“谜”与“如谜的解谜者”（一）

花卷

短暂的和平

话说，我们讲了两个“一战”期间的密码战故事。一个是德国外长齐默尔曼勾结墨西哥怼美国的密电，被英国海军情报部门“40号房间”截获、破译，然后一转手捅给了美国总统威尔逊，导致美国对德国宣战。另一个是德军在皇帝会战中用来传递作战指令的ADFGVX密码被法国情报局破译，间接地导致了一场关键性战役的失利。这两个故事里，德国似乎都是那个倒霉蛋，自己辛辛苦苦整出来的密码系统最后都让别人破译了，相当于在敌人面前裸奔，这能不吃败仗么？看到这里，你们肯定要问了：难道说德国人的情报水平就这么烂吗？难道英法他们用的密码就特别厉害，德国人都没办法破译吗？

你还别说，到了和平年代，以前打仗时那些破事儿就都被拿出来讨论了。这一讨论不要紧，大伙儿惊奇地发现，德国人在“一战”期间根本就没有花精力去破译敌人的密码！换句话说，德国人的思路是：我们的密码特别强大，你们都破不了，而且我也一直在升级密码系统啊！我们的指挥官特别厉害，你们怎么安排行动，我们都不care啊！你说这是哪儿来的迷之自信啊！结果怎么样大家也都看到了，看来当这个“倒霉蛋”可绝不是因为“幸运E”，而是智商需要充值啊！

不过，这些事儿德国人也是后来才反省的，“一战”刚结束那会儿，德国人还天真地认为，我们的密码根本就没有被敌人破译，一切失败都是战略和战术的失败，就比如齐默尔曼的密电，美国人还不是踩了狗屎运才从墨西哥的电报局偷出来的？他们有天大的本事也破译不了我们如此复杂的外交密码啊！实际上，看过前面的故事大家都知道了，美国人确实没破译密码，破译密码是英国人干的，而且狡猾的英国人还表演了一出套路，专治一根筋冒傻气的德国佬。

民间高手

虽然德国军方在情报方面各种犯蠢和自以为是，但俗话说“高手在民间”，论搞技术，德国人还是有两把刷子的。1918年2月，就在“一战”西线战事胶着万分，德军准备发动最后一波攻势的时候，有个叫阿图尔·谢尔比乌斯（Arthur Scherbius）的德国工程师提交了一份专利申请，讲的是他发明的一种转轮密码机。

谢尔比乌斯1878年出生于德国法兰克福，从小就立志要当一名伟大的工程师。他大学本科学的是电气工程，后来又在汉诺威大学拿到了工学博士学位，要知道那个年代的博士可比现在值钱多了。谢尔比乌斯的老爹是做生意的，家里应该还是有一定的底子，而且谢尔比乌斯也从小耳濡目染了老爹的商业头脑，因此他这个密码机，当然不是随便搞着玩的，而是要把它搞成个正经的产品，推到市场上狠狠地赚上一笔。

于是，就在1918年提交了专利申请之后，谢尔比乌斯跟朋友合伙开了个公司，字号特别直白，就拿两个人的名字拼一块儿，叫“谢尔比乌斯&里特”（Scherbius&Ritter;），他们这个公司的主要业务就是生产和销售自己发明的那种密码机。好产品自然得起个响亮的品牌，我们中国很多品牌喜欢起个洋名，显得特别高端洋气，谢尔比乌斯也没能免俗，他也给自己这个密码机起了个“洋名”，就叫“Enigma”。这个词来自特别高端洋气的希腊语，是“谜语”的意思，你看，听起来特有神秘感是不？

那么，谢尔比乌斯打算把这个密码机卖给谁呢？想想看，谁会经常用密码来通信呢？这不明摆着的嘛，军队呗！于是谢尔比乌斯他们就先跑到德国海军上门推销去了。不过我们刚才说了，德国军方这时候还处于自我膨胀的糊涂蛋状态，对升级密码系统没太大兴趣，不过一看有人来推销密码机，也觉得这玩意儿挺新鲜的，要不这样，这位同志，你先来介绍一下你发明的这个东东到底怎么个厉害法吧。

一代神器Enigma

对密码战历史稍微有点了解的人应该都听说过Enigma这个名字，不说如雷贯耳家喻户晓吧，至少它也可称得上是“一代神器”。既然Enigma如此经典，那它自然有独到的过人之处，甚至可以说，它是一个“划时代的伟大设计”。那么，它到底伟大在哪里呢？

德军在“一战”期间使用过很多类型的密码，有外交部和海军用的那种密码本（本质上就是用数字来替换单词的置换密码），也有像ADFGVX这种把换位和置换结合起来用的复合密码，但是无论是哪种密码，置换的部分基本上都是用的单表。我们之前讲“多表密码攻防战”的时候曾提到过，单表置换密码在频率分析面前几乎是不堪一击，而更安全的多表置换密码早在文艺复兴时期就已经出现了，到了“一战”的时候，像维热纳尔方表这种多表置换密码也早已经很成熟了，可为什么军队会放着这么好的东西不用呢？

答案很简单，因为多表密码的效率太低，不好使！想想看，以前用书信通信的年代，人们对效率没什么追求，反正信寄到对方手里要花很久时间，你加密解密的效率再高也没啥用。然而，进入电报时代，情况就完全不一样了，电报那是光速啊，速度一下子就甩开书信N条街。于是，在信息本身的传输速度已经达到几乎“瞬时”的情况下，人们就自然而然地会发更多的消息，特别是军队里，大事小事都得发电报指示，加密解密太慢就成为信息传输的瓶颈，那可就真的耽误事儿了。

