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出版社：电子工业出版社

出版时间：2020-11

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内容介绍

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编辑推荐

适读人群：本书是科学普及图书，高中以上文化的人都可以阅读。

　　《密码简史》出自信息安全领域知名专家、北京邮电大学教授、畅销书《安全简史》《安全通论》《黑客心理学》《博弈系统论》作者杨义先和钮心忻。

　　本书是一部关于密码的科普著作，既介绍了从古到今的各种有重大影响的通信密码知识、技术、人物、事件及历史，还展望了量子密码、抗量子密码、量子计算机和DNA计算机等未来密码。

　　本书既适合大众阅读，也适合信息安全及密码等领域的专业人士阅读和参考。

内容简介

　　在人类的历史长河中，密码始终给人一种神秘的印象。在相当长的时期内，密码与政治和军事斗争密不可分，无论是在古代战场，还是在现代战争中，密码都扮演着重要的角色，是交战双方加密、破译、传递、获取情报的重要手段，也因此成为许多影视剧特别是谍战剧中的重要元素。在当前信息网络时代，密码被广泛地应用于政治、经济、社会各个方面，密码不仅是维护网络空间安全的重要法宝，也是构筑网络信息系统免疫体系和网络信任体系的基石。甚至可以说，密码直接关系国家政治安全、经济安全、国防安全和信息安全，不仅是保护国家和人民根本利益的战略性资源，还是实现国家治理体系和治理能力现代化的重要支撑。

　　《密码简史——穿越远古展望未来》是一部关于密码的科普著作。读者不但能从书中了解到外国古典密码、中国古典密码、近代密码、一战密码、机械密码、二战密码、现代密码等通信密码的前世今生，更能站在符号系统的全新高度，向前回顾密码对人类“占据并稳居生物链顶端”所做出的巨大贡献，向后展望量子密码、抗量子密码、量子计算机和DNA计算机等未来密码；不但让读者体会密码破译的精彩游戏，还提醒了密码研究的两个重要方向，即“抗DNA计算密码”和针对特定人或事的密码“通用”破译系统。

作者简介

　　杨义先，北京邮电大学教授、博士生导师、首届长江学者特聘教授、首届国家杰出青年基金获得者、国家教学名师、国家教学团队（“信息安全”）带头人、全国百篇优秀博士学位论文指导教师、国家精品课程负责人、中国科普作家协会会员。现任北京邮电大学信息安全中心主任、灾备技术国家工程实验室主任、中国密码学会副理事长。他长期从事网络与信息安全方面的科研、教学和成果转化工作。他创立的网络空间安全的统一理论“安全通论”“博弈系统论”，同时出版了科普作品《安全简史》《黑客心理学》《科学家列传》，在社会上引起了极大反响，受到读者的喜爱，并获得多项出版物奖项。

　　曾获得荣誉：政府特殊津贴、国家有突出贡献的中青年专家、国家有突出贡献的中国博士学位获得者、第四届“中国青年科学家奖”、第四届“中国青年科技创新奖”、全国优秀科技工作者、中国科协第三届青年科技奖、首届茅以升北京青年科技奖、北京青年五四奖章、第三届北京十大杰出青年、“有可能影响中国21世纪的IT青年人物”。

　　钮心忻，北京邮电大学教授、博士生导师，中国通信学会高级会员，中国科普作家协会会员。主要研究领域有：信息安全、信息隐藏与数字水印、数字内容及其安全等。她主持完成过国家863、国家自然科学基金等多项国家科研项目。她的研究成果获得过教育部科技进步一等奖、中国通信学会科技进步二等奖、三等奖，中国电子学会科技进步三等奖，以及原信息产业部科技进步三等奖等。她在包括IEEE Trans.on AES、Chinese Journal of Electronics、《电子学报》等国内外著名学术刊物上发表论文五十余篇，出版著作六部。

精彩书摘

　　密码学的起源到底该追溯到多远，这主要取决于将密码学的相关定义确定得多么宽泛；当然，这也是一个仁者见仁，智者见智的事情。但是，有两个极端是非常明确的：

　　其一，本书前7章介绍的密码，肯定是最狭义的密码，它们的主体，特别是近代密码、一战密码、机械密码、二战密码和现代密码等，干脆就是为保密通信而量身定制的加密和解密技巧；无论如何，它们都是正宗的密码，所以，有关它们的简史，将以述事、说理、讲故事为主。

　　其二，将以全新的角度，介绍最广义的密码，即所有符号系统都是密码，而狭义密码，显然也都是不同的符号系统；反过来，每种符号系统，其实也都可当成特殊条件下的通信密码。特别需要强调的是，语音密码肯定是人类最早的密码，因为在语言诞生前的人类，还不能称为“现代人”；文字密码虽然晚于语音密码，但是，从今天的狭义密码学角度来看，文字密码和语音密码可看成同一种通信密码。具体来说，说话或写字相当于加密，语音和文字就等同于密文，而听话和读书可以看作解密；不懂交流者的语种的人，若想试图听懂别人的交流，那他就相当于破译者等。

