过去几百年的技术发展和进步带来了越来越多的解密、编码和传输信息的手段。随着最现代战争技术的出现以及通信和接收便利性的提高，对加密的需求从未如此强烈。自 1900 年开始，随着无线通信的兴起，迫切需要一种加密技术来取代老式且耗时的手写密码来确保通信安全。从这一历史时刻开始，各国开始认真投资机械密码机的开发。

与许多现代产品一样，很难弄清楚谁先发明了它，但使用旋转磁盘加密信息的概念几乎同时在许多国家发明。领先的发明者是美国的爱德华·赫本 、瑞典的阿维德·达姆 、荷兰的雨果·科赫和德国的阿瑟·谢尔比乌斯。

第二次世界大战使密码学在现代文化中得到宣传和普及。据说盟军能够捕获、解密和拦截轴心国通信，让二战的结束提前了几年，下面我们来快速了解一下那个时代的一些著名密码设备。

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洛伦兹密码机

洛伦兹密码机是二战期间德国人用于电传打字机电路的工业级密码机。不要将其与较小的同类恩尼格玛密码机混淆，洛伦兹密码可能最好与虚拟专用网络进行比较。

人们经常将它与著名的恩尼格玛密码机混淆，但与恩尼格玛密码机（便携式野外设备）不同的是，洛伦兹密码机可以接收键入的消息，对其进行加密，然后将其发送到另一个远程洛伦兹密码机，后者随后会解密信号。它使用与明文进行异或运算的伪随机密码。该机器将作为洛伦兹电传打字机的附件内联插入。

根据洛伦兹密码机的照片绘制的渲染图

管如此，英国密码学家艾伦·图灵及其团队成功破译了恩尼格玛密码。他们设计了“炸弹”（Bombe）机器，模拟恩尼格玛机的内部结构和工作原理，从而还原出德国情报机关的通信内容。

破译恩尼格玛密码对盟军在第二次世界大战中的胜利起到了关键作用，帮助盟军提前了解德军的军事行动，从而采取相应的对策。密码学发展：恩尼格玛机的出现推动了密码学的发展，使得密码学家们意识到传统的手工加密方法已经无法满足现代战争的需求。破译恩尼格玛密码的过程不仅展示了密码学的复杂性和挑战性，还促进了计算机科学的发展，为现代加密技术奠定了基础。

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杰斐逊盘密码机

在现代计算机出现之前，已经存在简化加密使用并使更复杂的加密方案可行的机器。最初，此类设备是简单的机械机器，但随着技术的进步，我们开始看到电子设备和更复杂的系统。

杰斐逊盘是托马斯·杰斐逊于 1795 年发明的，是一种纯机械的加密机。它由一系列圆盘组成，每个圆盘的边缘都标有从 a 到 z 的字母。

杰斐逊圆盘

每个磁盘上的字母排列顺序不同；每个磁盘还标有唯一的指示符，以便按特定顺序排列它们。杰斐逊制造的设备包含 36 个磁盘，每个磁盘代表消息中的一个字符。

为了加密消息，将字符排成一行，横跨磁盘组，以创建明文消息。如图5.3中A行所示，然后选择另一行字符作为密文，如图B行所示

这种密码形式的关键在于磁盘的顺序。只要加密和解密设备的磁盘上的字符顺序相同，磁盘本身的顺序也相同，我们解密信息所需要做的就是将磁盘按照与密文相同的顺序排列，然后查看行以找到明文信息。当然，这只是替代密码的更复杂版本，通过使用机械辅助手段才有可能实现。

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恩尼格玛密码机

德国制造的恩尼格玛（Enigma）密码机是密码机中一个更复杂的机型，用于军事通信加密，最初由德国工程师阿瑟·舍尔比乌斯于1918年发明，最初用于商业和外交领域的加密通信。

20世纪20年代，德国军方开始使用恩尼格玛机进行军事通信加密。1926年，德国军方引入了第一代商用恩尼格玛密码机，主要用于陆军和海军的机密通信。在第二次世界大战期间，恩尼格玛机被纳粹德国广泛用于加密军事命令和战略信息，确保通信的安全性。

