大家好，這篇要來和大家聊聊密碼學是什麼

這篇主要是講解密碼學的發展史，還有釐清一些專有名詞的意思，所以可以輕鬆一點，當成是在看故事就好

密碼學是什麼？

：密碼學這個詞看起來好像很厲害，它是在教你怎麼設安全的密碼嗎？

完全不是！大錯特錯
著名的密碼學家羅納德·李維斯特（Ronald Linn Rivest）曾經對密碼學的意思進行解釋：「密碼學是關於如何在敵人存在的環境中通訊」

所以密碼學指的是：「在傳遞資料時，透過加密、解密，來達成機密性的過程」

分類

而密碼學可分成「古典密碼學」和「現代密碼學」，就和音樂被分成「古典音樂」和「現代音樂」是一樣的，都是透過歷史的演變去區分

名詞釐清

那在開始講密碼學的歷史前，我想先和大家釐清以下幾個名詞：

• 密碼
• 明文（plain text）/ 密文（cipher text）
• 加密（encryption）/ 解密（decryption）
• 金鑰（key）

1. 密碼
它目前是一種被廣泛使用，但定義不明確的用詞
舉個例子，密碼學（Cryptography） 的「密碼」兩個字，其實不是指 password 的那個密碼，而是指希臘語的 kryptós「隱藏的」、gráphein「書寫」

再舉一個例子，密碼機（Cipher Machine） 的「密碼」其實指的是「加（解）密」的意思，而登入帳密（Account Password） 的「密」指的是「通行碼」

是不是覺得有夠複雜？其實只要用英文看，就不容易被混淆了

• 密碼學（Cryptography）
• 密碼機（Cipher Machine）
• 帳號密碼（Account Password）

被混淆時可以上雙語辭典查，會比較好理解

2. 明文（plain text）/ 密文（cipher text）
明文（plain text）：指一眼就能看懂，沒有經過加密的文字
密文（cipher text）：指無法立刻看懂的文字，是明文經過加密處理，所得到的結果，如果想理解其內容，就要先將密文解密回明文

3. 加密（encryption）/ 解密（decryption）
加密（encryption）：指在資料傳輸的過程中，使用特殊編碼技術，將明文的資料轉換成無法一眼看懂的密文
解密（decryption）：指使用和加密相同的編碼技術，將無法一眼看懂的密文，轉換成一眼就能看懂的明文

4. 金鑰（key）
無論是在加密，還是解密，都需要使用金鑰，它的長度和安全性的強度成正比，當它的長度越長時，加解密會越耗時，但是越不容易被破解

既然介紹完名詞，那就開始講密碼學的故事啦
這裡我們先從歷史最悠久的「古典密碼學」開始講起

古典密碼學

早期密碼學是被使用在戰爭上，為了避免在書信往來時被敵人攔截，進而看到裡面的作戰機密，因此會將書信內容進行加密

凱薩加密法

凱薩加密法（Caesar cipher）就是因為這個原因，被凱薩大帝發明出來的
它的原理是使用字母的位移，依序向右位移3格，進而達到加密的效果

（圖片來源：https://xxxxtim.github.io/2020/01/30/caesar%20cipher/#%E5%8E%9F%E7%90%86）

舉個例子，假設今天有個明文是abcd，那它經過加密取得的密文就是defg
相反的，將密文defg進行解密，就會得到明文abcd

摩斯密碼（Morse code）也是一種編碼，透過對照摩斯編碼表去進行加密，如果想要解密，就在摩斯編碼表找到對應的英文單字即可

Enigma

而在第二次世界大戰時，德軍發明了一個加解密器，叫Enigma密碼機，其目的是為了加密傳給友軍的電報內容，不讓敵軍知道他們的作戰機密為何

這裡會略提一下 Enigma 的加密方式
假設要進行加密，就要先從密碼簿裡選擇一個「每日金鑰」，並設定在轉盤上

Enigma 的轉盤只有三個，所以每日金鑰會由三個英文字母所組成（通訊金鑰也是）

既然已經在 Enigma 設定好每日金鑰，那就要決定一組通訊金鑰進行加密，假設是PSV
那就要將PSV在鍵盤上輸入兩次（即PSVPSV），並對其進行加密，而加密後的六位數通訊金鑰為ATCDVT

取得「加密過的六位數通訊金鑰（即ATCDVT）」後，重新設定Enigma的金鑰，這次使用的不是每日金鑰，而是使用「通訊金鑰PSV」，再對其明文進行加密

再把「加密後的六位數通訊金鑰（即ATCDVT）」和「加密後取得的密文」進行結合，傳送給友軍

加密流程

所以 Enigma 的「加密」流程為：

1. 先在密碼簿選擇「每日金鑰」，並設定在 Enigma 的轉盤上
2. 決定今天的「三位數通訊金鑰」，並在鍵盤上輸入兩次，對它進行加密，取得「加密後的六位數通訊金鑰」
3. 重新設定 Enigma 的轉盤，這次使用的是今天的「三位數通訊金鑰」
4. 加密明文
5. 將「加密後的六位數通訊金鑰」和「加密後取得的密文」進行結合，並進行傳送

解密流程

而 Enigma 的「解密」就是把「加密」流程的順序作「顛倒」而已：

1. 先將接收到的內容進行分解，拆成「加密後的六位數通訊金鑰」和「加密後取得的密文」
2. 在Enigma的轉盤上設定好「每日金鑰」，再對「加密後的六位數通訊金鑰」進行解密，取得「未加密的六位數通訊金鑰」，並對其取「三位數通訊金鑰」
3. 重新設定Enigma的轉盤，這次使用的是剛剛拿到的「三位數通訊金鑰」
4. 對「加密後取得的密文」進行解密，取得「未加密前的明文」

小知識

因為 Enigma 密碼機的出現，突顯了秘密通訊的重要性
而各國為了破解 Enigma，催生了現代電腦的出現，讓古典密碼學進入到現代密碼學

最終，Enigma 被英國知名學者艾倫·麥席森·圖靈（Alan Mathison Turing）破解，他發明了「炸彈（Bombe）」解密機，透過這台機器不斷的嘗試可能的金鑰組合，再經過不斷地改良，使得 Bombe 的計算能力大幅提升，到戰爭後期 Bombe 僅需花 20 分鐘就可以完成計算，成功破解德軍的每日金鑰，並得知德軍的加密訊息

現代密碼學

那為什麼會說現代「電腦」的出現，造就了「現代密碼學」的出現呢？

因為在古典密碼學的階段裡，都是使用「手動」的方式進行資料的加解密、傳遞
而現代電腦的出現，使得加解密不再局限於書寫的文字，讓「手動」執行慢慢轉成「電腦」執行，但也因為電腦的快速進步，使得之前的加密法都能被現在的電腦快速破解出來

因此現代密碼學除了繼承古典密碼學的概念，也開始注重資料保密、資料完整性驗證等，所以出現了對稱/非對稱式加密、數位憑證、簽章…等概念，這邊只需要先知道就好，後續幾天會一一向各位介紹

以上就是今天的介紹，希望大家看完能對密碼學的發展史更加了解