　　该前言可能是本书最有特色的部分之一，建议大家认真阅读。比如，对密码专业的专家来说，建议先按正常顺序阅读一遍，然后，在读完全书后，再回过头来阅读一次，以便对人类所有密码的符号学特性有一个更深入的理解，从而有助于今后新型密码的设计和破译；而对普通读者来说，如果初读前言有困难，也可以先跳过该前言，待到读完本书后，再将前言与最后的结语一起阅读，从而理解整个人类密码史的统一、完整和系统性。

　　密码的起源

　　人类的密码起源于语言，或者说，语言是最早的密码。为什么会有如此之说呢？首先，人与动物的最大区别就在于人有语言，或者用专业术语来说，人能进行符号思维；所以，从认知角度来说，没有语言的古猿，压根儿就不能算是人，至少不是“现代人”。既然不是人，当然就谈不上人类密码了。其次，“一战”和“二战”的实践已表明：语言（特别是罕见的原住民语言）确实可用作通信密码。另外，动物的若干本能行为，如叫声、肢体动作等，虽然是相关动物自己的密码，但不是人类的密码，所以不属本书内容范围。当然，在生物进化过程中，人类之所以能战胜其他动物，其主要原因恐怕就是：人类能破译动物的密码，知道它们的某种声音或行为的含义，从而可采取相应的对付措施；而动物却不能破译人类的密码，故只好被动挨打，任由人类宰割。这一点将在接下来的内容中详述。当然，情况也有例外，比如，由于人类还未破译新型冠状病毒的密码，所以，在2020年春节期间，人类一时显得比较被动。总之，上述正反两方面的事实，再一次表明了破译密码的重要性。

　　语言密码不仅是所有人类密码之源，还是使用期最长的密码；即使到今天，几乎所有人，每天也都仍在频繁使用语言密码。除非不张嘴说话，否则，即使是语言障碍者或婴儿，他们也都在使用语言密码，只不过一般人不能完全破译而已。

　　人类是从何时开始说话的呢？这当然不是要问“你是啥时说话”的，否则，你妈妈肯定知道准确答案；而是想问，人类作为整体，何时开始使用语言的。这个问题虽无标准答案，但下列说法却很有说服力。

　　从生理结构角度来看，人类大概在30万年前，就具备了清晰发出多音节语素的解剖学结构，即喉结下移到第4至第7颈椎之间，声带上方有一个扩大的咽腔；在这里，人类可对想发出的各种复杂声音进行自如的调整。据说，人类能发出超过二百种的声音，而每种语言所用到的发声，不过区区数十种而已，这便是许多语种听起来完全不同的主要原因。而其他哺乳动物（包括尼安德特人）的喉结，都在更高处，都不能发出复杂的声音，只能用口腔对声音进行简单调整，因此，不具备说话的生理结构。但是，动物的这种喉部结构却有一个优势，那就是可同时进行吞咽和呼吸；人类婴儿刚出生时，其喉结的位置跟黑猩猩差不多，但到两岁左右时，喉结便降低到正常位置，才能发出复杂声音。换句话说，此时的人类就已具备说话的“硬件”了。

　　从考古角度来看，早在25万年前，人类的运动性语言中枢，即负责说话的所谓“布罗卡氏区”神经中枢，就已非常发达并接近现代人了。换句话说，此时的人类就已拥有说话的“指挥系统”了。

　　从基因角度来看，大约在20万年前，人类位于7号染色体上的FOXP2基因发生了一次突变，而该基因关联着脑神经元的语言协调功能和其他认知功能；换句话说，此时的人类，终于拥有说话的“软件”了。科学家是如何发现FOXP2基因的这种功能的呢？原来，他们在英格兰发现了几个语言功能障碍的家族，他们说话虽没问题，却无法掌握语法；经认真筛查后发现，原来该家族所有成员的FOXP2基因都不正常。那为什么又是20万年前呢？原来，英国牛津大学遗传学家安东尼·玛纳克等，在《自然》杂志上公布了他们的发现：在老鼠和所有灵长类动物身上，都有一种FOXP2基因。而在生物进化史上，当人类、黑猩猩跟老鼠“分道扬镳”之前的13亿年中，FOXP2蛋白质只改变了一个氨基酸。在人类和其他灵长类动物“分手”的400万到600万年间，有两个语言基因中的氨基酸在人类身上发生了突变，并最终成为遗传性基因；但在这同时，其他灵长类动物却未受此影响而发生基因变化。对人类语言起决定作用的“FOXP2基因突变”，发生在12万至20万年前；这恰恰与智人的人口猛增时间相一致。因此，科学家猜测，正是由于人口密度的增大，才促进了语言交际能力的增强和持续发展，并最终形成语言系统。另外，通过分析化石和DNA，比较有说服力的观点认为，人类起源于东非且出现在20万年前。而这又刚好与语言的产生时间相吻合；由此可见，没有语言之前的类人动物，还真不是真正意义上的人。

　　总之，人类能熟练掌握并使用语言的时间，肯定不会早于20万年前；但到底是哪天呢？这确实无法精确回答，毕竟，即使“软件”、“硬件”和指挥系统均已万事俱备，这也不等于人类就能用语言彼此交流信息（说话）了，因为还欠一股“东风”。这股“东风”就是一套语言密码的诞生。而建立一套完整的语言符号系统并加以灵活运用，绝非一件简单的事情，至少得花费数万年时间；毕竟，在人际交流并不频繁的智人时代，仅仅语言的约定俗成过程就会相当漫长。那么到底花费了多长时间来创造语言呢？答案是：不超过12万年。因为大约在7万年前，人类就开始认知革命了，而认知的载体正是语言。

