密碼的故事：人類史上最重要的45種密碼與破解之道

1838年　
摩斯電碼

大家都知道用點與線拼成的SOS求救信號，但這東西原來並不長這樣。故事要從十九世紀前半某個人痛失愛妻之時說起。

隨便問一個人「點點點，線線線，點點點」〈‧‧‧─ ─ ─ ‧‧‧〉代表什麼意思，他們大概都能馬上告訴你：這是無線電求救信號SOS。不過，假使山謬．摩斯（Samuel Morse）最早的電碼版本還在使用，那求救信號的長相大概就會很不一樣。
摩斯對密碼的興趣間接來自他替人畫肖像畫的職業。一八二五年他離家工作時收到一封信，通知說他太太病了。不幸的是，等他好不容易趕回家，妻子卻已經過世，連葬禮都已結束，這讓摩斯覺得他一定得想辦法讓長途通訊變得更快。
摩斯曾在耶魯大學唸過電學，他想這門知識或許是讓訊息及時傳遞的關鍵。他看過電磁實驗之後得到單線電報的靈感，並以此申請專利。現在大多數人對電報員的印象都是他們戴著耳機聽摩斯訊號，但最早的電報裝置是在齒輪推送的紙帶上打洞，收到訊號的操作者負責將電碼翻譯成明文訊息。
摩斯的年輕助手阿弗萊德．維爾（Alfred Vail）幫他解決這套裝置一些實用上的問題。一八三八年一月十一日，在美國紐澤西州摩里斯鎮（Morristown）的一棟房屋裡，摩斯與維爾進行了電報通訊的第一次演示。五年後，美國國會通過議案決定鋪設一條六十公里長、耗資三萬美金的電報線，連接華盛頓的國會大廈與馬里蘭州巴爾的摩市的克萊爾山電報站（Mount Clare Station）。
一八四四年五月二十四日，這條電報線正式啟用，摩斯從一端發送那條著名的訊息「上帝所為」（What hath God wrought），讓身在另一端的維爾接收。
摩斯這場演示的成功使得電報網絡在美國快速發展。到了一九五一年，足足有十家不同公司經營從費城、水牛城與波士頓等地通往紐約的電報通訊，而此時美國國內電報線長度總計超過三萬多公里。
在一八五○與一八六○年代，彼此競爭的電報公司之間出現大規模合併現象。第一條跨越北美大陸的電報線出現於一八六一年，將加州與東岸連接起來，小馬快遞（Pony Express）從此一蹶不振。一八六六年，西聯公司（Western Union）成為電報界的霸主。
要解讀摩斯電碼寫的訊息很簡單，因為每個字母都有標準代碼，任何熟知摩斯電碼的人都能直接解出明文。但如果將摩斯電碼合併其他加密方式使用，讓明文內容先變成密文再轉成電碼，只有收訊者知道解開密文的方式，這樣通訊就更加安全。

用法
山謬‧摩斯一開始想的是用特殊密碼本或字典來加密訊息，目的不是要隱藏內容，而是要讓訊息發送更簡便迅速。發訊者從密碼本裡找出某個字相對應的數字碼，再通過電報線傳送這串數字碼，收訊者反過來操作就可解讀。
維爾發現這種方法實際操作起來既緩慢又困難，於是他想出幾種改良的方向，包括使用「發送電鍵」（sending key）， 以及把字典改成「美國摩斯電碼」（American Morse Code）系統。這些改良在摩斯發送「上帝所為」訊息時都已落實。
美國摩斯電碼使用九種不同長度的點、線與空格來加密字母、數字和符號。電碼的一個特徵是字母與字母、單字與單字、還有句子結束的地方，空格長度都不同，這樣收訊者才能分辨怎樣斷字或斷句。電報網絡向美國各地、拉丁美洲和歐洲擴張，摩斯電碼的使用也迅速獲得推廣。
今天我們透過SOS訊號所熟知的摩斯電碼，其實大部分出自德國電報學先驅佛里德里希‧克烈門斯‧格爾克（Friedrich Clemens Gerke）的手筆。格爾克縮短線條訊號的時間長度，並把最常用的字母代碼縮短，以此簡化這套電碼。一八六五年，摩斯電碼的國際標準化版本終於被各國採用。無線電報的時代在十九世紀末來臨，摩斯電碼的使用程度也有爆炸性的增長。