既然多表密码哪儿都好，就是太慢，那只要给它提提速，不就完美了吗？工业革命的浪潮滚滚向前，这时说到提速，人们首先想到的当然是用机器。你看机器都能替代大批的纺织女工，把布织得又好又快，那能不能用机器代替人手来做加密解密呢？不知道大家还记不记得我们之前讲过的阿尔伯蒂密码盘（不记得的话往回翻一下《多表密码攻防战（一）》），那玩意儿被誉为最早的实用多表密码装置，它的用法就是写几个词转一下密码盘的位置，这样就能切换置换表了。想到这里，有人一拍腦袋，说我做个自动转的密码盘不就行了吗？

不用说，这个拍脑袋的人就是谢尔比乌斯，当然，也不光是他，其实那个时候有很多人都在研究这个，但是谁第一个做出东西来谁就是老大呀。谢尔比乌斯的基本思路就是做这么一个能自动转的阿尔伯蒂密码盘，然后这玩意儿就像一台打字机一样，有个键盘，按下一个字母，打出来的却是另一个字母，然后上面的密码盘就自动转一个格，哇，太炫酷了！

按一个字母打出另一个字母这个脑洞虽然很棒，但实现起来比较困难，因为打字机是个机械系统，要动态改变键盘和打字的小锤子之间的连接实在不容易，最关键的是，它太容易坏啊！不过，条条大路通罗马，谢尔比乌斯就想了另外一条路：我在密码盘后面接上电线，前面连接键盘，后面连接一组上面标着字母的灯泡。键盘一按，通过电线连接，后面一个灯泡就亮了，然后那个密码盘一转，接线的方式就会改变，于是再按同一个键，后面会亮另一个不同的灯泡。

此图就是Enigma上用的密码盘，我们一般管它叫“转轮”（rotor）。你仔细看，这个转轮的一侧是金属针，另一侧是金属触点，里面的线是乱序接的，也就是说，一个金属针并不连接到同一位置上的触点，而是连接到另一个位置的触点。这样一来，前面键盘上按下一个字母，经过转轮之后就变成了另一个字母，然后当转轮旋转之后，所有的触点又会被重新连接，这就相当于换了一张置换表。

转轮上的每一格都标有一个字母，很明显，一个转轮可以产生26组不同的置换表。谢尔比乌斯觉得这个数量还是太少了，不能给别人留下暴力破解的机会！那怎么增加置换表的数量呢？你可能会说，多加几个转轮就可以了呗。这办法没错，不过要注意的是，我们需要让这几个转轮按不同的速率来转，就类似钟表上的指针，秒针转一圈，分针走一格，分针转一圈，时针走一格，有这样的进位关系，几个转轮才能遍历所有的排列组合。

于是，谢尔比乌斯在他的Enigma密码机上装了3个转轮，转轮之间就通过那个金属针和触点相互连接，一个字母从键盘上按下之后，要依次经过3次置换，最终变成另一个完全不同的字母，更重要的是，每次按键之后还会自动切换置换表.即便你连续按下5个A，它也能给你变成像GUITP这样5个完全不同的字母，超神奇有没有！

神奇的反射器

好了，现在我们已经有了一台可以自动切换置换表的密码机，但细心的你一定会发现，现在还有一个问题没解决呢——我们的密码机只能加密，不能解密啊！确实，你可以把5个A变成GUITP，可是你怎么把GUITP变回5个A啊？只能加密不能解密的密码机根本没法用嘛！要解决这个问题有两个办法，一个办法是重新设计一台解密机，不过这样一来，用户就得带两台机器才能收发消息了，这个画风实在太low。第二个办法呢，就是把这台机器设计成两用的，既能加密也能解密，这样用户就不用多带一台机器啦。

据说，谢尔比乌斯自己也没想出什么好主意来解决这个问题，不过他公司里的一个小伙伴倒给他出了一个点子。这个设计特别天才，但有趣的是，这个设计后来居然成了破解Enigma的一个重要弱点。（哎呀，不小心剧透了。）那究竟是个怎样的设计呢？如果我们要让这台机器能够“一机两用”，最直接的思路就是把它设计成一个“自反”的结构。所谓“自反”，就是说比如我在某个状态下按下A键，B灯泡亮，那么在同样的状态下（转轮的位置都相同），如果我按下B键，那么A灯泡就应该亮。这种设计的巧妙之处在于，我依次按下明文中的字母，机器就会帮我变成密文，也就是加密的过程；反过来，如果我依次按下密文中的字母，机器就会帮我变回明文，也就是解密的过程。

問题来了，这个“自反”的机制怎么实现呢？小伙伴跟谢尔比乌斯说，咱们在最后一个转轮的后面加一个反射器，把电流反射到另一个触点，然后沿着转轮再一个一个走回去，一直回到键盘。键盘的地方咱们做一个双掷开关，平时键没按下去的时候，电路跟灯泡是接通的，于是，被反射回去的电流就会直接点亮相应字母的灯泡。

如果上面一段看得有点晕的话，咱们看这张简单的示意图吧。按下A键，电流依次跑过右、中、左3个转轮，到达最左边的反射器，然后从另外一条路线又依次跑过左、中、右3个转轮，最后回到键盘这里的G，于是就点亮了与字母G相对应的灯泡。假设这个时候我按下G键，那么电流就会按照完全相反的路线跑回到A的地方，点亮A灯泡。你看，这样不就实现了“自反”么？只需要一台机器，就可以同时完成加密和解密啦，简直完美！

（那么，谢尔比乌斯有没有成功地把他的密码机卖给德国海军呢？接下来又会发生怎样的故事呢？我们下期继续讲。 ）