　　智人胜于密码战

　　在弱肉强食的残酷生物演化竞争中，人类的祖先智人，为啥能战胜各种猛兽，甚至战胜脑容量更大的同类尼安德特人等，并最终登上生物链的顶端呢？需要知道仅仅在7万年前，人类还只处于生物链的中下游哟。人类获胜的秘密，肯定不是基因好，因为任何动物想要依靠基因突变的方式来达到生态链顶端的话，至少得花费好几百万年的时间；实际上，从密码角度来看，人类获胜的原因，可能会吓你一跳：原来，这主要因为智人发明了一种更高级的密码，一种其他动物完全无法破译的密码，即人类语言，也即人类认知革命的主要载体！从战略上来说，语言这种密码能把许多人团结起来，为一个共同目标而奋斗，而尼安德特人在这方面就处于下风了。从战术上来说，语言这种密码可以现场灵活调动兵力，对敌人形成局部优势，实施各个击破的有效打击，若仅靠现场比画或狂叫显然会输于语言。看来，“密码胜则竞争胜”的铁律，不但在“一战”和“二战”中有效，还早在生物演化中，就已多次发生过奇效了。

　　具体地说，大约135亿年前，宇宙物质、能量、时间、空间有了现在的样子，形成了物理世界；大约在38亿年前，分子结合形成了有机体这样的精细结构，从而出现了生物；大约250万年前，类人生物出现了，它们就是黑猩猩和人类的共同祖先；大约200万年前，出现了至少13种不同的人种，包括智人、东非的鲁道夫人、东亚的直立人、欧洲和西亚的尼安德特人等；但是，除智人外，后来其他人种先后灭绝，比如，尼安德特人的最终灭绝时间，大约在4万年前；直到大约1万年前，就只剩下现在人类的祖先智人了。这是为啥呢？原来，大约7万年前，智人开始创造了一种更为复杂的密码，一种符号系统；即出现了交谈思考的新方式，采用了全新的语言来相互沟通，从而开启了认知革命。

　　智人的认知能力突变，主要归因于大脑内部结构的改变，即脑容量的大幅度增加。这可能是智人DNA的一些较小突变，使得大脑原先分离的两部分连接到一起，从而产生了新的认知能力。比如，60千克重的哺乳动物，其平均脑容量仅有200立方厘米；而早在250万年前的类人动物，其脑容量就已达600立方厘米了；现代人的平均脑容量，更高达1200～1400立方厘米。

　　人类脑容量为啥要增大呢？原来，人类直立行走后，就可扫视草原，解放双手，彼此传递信号，交换密码；因而，就越来越需要发展神经，并对手掌和手指的肌肉进行不断修正，终于使得人类可以使用复杂工具。当然，变大的大脑也为颈椎带来了额外负担，成为人类的苦恼。对于女性来说，直立行走使产道宽度受限，且由于婴儿头部逐渐变大，所以就只好进化出了更短的孕育周期，以降低生育难度；比如，相对于一出生就能奔跑的小马来说，人类简直就是早产儿。另外，为了获得足够的食物养育后代，人类就需要整个部落的协同，这又促使人类进化出了社交技巧，相同的社交技巧也可看成相同的密码；同时，再由于婴儿脱离子宫时进化得还不完全，这就使得人类有更强的可塑性，可以用教育和社会化等方式大加改变，包括对密码编制和使用能力的增强等。

　　大约7万年前，继第一次走出非洲被灭后，智人第二次走出了非洲；这一次，他们不但把尼安德特人和其他人类赶出了中东，甚至还赶出了世界，使得自己的领地逐渐到达欧洲和东亚。大约4.5万年前，他们越过海洋，抵达澳大利亚。大约3万年前，他们发明了船、油灯、弓箭、针等；同时，也有确切证据证明，人类当时还创造了另一种符号系统——宗教，用专业术语来说，宗教其实是一种“互为实体”的虚构；此外，商业和社会分层也开始出现，不同群体所使用的密码也开始细分。直到农业革命前夕，地球上已有500万～800万名狩猎采集者，几千个独立部落，形成了很多不同的语言和文化等密码，这也是认知革命的重要成就。

　　复杂语言、社交能力、虚构故事，是认知革命的三个重要维度，也是智人能征服世界并成为顶端动物的最关键步骤，它甚至是一条分界线，标志着人类的正式诞生。因为在认知革命之前，智人其实只是一种普通动物，所有发生在智人身上的故事，都可照搬其他生物模型和理论；然而自从认知革命以后，若仍限于生物学角度那就不够了，还得再考虑各种虚构故事，特别是编制人为密码的故事；实际上，只有建构历史的叙述，才能为智人做过并依旧在做的事情作出解释。