【歷史解碼者：艾格妮絲˙麥耶˙德里斯科（X夫人）】
艾格妮絲‧麥耶‧德里斯科（Agnes Meyer Driscall）原名艾格妮絲‧梅依‧麥耶（Agnes May Meyer），一八八九年生於伊利諾州日內西奧（Geneseo），她是美國發展密碼製作學的重要人物。在她以密碼分析師身分工作期間，她的男同事開始稱呼她為「X夫人」（Madame X），而她也就以這個稱號名傳後世。
一九一八年之前，美國的國防在密碼與代碼方面都幾乎毫無實力，而德里斯科就在美國亡羊補牢奮發圖強的過程中扮演關鍵角色。然而，她與軍方的合作卻是緣起於一個法律漏洞。
德國在一九一七年擊沉美國商船，美國因此加入第一次世界大戰，卻發現海軍有嚴重的不足額情況。不過，美國在一年前通過的《海軍法案》（Naval Act）內容語意模糊，只說要徵召「那些可能有能力為海岸防衛提供特殊實用技能的人」，這下子造成一個意料之外的結果，也就是說這是美國史上第一次容許女性從軍，雖然她們只能擔任行政職務。
許多人響應海軍徵召，德里斯科也是其中一員，她在一九一八年六月二十二日參軍。她的第一個職務是在郵電審查局（Postal and Cable Censorship Office）檢查通訊內容，尋找間諜活動的蹤跡，但不到一年她就被調去代碼與信號組（Code and Signal Section，CSS）。據說她在一九一九到一九二○年之間有幾個月待在赫伯特．奧斯本．雅德利（Herbert Osborn Yardley）的密碼局（Cipher Bureau），也就是俗稱的「美國黑室」（American Black Chamber）。
一九二一年，德里斯科和代碼與信號組組長威廉．葛瑞軒少校（William Gresham）合作設計出一套機械加密裝置，稱為「通訊機」（Communications Machine，CM）。德里斯科想出加密方法，葛瑞軒設計機器來進行這種方法。裝置裡有好幾條打印的字符紙表，由探針驅動，只要一條紙帶移動，其他紙帶也會跟著移動一個節距。她在一九二三年短暫離開軍隊，協助愛德華．赫本（Edward Hebern）製作最早的轉子機械（rotor machine），但威廉．F．傅利曼進行評估後發現這種機器有其弱點，於是她又在一九二四年回到代碼與訊號組。
德里斯科被分派到研究組，專門負責密碼分析方面，攔截並解讀日方通訊使用的代碼與密碼。德里斯科協助破譯的第一套密碼被稱為「紅皮書」（Red Book），美國海軍特工暗中潛入日本駐美領事館打開保險箱，將裡面一本密碼本每一頁都拍成照片，照片裝在一個紅色資料夾裡，因而得名。
德里斯科在一九二六年破解第一組密鑰，美方得以連續數星期解讀日方的電訊交通。後來日方採用更複雜的密鑰，卻依舊每次都被德里斯科與研究組成員破解。
監視日方通訊四年之後，日方突然整個更換訊息加密方法，但德里斯科也不是省油的燈。之前他們有偷到手的密碼本內容作為基礎，這次他們得靠自己推敲出整本密碼本。新的密碼存放在藍色資料夾裡，後來被稱為「藍皮書密碼」（Blue Book code）。
由於日方使用一種換位式雙重加密法，德里斯科藉此能夠推算出代碼數量（八萬五千個），但德里斯科與組員仍然花了三年才解出整套藍皮書密碼。在這些破譯的訊息中，一個重要的情報是日本新的金剛級驅逐艦最高航速可達二十六節，美方得知後便將海軍的北卡羅來納級戰艦（Us North Carolina Class battleships）加以改良，使最高航速變得更高。
德里斯科一直為軍方工作到一九三○年代，並參與第二次世界大戰，但她破譯日本海軍密碼的大功才是她事業的最巔峰。這是歷史上最後的人工解碼大勝仗之一，機械年代的降臨代表這類解碼活動終將走入歷史。

1838年　
摩斯電碼

大家都知道用點與線拼成的SOS求救信號，但這東西原來並不長這樣。故事要從十九世紀前半某個人痛失愛妻之時說起。

隨便問一個人「點點點，線線線，點點點」〈‧‧‧─ ─ ─ ‧‧‧〉代表什麼意思，他們大概都能馬上告訴你：這是無線電求救信號SOS。不過，假使山謬．摩斯（Samuel Morse）最早的電碼版本還在使用，那求救信號的長相大概就會很不一樣。
摩斯對密碼的興趣間接來自他替人畫肖像畫的職業。一八二五年他離家工作時收到一封信，通知說他太太病了。不幸的是，等他好不容易趕回家，妻子卻已經過世，連葬禮都已結...