事实上，恩尼格玛密码机有多种型号，还有各种可附加的配件和附加装置。恩尼格玛机的加密方式非常复杂，每次按键后转子的位置都会改变，使得每个字母的加密方式都不同，极大地增加了破译难度。

恩尼格玛密码机由一系列称为转子的轮子组成，每个转子上有 26 个字母和 26 个电触点，其总体概念与杰斐逊圆盘类似。该设备还有一个键盘，用于输入明文消息，键盘上方有一组 26 个字符，每个字符都可以点亮。为了增加更多可能的变化，一些型号还配备了接线板，允许通过将电缆插入不同位置来交换部分或全部字母。在每个转子上，包含字母表字母的环也可以独立于电触点旋转，以改变所选字符和字符输出之间的关系。

1932年版本的恩尼格码机

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图灵如何破解恩尼格码机

破解恩尼格玛密码机似乎是一项不可能完成的任务，但当时一些最聪明的人除外，就在英国对德宣战的第二天，曼切斯特的数学家艾伦·图灵就到布莱切利园报到，那里是二战期间密码破译的绝密中心。

Bombe计算机

艾伦·图灵制造了一台名为Bombe（图灵甜点）的设备，这台机器能够使用逻辑来解密恩尼格玛生成的加密信息。然而，真正实现突破的却是人类的理解。这种机器可以用1.5亿种方法破译密码，而当时德国的电子组码机只能提供1720万种组码方法。

布莱切利园团队对信息中包含的某些单词做出了有根据的猜测。例如，他们知道德军每天都会发送“天气预报”，因此截获的加密信息几乎肯定会包含德语单词“天气”。他们还知道大多数信息都会包含短语“希特勒万岁”。在加密信息中寻找这些模式有助于团队计算出恩尼格玛密码机的每日设置。

另一项突破是发现数字是拼写成单词的，而不是使用机器上用来表示数字的单个字母。了解到这一点促使图灵回头查看所有已解密的消息，他发现德语单词“一”——“eins”——几乎出现在每条消息中。由此，他创建了Eins目录，帮助他实现了抄袭过程的自动化。

恩尼格玛密码的弱点也帮助团队破解了它。例如，一个字母永远不会被编码成它自己，这有助于减少一些可能性。当然，并非所有的密码破译工作都发生在布莱切利园，当需要紧急破译某些密码时，英国皇家空军会通过在德军先前扫荡过的地区埋设地雷来协助密码破译员。这将促使德国军官发送包含密码破译员可以识别的单词或短语（如已知明文“地雷”）的消息，从而帮助他们破译机器密码。

出于安全考虑，二战后丘吉尔下令将所有“图灵甜点”解码机全部销毁。原装的解码器全部被拆卸，也没有设计草稿留存下来（现在展示的机器都为复制品）。艾伦·图灵也因其在该领域的开创性工作而被公认为现代计算之父，他制作了存储程序计算机的第一个详细设计，并在有生之年成为人工智能领域的顶尖专家。

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人工智能破解恩尼格码要多久？

Bombe算不算计算机，这是后人的疑问。事实上，Bombe机器的功能比ENIAC（1946年诞生的世界上第一台现代电子数字计算机）确实弱很多，基本上，Bombes是机械FOR循环，带有机电IF语句，只能算拥有计算机的基因。FOR循环的完整“运行”有17576种可能性（26×26×26），大约需要20分钟，每秒大约运行15次，比Eniac慢 20 倍。

相比之下，iPhone A15芯片的人工神经网路每秒可以执行15.8兆次运算速度，比这台机器运算速度大约快40亿倍。换句话说，整个战争期间所有Bombes产生的所有计算能力的总和大约相当于一台iPhone13播放10秒YouTube视频所需的计算能力。

现代计算能力和人工智能当然可以非常快速地破解二战密码。最近，在伦敦帝国战争博物馆，一台经过《格林童话》（德语版）训练的人工智能利用2000台云服务器，在 12 分 50 秒内就破译了一条试用的四转子（海军）恩尼格码机器的信息。