　　认知革命的核心，显然是复杂语言。因为语言这种密码使得智人能传达更多的身边环境信息，比如，智人语言具有更强的灵活性，而其他动物的“语言”，只能传达单一信息；智人语言可通过简单词语的重组，产生无数有意义的句子，让智人可以传递更多更详细的信息，规划并执行更复杂的计划，如躲开狮子、猎捕野牛等；而这又催生了另一个密码副产品，即让智人学会了社交。社交能力使得整个群体更趋于稳定，使得智人能组织更大、更有凝聚力的社会团体，并让智人学会了更多的协作；而协作就是智人强大起来的关键秘诀。社交为啥能使一个族群稳定和协作呢？因为社交可让智人相互信任，而信任的基础就是相互了解，语言的不断沟通就是智人相互了解的过程。比如，社交让彼此知道谁更强壮，谁值得相信，谁会耍赖，谁更聪明，谁有啥八卦新闻等。关于这些信息，智人都可在采集打猎或饭后，通过各种社交活动而获得。当然，单凭社交能力还不足把智人推上顶端，因为社交造成的协作能力也有局限性；比如，它只能维持最多150人的稳定和有效协作，因为人数太多，密码信息将无法分享到整个族群，信任的基础也就缺失了。这时想象力就出场了。

　　想象力的作用是什么呢？嘿嘿，就是虚构故事，它能让智人说出不存在的事物，还能促进社会行为的快速创新等。别小看了智人虚构故事的能力，它可是智人最终称霸全球的秘诀哟。设想一下，猴子在碰到老虎来袭时，也许只能发出“有老虎，快跑”的信息，但智人却可以说“那头老虎是部落的守护神”。今天我们都知道，所谓守护神，其实压根儿就不存在；但只要让部落成员都相信了同一守护神，那么，这个部落就能因共同的信仰，而团结协作；这就突破了“社交理论”的150人界限，因为不论多少人，只要大家相信的东西都一样，他们就拥有了相互信任的基础，就可以协作。比如，所谓的宗教、国家、公司等概念，其实都是专业术语称之为“互为实体”的虚构想象，但它们却能将数千到数十亿的各类人群团结起来，朝着同一个目标努力。

　　总之，认知革命的发生，让智人产生了全新的密码沟通方式和思维模式。语言的灵活性与智人的社交行为，让智人获得了更多密码信息，更好的信任基础，学会了协作。而以虚构故事为代表的想象力，特别是大家一起想象的能力，让智人可以共同编制一些虚构故事，从而使得智人彼此间不但能灵活合作，还能与许多陌生人进行大规模合作，这种合作所产生的力量是如此之大，以至最终让智人统治了世界。

　　既然以语言为代表的符号密码，对人类有如此重大的贡献；那么下面将从密码学的角度来介绍一些符号知识。

　　符号的密码功能

　　什么是符号呢？简单地说，符号就是代表某种事物的其他事物。若用学术语言来说，符号就是外在形体与内容含义之间的某种对应关系，即符号形体所代表的思想感情或意义。在符号系统中，由形体和内容构成的对应关系，就好比是一张纸的正反两面，形体和内容处在不可分离的统一体中，虽然它们可以看起来完全不同。比如，在语言符号系统中，“形体”就是语言符号的“音响形象”，内容就是语言所表达的含义。又比如，通信密码也可看成一种符号系统，只不过此时的“码”就是“形体”，而“密”则是“意义”；而形体和内容之间的对应关系，就表现了加密和解密的过程。

　　符号对人类的重要性，远远不止帮助人类成为地球的主宰。实际上，符号化思维和符号化行为是人类最有代表性的特征。人是符号世界中的人，符号世界也是人的世界。人类生活在自己创造的符号世界中，并在符号世界中谋生存，求发展，搞竞争。人类在创造符号的同时，也在有选择性地使用符号；反之亦然。因此，人也可以定义为“符号动物”。

　　人为啥要不断创造和使用符号呢？根据马斯洛需求理论，“人是永远都有需求的动物”；要想满足这些需求，人就要认知世界，就要彼此交往；而符号便是满足这些需求的、必不可少的工具。比如，口头交流的需求，就催生了语言符号；记录语言和事物的需求，就催生了文字符号；行车安全的需求，就催生了交通符号；信息保密的需求，催生了通信密码；审美的需求，催生了艺术符号；等等。总之，在各种需求的推动下，人类的符号系统也越来越完善，比如，远古时，人们用图腾仪式、结绳、象形文字等最原始的符号来进行交流；如今，取而代之的早已是各种音频、视频等先进的多媒体符号系统了。人类创造的符号系统非常丰富：画家用线条和色彩去描绘事物，音乐家用旋律和节奏去愉悦人心，建筑师用结构去设计蓝图；至于各领域的科学家们，也都有自己独特的、让外人“谈之色变”的符号系统；反正，语言、神话、宗教、艺术、历史、公式等，全都是人类符号活动的产物。

　　既然符号是为满足需求而创造的，那么符号就一定具有满足需求的功能；甚至可以说，与符号功能的“实”相比，符号本身其实只是“名”而已。人类之所以要使用符号，其实是在使用符号的功能。那么，符号的功能又是什么呢？概括说来，符号的功能就是“依靠消息来传播思想”，其核心就是认知和交际。为突出重点，此处聚焦于符号的交际功能，即密码功能；关于符号的认知功能，将后移到本书结语部分。此外，关于符号的其他功能，我们就忽略不述了，有兴趣的读者可自行查阅相关书籍（如《机器文学》）；不过，建议工科学生也多多关注一下本该是文科生课程的“符号学”，相信一定会受益匪浅。比如最近，人工智能专家竟基于符号学，研发出了通用语种的翻译软件。若仅埋头于具体语种，那绝对不可能创造出通用翻译系统；只有站在更高的语言符号学巅峰，才能完成如此惊人之举；这一点也值得密码学家借鉴，因为从某种程度上来说，翻译也是一种破译。相关细节将在本书结语中再述。