推薦序
英國開放大學（Open University）現代語言與語言學教授
史蒂芬‧巴克斯博士

人類總是情不自禁地被各種神祕難解的事物吸引，有如飛蛾撲火。這份喜愛如此強烈，我們甚至自行發明虛構的謎題來讓夏洛克‧福爾摩斯這樣的偵探去解決。說實在的，就是因為我們對「密碼」與謎團特別著迷，也才會創造出像印第安那‧瓊斯這樣的電影角色，將我們對冒險、運動家帥氣形象以及語言天分的喜愛結合在一個英雄人物身上，再給他一頂時髦的帽子。
但是，正如這本既全面又充滿啟發性的書告訴我們的，現實世界其實已經存在大量真實的密碼與代碼來娛樂我們、讓我們傷透腦筋，何必還需要去發明虛構的謎題與密碼呢？以我自己的例子來說，我之所以下功夫解讀神祕的伏尼契手稿（Voynich manuscript），是因為童年對現實中從古到今各種解碼破譯事蹟的嚮往，包括聖書體、羅塞達碑（the Rosetta Stone）、北歐盧恩字母（runes）和克里特島線形文字B（Linear B）之謎。更何況，不僅僅是這些謎團本身吸引人，每個故事裡的人物在排除萬難破解自己這份密碼時，他們的表現經常都比印第安那‧瓊斯要更異乎尋常、更富有新意。
當我應邀為這本書寫推薦序，在閱讀這一頁頁豐富內容的過程中，我又再一次被帶回那些古老的冒險世界，而我過去也曾在其中遊覽，去看那些我最喜愛的東西，比如那尚未被解讀的斐斯托斯圓盤（Phaistos Disk），或是那奇妙的倫哥倫哥文字（Rongorongo script）。雖然這些對我來說都是老朋友，我仍然在每一頁都學到關於它們的新知識。比如說，誰會曉得摩斯是因為妻子過世的刺激而著手設計出摩斯電碼，而在這之前他的工作卻是肖像畫家？
除了這些以外，我們也會看到許多較不出名的密碼與代碼，但它們動人心魄、引人入勝的程度決不遜於其他。這麼說吧，這些就是我的新朋友，包括神祕的上古密碼、商業密碼、詩碼、先進加密技術，以及更多更多。在此同時我們還會遇見一批奇特又有趣的新角色：加密者與解密者、士兵與騙徒、江湖郎中與科學家、一頁又一頁的謎語與說謎人。有的謎題已被解開，但還有許多仍在吊著我們胃口，頑固地拒絕被破譯。所以說，我要公開向本書作者致謝，感謝他讓我重會老友，又介紹我認識新的益友。
解譯任何密碼都需要靈活思考，需要專心致志與勞心勞力，但最重要的是需要好奇心以及愛新求新的態度，能將成見放一邊，跳脫既有的框架去想更多。正因如此，本書既能提供娛樂也能提供啟發，還能提供無限的趣味和卓識，刺激我們的好奇心，觸動人人皆有的人類基本特質——我們都熱切渴望能解開未解之謎、了解神祕事物，並想要在這麼做的時候享受過程中的每一步。

推薦序
英國開放大學（Open University）現代語言與語言學教授
史蒂芬‧巴克斯博士

人類總是情不自禁地被各種神祕難解的事物吸引，有如飛蛾撲火。這份喜愛如此強烈，我們甚至自行發明虛構的謎題來讓夏洛克‧福爾摩斯這樣的偵探去解決。說實在的，就是因為我們對「密碼」與謎團特別著迷，也才會創造出像印第安那‧瓊斯這樣的電影角色，將我們對冒險、運動家帥氣形象以及語言天分的喜愛結合在一個英雄人物身上，再給他一頂時髦的帽子。
但是，正如這本既全面又充滿啟發性的書告訴我們的，現實世界其實已經存在大量真實的密碼與代碼來娛樂...

