破解了这个密码。
你想，如果真的是在战场上，17年后才破解的军事情报，早就已经失去了效果。更何况，今天人们在使用RSA算法时，使用的那个数，远远不止129位，往往会使用300位以上的大数。想要分解这样一个数，大约需要把全球所有的计算机都集中起来，一块工作上亿年才能得到答案。
目前看来，RSA是一种非常可靠的加密算法，所以被广泛应用在各种场合，像我们使用网银支付、手机支付，背后都有RSA算法在给我们保驾护航。
结语
到这里，这本《码书》其中精华的部分，我就为你解读完了。
读完这本书，我有一个感受。
编码与解码的战争，是一场永远没有终结的拉锯战，RSA算法固然已经非常安全，但是已经有科学家在研究如何用量子计算机攻破RSA算法。想要找到一劳永逸无比安全的加密方式，几乎是不可能的。人类只能在这场战争中继续向前。
而在这场战争中，有很多因素起到过关键作用，比如数学，比如物理学，比如机械学，比如计算机科学，可是最关键的因素，还是人。攻破密码，靠的是己方的勤劳和智慧，也靠的是敌方露出的破绽，在这本书里，有一句话让我印象深刻：「尽管我们发明了窃贼打不开的锁，这不代表你就可以乱放钥匙。」不论技术如何向前演变，这场战争永远是人和人之间的战争，每一次的失败暴露的都是人性的弱点，而每一次的胜利，本质也是人类的胜利。
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