　　在介绍密码的交际功能前，我们再强调一下符号系统与密码的等价性：一方面，任何密码都是一种符号系统，无论它想多么保密，也得实现至少两个人（收信方和发信方）之间的无障碍沟通和交流，即交际；另一方面，任何符号系统也可在特殊情况下，被当作密码来使用。实际上，虽然人类的主观初衷，是借助符号载体来实现彼此间的信息交流，但在客观上，在实践中，任何符号系统都不可能实现全人类的无障碍交流；对于那些被排除在某种符号系统之外的群体来说，这种符号系统的形体便是密文，他们若想掌握这种符号系统，就得想办法努力破译这种密码。所以，符号的交际功能与密码的交际功能几乎是一回事，符号系统和密码并无本质区别，只是被沟通的群体规模不同而已，因此，下面将密码的交际功能和符号的交际功能，合二为一，统称为交际功能。

　　虽然交际并非人类独有，比如，小鸟的歌唱、蜜蜂的舞蹈等都是交际；但是，动物间的交际只是一种低级的、浅层的、本能的行为，比如，求生、择偶、觅食、报警等，完全不同于人类交际，因为“人在本质上就是一种交际动物”。人的交际不可能凭空产生，必须借助于一定的载体，而这个载体就是符号。因此，准确地说“人是运用符号进行交际的动物”，人类运用符号传情达意，进行人际间的信息交流、共享和协调。人类交际的特点主要有四个：

　　第一，通过交际能使想象得以产生和延伸。借助符号这个载体进行交际时，就会想到“载体加诸感觉的印象之外的某种东西”。比如，两个陌生人见面时，若谈到“今天天气真好”，其实此时他们并非对天气感兴趣，而是在想法联络感情。同一事物在符号交际过程中，将产生同质的、合理的想象与延伸，比如，通过诗句“飞流直下三千尺”，你可能就会将想象延伸到李白。此外，同一种符号，在不同的时间或地点进行交际时，将会产生不同的想象和延伸，这是所有其他动物永远也无法企及的；比如，同样是前面的那句诗，若你刚好身临一挂瀑布时，你也许会联想到其他美景等。

　　第二，人类通过交际进行信息交流，实现信息共享，从而扩大了信息的知晓范围。这也是信息区别于物质的重要特性，即信息越被分享，就会变得越多。

　　第三，人类的交际，是协调行动的符号行为。社会就像一张网，人人都是网中的一个节点，都在这张网里生活，不但要处理网内（社会）与网外（自然）的关系，还要处理各网结间的关系，通过相互沟通、理解和协调等符号行为，建立一个和谐稳定的社会。每个人都会扮演很多角色，也会建立多种关系，比如亲人关系、师生关系等；每种关系的变化，都会直接或间接影响全网的秩序与和谐，因而，妥善处理人际关系，将有利于社会的健康发展。所以，作为协调行动的交际符号，大家每天都在自觉或不自觉地使用着它们。

　　第四，人类的交际行为是可传授的。小鸟的歌唱只是一种本能，不需要传授；但人类从小就被传授了许多交际符号，比如各种礼节等。这些符号并非天生带来的，而是需要传授才能习得的。交际行为的习得，与学习者所处的客观环境密切相关，这便是“近朱者赤，近墨者黑”。

　　在交际过程中，人人都会运用符号来传达信息；这其实是一个从表达到理解的过程，也是一个从编码到解码的过程。当编码时，表达者把信息符号化，并呈现给理解者。若再细分，编码包括制码和发码两阶段。其中，制码使信息符号化，比如，唐伯虎向秋香示爱时，他可把这个信息编码成“我爱你”三个字；而发码则是符号形体的呈现，即发信人将携有信息的符号载体，发送给收信人，以便让对方理解并达成共识，比如，唐伯虎对秋香大声表白：“我爱你！”

　　人类最重要的交际符号是语言，每种语言都有自己的一整套规则。首先，语言必须遵循大家约定的句法、语义、语用规则；其次，无论口语还是书面语，信息符号化的制码过程和发码过程，都必须是线性的，即按时序进行。不过，语言的制码过程，在多数情况下，都是隐性行为，也就是说，通常在大脑中，根据经验和知识，根据约定的规则，进行系统思考、组织，从而使语言符号在大脑中以线性序列排好，以便在发码时，也呈线性依次发送出来；当然，有时在制码过程中也会喃喃自语，不断调整、修正语言符号的排列等。语言的发码过程，则是外显行为，人们在说出或写出一个词或一句话时，这些信息将以符号串的形式，按先后顺序被发送；否则，交际就成了一团乱麻。

　　纵观人类的交际工具，语言固然重要，但还有许多非语言的符号表达方式。实际上，语言符号经常与众多非语言符号交织在一起，以共同完成交际任务。据估计，当两人在交际时，约有65%的“社会含义”是通过非语言符号来传送的。非语言符号的种类繁多，主要包括体态符号、触觉符号、服饰符号等，这些符号和语言符号一样，也都有各自的一套编码规则。编码规则不同，传达的信息也不同，这主要取决于各种约定性，比如，民族约定性、行业约定性、地域约定性和时代约定性等。在非语言符号中，其编码过程就不再仅限于线性了，它可以是多维的和立体的，比如，同时收发有关着装、体态、触觉和距离等方面的信息。