複雜的密碼學

我們在這本書裡要踏上一場歷史之旅，從大約五千到六千年前密碼學在印度河河谷發源開始，探索古希臘人與古埃及人用來保密通訊內容的方法。從西元前第五世紀希臘史學家希羅多德（Herodotus）那裡，我們學到的不只是日常生活發生的事，更有許多有趣的細節，包括在奴隸剃光的頭上刺青以便發送密信的方法。希羅多德在《歷史》（Histories）一書裡記述了邁立特城（Miletus）的僭主（tyrant）希斯提埃烏斯（Histiaeus）與波斯交戰的時候就用了這招，先在奴隸剃光的頭上刺上訊息，等到奴隸的頭髮長出來就可以遮住刺青內容。希羅多德告訴我們，希斯提埃烏斯派出一名信使，交代他說：「當汝去至邁立特，要阿里斯塔哥拉斯（Aristagoras，希斯提埃烏斯的姪子）剃汝頭觀之。」
希羅多德還把希臘人用的另一招數透露給我們，那就是把訊息刻在木板上，然後用熔蠟覆蓋木板來掩藏文字。這種技術後來被稱為「隱寫術」（steganography，源自希臘文的steganos「隱藏」與graphia「書寫」），且還納入了更多技巧，包括使用隱形墨水、用郵票遮蓋消息，或是在特定字母下方加點以指示閱讀者挑這些字母來看。
歐洲進入中古時期後，阿拉伯學者冒出頭來成為加密這門學問的領路之光。伊拉克哲學家肯迪（al-Kindi）發明頻率分析法（frequency analysis），造就了密碼分析或說「解碼」的這門專業。這項發明是起跑線上的鳴槍，從此加密者與解碼者展開一場史詩級的競賽，一直延續到今天。歐洲思想家發展出刁鑽的新技術，使用多套字符表進行替換以使頻率分析法無效，從此掌握永遠擊敗解碼者的關鍵——至少他們自己這樣認為。然而，十九世紀德國密碼學家弗里德里希．卡西斯基（Friedrich Kasiski）卻證明這些看似毫無破綻的技術竟也有其弱點。
到了十九世紀早期，工業革命、國際貿易日益發達，再加上電報科技的盛行，都使得人們更需要能夠保密的遠距通訊。山謬．摩斯（Samuel Morse）把與他同名的這套電碼貢獻給世界，其他人則想到要讓通訊保密還得更進一步。二十世紀早期，世界爆發戰爭，設計密碼與破解密碼這兩方之間的勝負可以決定乾坤。法國軍人喬治．潘文（Georges Painvin）這位解碼天才是協助擊破德軍一九一八年春季攻勢（Spring Offensive）的功臣；而美軍的查克托族（Choctaw）印第安人密語隊（codetalker）則確保了盟軍通訊內容絕不外洩。兩次世界大戰之間這段時期是密碼學發展的重要分水嶺，手工加密的時代結束，機器時代由此開始，讓交戰雙方能以不可思議的複雜方式來迂迴處理（convolute）訊息。
不過，就連這種密碼都不是百毒不侵。直到二次大戰終戰數十年後，英國布萊奇利園（Bletchley Park）解碼專家的貢獻才為世人所知，但戰爭時期的領袖溫斯頓‧邱吉爾 （Winston Churchill）曾說過一句著名的話，他說布萊奇利園所做的事讓戰爭得以提早一年結束。直到現在，數學家仍是密碼研究的領頭先鋒，他們一直致力尋找更加複雜的函數來消隱訊息，而這也直接導致電腦時代的開始。從那時起，愈來愈複雜的資訊科技也就成為密碼學世界的主宰者。

「代碼」與「密碼」的不同
雖然英語使用者普遍混用code（代碼）與cipher（密碼） 兩字，但其實兩者之間有著本質上的重要差異。
密碼指的是將訊息中每個字母都用其他符號代換的一套做法，以此將訊息內容加以偽裝。另一方面，代碼比較注意的是文字的含義而非個別字母，其做法通常是將整個單字或整句話依照代碼本（用來蒐集、儲存和記錄代碼的檔案或書籍）中的指示加以代換。
就結果來說，代碼比密碼更固定、更不靈活。舉例來說，某一套代碼可能會特別指定用「5487」這組數字來代換「攻擊」（attack）這個詞，這樣的話任何時候某條訊息裡出現「攻擊」一詞，加密後的結果就一定會包含「5487」這組數字。就算代碼本裡提供多個用來代換「攻擊」的選項，但能夠產生的變化仍然有限。
相比之下，如果是密碼，就算是在同一條訊息裡，不同地方出現的「攻擊」（attack）一詞都可能會被以完全不同的方式加密，於是旁觀者就更難看出其中規律。
本書將代碼與密碼這個撲朔迷離的世界放入歷史的脈絡裡，同時也提供實用工具，讓有心致力於密碼學這門科學與藝術的人能用來破譯密文或自行加密訊息。

