前言
自古以來，由於各種需要例如：戰爭，所以需要各種加密的方式來傳遞訊息以防止機密資訊的洩漏，經過幾百年的演變逐漸演變成現今成熟的各種密碼學。

今天的主題會跟簡單介紹密碼學的歷史跟由來。

中世紀
1467年阿伯提約發明了多字母加密法，阿伯提約的創新在於他為訊息的不同部分使用了不同的代碼，並且發明了可能是第一個自動加密器——一個利用轉輪來實現他部分想法的裝置。

多字母加密法最典型的例子是維吉尼亞加密法，這種加密法通過重複使用一個關鍵字來加密訊息，而選擇哪個字母取代原始字母則取決於當前使用的關鍵字字母。

儘管如此，多字母加密法仍然在一定程度上會受到頻率分析法的攻擊，不過這種攻擊方法直到19世紀中期才由查爾斯·巴貝奇發現。比較近代的著名例子包括中世紀蘇格蘭的瑪麗女王、第一次世界大戰期間德國的齊默爾曼電報，以及第二次世界大戰中的「恩尼格瑪」密碼機。

一戰WW1
1914年8月25日，德國的馬格德堡號小巡洋艦在芬蘭灣擱淺，俄國軍隊搜出了多份德國文件及兩本電碼本，其中一本被送往英國的「40號房」進行密碼分析。同時，無線電的發明使得截獲密信變得十分容易。隨著第一次世界大戰爆發，德國通往美國的電纜被剪斷，迫使德國借用美國的海底電纜發電報到華盛頓，然而這些電報必須經過英國。

1917年1月17日，德國發給墨西哥的齊默爾曼電報被「40號房」成功截獲。經過分析，密電內容於2月23日被破解，揭示了德國的計劃：他們將於1917年2月1日展開「無限制潛艇戰」，對包括中立國在內的所有海上商船進行攻擊。為了阻止美國因此參戰，德國提議墨西哥入侵美國，並承諾幫助墨西哥奪回得克薩斯、新墨西哥和亞利桑那三州。此外，德國還希望墨西哥能說服日本一起對美國發動攻擊，並承諾提供軍事和資金援助。

齊默爾曼電報的內容被公開後，激起了美國的強烈反應，最終於4月16日對德國宣戰。

二戰WW2
德國從第一次世界大戰中吸取教訓，開始發展用機械取代手動的加密方法。亞瑟·雪畢伍斯（Arthur Scherbius）發明了「恩尼格瑪密碼機」，這款機器最初被設計用於軍事和商業用途。「恩尼格瑪」由鍵盤、編碼器和燈板組成，其核心是三組編碼轉輪，加上接線板和其他配件，共提供了超過一億億種不同的加密可能性。1925年，「恩尼格瑪」開始批量生產，20年內，德國軍方購買了超過3萬台「恩尼格瑪」，並藉此使英國的「40號房」一度陷入困境，成為德國在二戰期間的關鍵工具。

波蘭因位於德國東部和俄國西部，一直處於威脅之中，因此成立了波蘭密碼局（Biuro Szyfrow）以獲取情報。波蘭從間諜漢斯-提羅·施密德（Hans-Thilo Schmidt）處獲得了關於「恩尼格瑪」的情報，並由年輕的數學家馬里安·雷耶夫斯基解讀。雷耶夫斯基花了一年時間編纂了「恩尼格瑪」的解密目錄，並於1930年代發明了「炸彈」（bomba）機器，逐步掌握了破解「恩尼格瑪」的技術。

然而，1938年12月，德國加強了「恩尼格瑪」的安全性，使波蘭無法再破解其密碼。「恩尼格瑪」成為希特勒閃電戰的重要工具，每天變換的加密設置維持了德軍快速且強大的攻擊力。1939年4月27日，德國撤銷了與波蘭的互不侵犯條約，波蘭隨後決定將「炸彈」的技術分享給英國和法國，聯手破解新的「恩尼格瑪」。1939年9月1日，德國入侵波蘭，二戰爆發。在獲得波蘭的解密技術後，英國加強了「40號房」的力量，除了原有的語言學家和人文學者外，還引入了數學家和科學家，並成立了政府代碼暨密碼學校（Government Code and Cipher School），在五年內員工人數增至7000人。

1940至1942年間，英國與德國之間進行了激烈的加密與解密拉鋸戰，成功破解的密碼為盟軍提供了許多寶貴情報。例如，1940年，英國獲得了德軍進攻丹麥和挪威的作戰計劃，以及在不列顛戰役中提前得知了德國的空襲計劃，從而避免了許多危機。然而，「恩尼格瑪」並未被完全破解，且由於「恩尼格瑪」網絡龐大，德國在大西洋戰役中一直占據上風。最終，英國在「順手牽羊」行動中從德國潛艇上繳獲了「恩尼格瑪」的密碼簿，成功破解了「恩尼格瑪」密碼。為避免德國察覺並再次更改密碼，英國使用各種虛假手段掩蓋了這一突破，並成功摧毀了德國的補給線，縮短了大西洋戰役的持續時間。

演變到現代
第二次世界大戰結束後，計算機和電子學的進步促進了更為複雜的加密技術的發展。計算機能夠加密任何形式的二進位資料，不再局限於書寫文字，這使得以語言學為基礎的破密術失去了效用。如今，大多數計算機加密技術在二進位字串上操作，與經典密碼學直接作用於字母數字的方式有所不同。然而，計算機同時也推動了破密分析技術的發展，這在一定程度上抵消了某些加密方法的優勢。不過，優良的加密法仍然保持領先地位，通常這些加密方法既高效（快速且資源使用少），又難以破解，因為破解它們需要的資源級數遠超出加密所需。

雖然頻率分析是一種有效的破密技術，但實際上，加密方法通常仍然有用。要破解一則訊息，除了頻率分析外，還需要知道所使用的加密法，這促使了諜報、賄賂、竊盜或背叛等行為的發生。直到19世紀，學者們才意識到加密算法本身並非可靠的防護。實際上，適當的密碼學機制（包括加密和解密方法）應該在敵人知道所使用的算法的情況下仍然保持安全。對於好的加密法來說，金鑰的保密性應足以保障資料的機密性。這一原則最早由奧古斯特·柯克霍夫（Auguste Kerckhoffs）提出，並被稱為「柯克霍夫原則」。信息理論的奠基人克勞德·香農（Claude Shannon）後來重申了這一點，提出「敵人知道系統」的理念。

現代密碼學的大量公開學術研究始於1970年代中期，美國國家標準局（現稱國家標準技術研究所）制定了數位加密標準（DES），惠特菲爾德·迪菲（Whitfield Diffie）和馬丁·赫爾曼（Martin Hellman）發表了開創性的論文，並公開了RSA算法。自此，密碼學成為通信、計算機網絡和計算機安全等領域的重要工具。許多現代密碼技術基於特定計算問題的困難度，例如因數分解問題或離散對數問題。許多加密技術的安全性可被證明只要這些計算問題無法被有效解決，加密就仍然是安全的。除了像一次性密碼本這樣的著名例外，這類證明是偶然的而非決定性的，但目前是可用的最好的方法。

密碼學算法與系統設計者不僅要了解密碼學的歷史，還必須考慮未來的發展。例如，不斷增長的計算機處理速度將提高暴力破解攻擊的速度，而量子計算的潛在影響已成為部分密碼學家關注的焦點。

參考資料
1.密碼學維基百科：https://zh.wikipedia.org/zh-hant/密码学
2.ChatGPT：https://openai.com/chatgpt/