　　除编码外，在符号交际过程中，还有一个解码过程，即理解者把符号形体还原为信息的过程。解码者必须根据编码的符号形体，进行一定的联想和推理，才能获得编码符号所指的信息；所以解码其实是一种再创造过程。在对同一符号进行解码时，不同的理解者，可能会联想到不同的内容。比如，对同一幅画，不同观众获得的信息当然不同。除联想解码之外，还有推理解码，此时，理解者会结合不同的符号情境，基于推理，给出符号的含义；“推理”在语言解码中尤其重要。不同的人，对于同一个符号，当然会有不同的推理结果，从而得出自己所理解的信息内容，这与当时的认知语境密切相关。比如，主人大骂自家小狗的行为，无论语言是什么，在客人听来，也许这都是在下逐客令。当然，联想解码和推理解码并非完全独立：联想中有推理，推理中也有联想，它们相互作用。

　　解码是编码的逆过程。编码即信息符号化，它以表达者为中心；解码即符号信息化，它以理解者为中心；因而，编码和解码有时也并非完全等同，尽管解码总是力求逼近编码，但却很难完全如愿；比如，除最理想的完全正确理解之外，还可能出现不解、别解、误解、多解、缺解等情况。

　　以时间、地点、个性、心理等为代表的符号情境，在交际中也会发生重要作用。这主要包括：限制作用，即符号在编码时所受的限制，比如，给外行讲物理时，就只能使用科普语言；解释作用，即在一定的符号情境中，对同样的符号可以给出不同的解释，反过来，对不同的符号也可能给出相同的解释，比如，同样的符号E，在英语课上它解释为字母，在物理课上它解释为能量符号，在数学课上它则是公式里的变量等；创造作用，即在符号的使用过程中，创造出新的符号或给旧符号赋予新含义。这种新含义起初只是临时的，但若多次使用，就可能被固定下来。比如，某部热门电影中一句台词的隐喻，可能就会成为今后赋予该台词的一种新含义了。当然，在交际过程中，符号的限制作用、解释作用和创造作用，也经常共同发力。

　　总之，符号的交际功能，赋予了符号世界更强大的生命力。人与人之间都需要交际，符号在交际中获得了生命；其实，符号与人一样，也是一种社会存在，也具有社会属性。符号现象从人类诞生时就已开始：最初，人类符号交往大概只是一些复杂的身姿手势，同时伴随面部表情和呼叫等；后来，便创造出了语言符号系统，人类才开始发生质的飞跃。难怪，爱因斯坦会说：“要是没有语言，我们就和其他高等动物差不多。”

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前言/序言

　　密码者，密之码也！这里的“码”，泛指所有可能的、有含义的人为符号，包括但不限于声音、文字、数字、图画、徽章、标识、手势、视频、动作等。这里的“密”，意思是不知道，确切地说是不知道符号的准确含义；所以，“密”既是相对的，又是绝对的。

　　之所以说“密”是相对的，那是因为对任何人为符号而言，一定有人知道其含义。比如，该符号的编制者本人肯定知道其含义，祖传秘方就是这种情况；或者信息的收发双方知道其含义，机要通信就是这种情况；或者某一类人知道其含义，各族语言或文字就是这种情况，尽管每种语言的创造初衷是为了便于交流而非保密；或者某种特殊人群知道其含义，各学科的科学成果就属于这种情况，如数学家们驾轻就熟的公式对普通百姓来说，几乎就是天书。而密码的魅力就在于，在本来不知密的人群中，总有一批人，千方百计想知道那些本不属于自己的秘密信息，毕竟信息就是财富，信息就是力量；知道了别人的秘密，就有可能夺取别人的财富，或者在博弈中打败别人，以增强自己的综合竞争力。另外，密码编制者及其友方，有时也要千方百计阻止其他人知晓其密码的含义，毕竟人都有自己的隐私，都不想与别人分享自己的秘密，更不用说事关重大的机密了。

　　之所以说“密”又是绝对的，那是因为，一方面，任何符号及其含义，都可以完全彼此独立，这也是人类拥有众多语言和文字的根本原因；换句话说，同一个符号，随时随地都可能拥有无穷多种含义，其准确含义不可能被所有人知晓，哪怕符号的编制者满世界地广而告之。另一方面，人与符号是密不可分的，人的思想、行动、交流等所有活动都离不开符号；更准确地说，人与所有动物的主要区别，其实就是能否创造和使用符号系统；甚至可以说，人是被符号系统控制的唯一生物，这也是为什么人能被骂死的根本原因。更进一步地说，所有密码，其实都是某种符号系统；反过来，所有符号系统，从某种意义上来说，也都具有密码功能。由此可见，密码与人类的关系是多么紧密；所以，各位读者朋友，无论您在哪个行当工作或学习，其实都有必要了解一些密码知识，也都有必要阅读本书。