複雜的密碼學

我們在這本書裡要踏上一場歷史之旅，從大約五千到六千年前密碼學在印度河河谷發源開始，探索古希臘人與古埃及人用來保密通訊內容的方法。從西元前第五世紀希臘史學家希羅多德（Herodotus）那裡，我們學到的不只是日常生活發生的事，更有許多有趣的細節，包括在奴隸剃光的頭上刺青以便發送密信的方法。希羅多德在《歷史》（Histories）一書裡記述了邁立特城（Miletus）的僭主（tyrant）希斯提埃烏斯（Histiaeus）與波斯交戰的時候就用了這招，先在奴隸剃光的頭上刺上訊息，等到奴隸的頭髮長出來就可以遮住刺青內容。希羅多...

推薦序：史蒂芬‧巴克斯博士
序：複雜的密碼學

第一章　上古文明
替換式密碼與換位式密碼
印度河文字
歷史解碼者：寇伯，文特里斯，查迪克
斐斯托斯圓盤
阿特巴希密碼
波利比奧斯方陣
凱薩移位密碼
第二章　智慧之子
黑暗時代的新光芒
歐甘字母
歷史解碼者：約拿斯‧諾德比
倫哥倫哥文
伏尼契手稿
熙篤會密碼
歷史解碼者：伊本‧杜雷欣
第三章　字符之外
密鑰與多重字符
阿爾貝蒂密碼盤
卡丹格
貝拉索密碼
曼圖亞密碼
聖母頌密碼
維奇那密碼
歷史解碼者：艾蒂安‧巴澤里斯
舒博羅銘文
阿諾德密碼
歷史解碼者：奈特，梅吉西，謝斐
多拉貝拉密碼
第四章　電報時代
電子加密
傑佛遜密碼機
摩斯電碼
普萊費爾密碼
蒲福密碼
歷史解碼者：奧古斯蒂‧科克霍夫
聯邦路由密碼
歷史解碼者：伊莉莎白‧傅利曼
商用代碼
Q代碼與Z代碼
歷史解碼者：艾格妮絲‧麥耶‧德里斯科（Ｘ夫人）
ADFGX密碼和ADFGVX密碼
協和表
齊麥曼電報
一次性密碼本
歷史解碼者：查克托族與納瓦荷族密語隊
第五章 機械時代
機器的興起
Type X和SIGABA
希爾密碼
謝爾必斯密碼機
歷史解碼者：亞蘭‧圖靈與Enigma密碼機
洛倫茲SZ40
詩碼
紫色密碼與珍珠港事變
第六章　量子時代
數位時代的編碼
阿加皮耶夫密碼
VIC密碼
歷史解碼者：唐納‧哈登
區塊加密法
公鑰加密法（PKE）
無線網路加密
單人牌戲密碼
進階加密標準
保全散列演算法
量子加密法與未來
怎樣成為密碼分析專家

名詞解釋
參考資料

推薦序：史蒂芬‧巴克斯博士
序：複雜的密碼學

第一章　上古文明
替換式密碼與換位式密碼
印度河文字
歷史解碼者：寇伯，文特里斯，查迪克
斐斯托斯圓盤
阿特巴希密碼
波利比奧斯方陣
凱薩移位密碼
第二章　智慧之子
黑暗時代的新光芒
歐甘字母
歷史解碼者：約拿斯‧諾德比
倫哥倫哥文
伏尼契手稿
熙篤會密碼
歷史解碼者：伊本‧杜雷欣
第三章　字符之外
密鑰與多重字符
阿爾貝蒂密碼盤
卡丹格
貝拉索密碼
曼圖亞密碼
聖母頌密碼
維奇那密碼
歷史解碼者：艾蒂安‧巴...