　　实际上，若从符号系统的高度来看，密码所涉及的范围非常广泛，因为它甚至可以和符号系统画等号，几乎所有人类文明的进步，都可以归结为某种符号密码系统的进步；概括起来可以说：密码乃人类之源，胜负之泉，进步之路，智慧之巅。因此，本书在选取内容时，就必须忍痛割爱，大刀阔斧地做减法。比如，人类的所有科研活动，无论是自然科学、社会科学或哲学和数学等思维科学的活动，其实就是在创造相应的、能描述尽可能多的新规律的符号系统；换句话说，是科学家们在扮演密码破译者的角色，在试图揭示不曾知晓的相关秘密；这些内容，显然不可能都包含在本书中。其实，本书将聚焦于通信密码；当然，这里的通信也包括存储，因为常规的通信是从A地到B地的信息传输，而存储则可看成从当前时刻到未来时刻的通信。换句话说，本书的重点是信息加密和破译，而非信息的传输，所以就忽略了信息的载体问题。

　　人类为啥要对信息进行加密或破译呢？这就涉及人的本性是善是恶，这也是个颇具争议的问题。《三字经》等认为“人之初，性本善”；而许多宗教的立足点则是“人性本恶”，且每个人都带有“原罪”。本书当然不想介入这样的争议，但有的时候，人类确实是自私的；否则就不需要密码了，当然也就更不需要密码破译了。幸好，最近生物学家从基因角度出发，给出了一些旁证，即所有生物的基因都是自私的！其逻辑推理可详见《自私的基因》，简要说来：生物的个体和群体，只是基因的临时载体；只有基因才是永恒的，基因既是遗传的基本单位，也是自然选择的基本单位；基因的本质是自私的，基因控制了生物的各种活动和行为，其目的就是为了使基因本身能更多、更快地复制，只要能达到这一目的，基因甚至可以不择手段或制造若干假象。比如，不同基因组合在一起，是基因之间的一种互相利用，目的也是为了更好地复制和延续。不同的生物承载着不同的基因组合，以图更加适应外部环境，使得承载这些基因组合的生物更加兴旺发达，儿孙满堂，从而使得其所包含的基因也能成功扩增。如果某种基因组合不适应外部环境，那将导致承载这些基因组合的生物衰败甚至灭绝，从而使得其所包含的基因很难扩增。因此，生物的演化史，本质上就是自私基因的一种统战策略，是基因实现自身万寿无疆的手段之一。又比如，动物照料后代，从生物个体角度来看，虽是一种利他行为；但是，正是由于基因控制着这种表面上的利他行为，才完成了基因自身的复制，从而使基因得以生存和延续。因此，所有生物个体的利他行为，其实都是基因自私的结果；基因唯一感兴趣的事情，就是不断重复拷贝自身，以便在演化过程中争取最大限度的生存和扩张。由于基因掌握着所有生物的遗传密码，每个基因都有各自的利益，基因之间、基因和生物个体之间也会产生利益冲突；所以，一切生命的繁殖演化，最终都归结于自私基因的演化，基因才是自然选择和自我利益实现的基本单位。

　　由自私基因控制的生物，也是自私的；他们都有一种趋利避害的本能，即使是生物间偶尔会出现一些利他行为，但其出发点仍是为了自身利益；换句话说，帮助他人是为了得到回馈。比如，某些小虾与大鱼之间，便会出现这样的互利行为：大鱼张开大嘴，让小虾游入其嘴中为它剔牙，清理鱼鳃，小鱼借此也可美餐一顿。这种共生现象，就是生物界的互助行为，其初衷显然是双方的自私本性，甚至是在以“小舍”换取“大得”。因为，那些只想吃掉清洁虾的大鱼，最后也许会死于口腔的寄生虫感染；而那些不做清洁工作，却趁机占大鱼便宜的小虾，也可能被惹急的大鱼吃掉。经过长期演化，彼此博弈，最终只有互相合作的鱼虾个体才得以代代繁衍，生存至今；换句话说，生物凭借自私的本性，演化出了利他行为。与此相反，许多表面上看是害他的行为，实际上是想利己；比如，病毒进入宿主的根本目的，肯定不是想杀害宿主，而是想与宿主和平共处，长期生存，只是由于“经验不足”，才会“失手杀害宿主”，但为此它们也会付出同归于尽的代价。

　　人类作为生物链最顶端的生物，当然也不可能时时都大公无私，实际上：早在原始人类之前，人类就已造成了无数物种的灭绝，而且至今还愈演愈烈；在智人阶段时，人类甚至灭绝了包括尼安德特人、直立人、梭罗人、弗洛里斯人、丹尼索瓦人、鲁道夫人和匠人等在内的人类自己的多类近亲；到了现代人阶段，随着脑容量和智商的不断提高，人类自私的本领也越来越大，国家之间相互残杀的各类战争连续不断，各族之间的尔虞我诈比比皆是，甚至亲朋好友之间也会经常为了一己私利而反目成仇；如果聚焦到本书，那么，所谓密码，其实就是确保信息自私的一种手段，即相关人群自己独占相关信息的手段。而这一点非常重要，因为这种自私，几乎占据了自私领域的半壁江山；实际上，世界是由物质、能量和信息组成的，而根据爱因斯坦理论，物质和能量又是可以相互转换的，所以，世界其实是由物质和信息组成的。特别是随着信息社会的发展，信息与物质相比，将变得越来越重要；以通信密码为代表的信息保密，也会变得越来越重要。

　　通信密码是专门为保密通信而设计的一种人为密码系统，也是最狭义的一种密码。在通信密码系统中，相关人员可分为三类：第一类是密码编码者，简称加密者或发信方，他们的任务就是将可懂的明文信息，变换成不可懂的密文信息；第二类是密码解码者，简称解密者或收信方，他们是编码者的友方，其任务是根据事先约定的规则，即在已知密钥的情况下，从密文中轻松恢复出加密前的明文信息；第三类是密码破译者，他们是编码者和解码者的对手，其任务是截获收发双方的密文信息，然后在不知密钥的情况下，千方百计获取密钥或从密文中读出被隐藏的信息，恢复出加密前的明文。

　　在通信密码系统中，解密者和破译者的最大区别在于前者拥有密钥，而后者则没有。所以，解密者在进行解密运算时非常容易，而破译者在进行破译运算时将非常困难，甚至在实际上不可行，包括：时间上的不可行，比如，战争结束后，才破译了对方的密码；经济上的不可行，比如，破译对方密码的成本大于收益；等等。当然，必须指出的是，从理论上说，任何算法类通信密码，都不是绝对安全的，都是可破译的。加密、解密和密码破译，从来就是战争工具：无论是公开战争中的战场消息保密，还是隐蔽战争中的间谍暗中较量，双方的密码专家都在进行着特殊的博弈，即用自己的加密信息指挥军队，或者努力窃取敌方的信息。通常，若对手的硬实力太强，那就只能依靠智取，依靠破译敌方的密码来四两拨千斤。

　　当然，在具体的通信密码系统中，编码者、解码者和破译者将以不同的面貌出现，密文和明文的载体也可以千奇百怪，加密、解密和破译所使用的工具和思路也会与时俱进，密文信息传递的渠道更是五花八门，所有通信渠道都可以用于密码传递；总之，通信密码的历史，其实就是攻守双方相互博弈的演化史，也是各方水涨船高的历史，相关的淘汰规则与生物进化的适者生存，或者不适者死亡并无实质区别。换句话说，在历史上，通信密码的演化与通信手段密切相关：随着通信技术的不断进步，通信密码也遵从维纳定律；即在“反馈、微调、迭代”的进化过程中，在“基因”突变的刺激下（比如，计算机的突然诞生和普及等），沿着博弈系统论的轨迹（实际上是攻守双方的博弈，可参考2019年电子工业出版社出版的《博弈系统论——黑客行为预测与管理》），历经古典密码、机械密码、电子密码，直至量子密码、“抗量子密码”和“抗DNA计算密码”等阶段。

　　本书将重点介绍通信密码发展史上的代表性成果、思路和人物。具体来说，首先在序和前言中，我们将首次站在符号系统的高度，把古往今来的所有通信密码，统统归结为符号系统的交际功能。读者也许会惊讶地发现：天哪，原来人类起源于密码，人类的生存和发展，一刻也不曾离开过密码。实际上，密码还是人类文明史上几乎所有重大突破的导火索和发动机，比如，承载认知革命的语言是密码，承载农业革命的经验也是密码，承载科技革命的各项重大发现更是密码；至于电子计算机、量子计算机和DNA计算机的发明，则无一不是起因于密码，然后又广泛应用于密码。然后，本书将用7章的篇幅，分别介绍外国古典密码、中国古典密码、近代密码、一战密码、机械密码、二战密码、现代密码等历史上曾经扮演过重要角色的各种通信密码，以及相关的人物和精彩故事等；这部分是全书的主体，读者从中可以了解已有各种密码的前世今生。接着，在第8章的“未来密码”中，不但客观展望了量子密码、抗量子密码、量子计算机和DNA计算机等热门话题，更提出了未来密码的两个重要研究空白，即“抗DNA计算密码”和密码“通用”破译系统，希望对业内读者随后的科研选题，特别是密码领域的博士生和青年才俊们有所帮助。再接着，在第9章中，首次介绍了许多非常有趣的汉字密码新破译，由此可见，密码其实是一个很好玩的学科，破译密码真的可以像玩游戏那样有趣。最后，本书的结语也很重要，它再次回到符号系统的视角，将作者意犹未尽的密码观，进行了更深入的阐述：不但涵盖了过去、现在和将来的所有密码，更借鉴“通用外语翻译系统”的思路，在符号系统的基础上，提出了一种针对特定人和事的密码“通用”破译思路；因此，可以形象地说，本书用符号系统这根金线，将所有密码珍珠串成了一条项链，但愿大家能喜欢。

　　身为中国密码学会的首任副理事长，我一直都在努力，希望撰写一部关于密码的科普图书，使它能达到“外行不觉深，人人能读懂；内行不觉浅，专家能受益”；但因能力和水平有限，数次动笔都半途而废，创作思路也一改再改，素材筛选更是反复取舍。终于，这次咬牙坚持写成，到底是否及格，还请各位评委亮分。

　　本书成型于曹雪芹当年创作《红楼梦》的茅庐邻里，定稿于2020年的新型冠状病毒肆虐期间。但愿疫情早日结束，但愿此类灾难不再重现；但愿人类早日破译新冠病毒的密码，尽快研制出相应的疫苗；祝愿抗疫成功！

　　　　杨义先　　　　　　

　　　　2020年3月12日于北京西山温泉茅庐