01 导读2020年5月12日，中国科学技术大学的潘建伟团队利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次实现量子安全时间传递的原理性实验验证，为未来构建安全的卫星导航系统奠定了基础。 量子安全时间传递技术有什么作用？ 简单来说，时间是人类社会正常运转的基础。计算机网络、金融交易市场、电力能源网络等系统的安全稳定运行，都需要统一的时间基准。 如果这些系统遭受到恶意攻击，其引起的时间错误将会引起网络崩溃、导航定位错误等重大安全性事故。 目前广泛使用的时间传递技术面临着数据篡改、信号欺骗等各种攻击的潜在风险。 基于量子不可克隆原理，生成密钥来加密经典时间数据，从而确保时间数据的安全传输，从根本上保证了信号传输过程的安全性。 自此，信息加密技术进入量子时代！ 那么，最早的信息是如何加密的，其中又经历了怎样的变迁呢？ 02 姜子牙的“阴符”和“阴书”中国最早的密码可追溯到商周时期的“阴符”和“阴书”，其发明者是赫赫有名的姜子牙。 据《太公六韬》记载，一次姜子牙被敌军围困，欲向周文王请求援兵。 为了让文王相信事情的真实性，将自己心爱的鱼竿截成不同长度的竹段，装入匣子，作为信物交给信使，向周文王派兵求援。 文王见到使者后，将竹段拼接起来一看，果然是姜太公随身之物，立马派兵救援，成功化解了这次危机。 后来，姜子牙受“鱼竿传信”的启发，发明了“阴符”。阴符由八个长短不一的竹片组成。 前四个比较长的用于传递不同的战争结果；后四截短的则用于代表各种紧急军情。 即便如此，“阴符”表达的意思还是过于简单了。于是姜子牙又发明了“阴书”，来传递更为复杂的信息。 “阴书”是将书信内容拆分为三部分，写在三个书帛中，分别交给三个人。三人分别走不同的路，最后在目的地汇合。 将各自的部分拿出来合在一起就能知道信件的完整内容。 但这种方式有一个很大的风险，万一其中一份书帛丢失，信息就不能完整传递。 后来，发展出了“明文方法传递，解读方式保密”的策略，即在不拆分书信内容的基础上，采用一定的手段对文字内容进行加密。 03 斯巴达的“密码棒”古希腊的斯巴达由于地理位置特殊，人口较少，经常受到北部游牧民族的攻击和波斯帝国的威胁。这种险恶的环境造就了斯巴达人好战的性格和“全民皆兵”的社会体制。 为保证战争中信息频繁传递的安全性，公元前404年，斯巴达人发明了“塞塔式密码”，俗称“密码棒”： 发件人将皮条缠绕在一定大小、粗细的木棒上书写信息；送信者将皮条缠在腰上以方便携带；收件人拿到皮条后，用同样规格的木棒缠绕布条，以解读加密信息。 这种古老的加密方式沿用了数百年，直到“凯撒密码”的出现。 03 凯撒密码作为罗马帝国的奠基者，凯撒通过一种叫“凯撒密码”的明文与将领传递信息。 凯撒密码是一种替换加密的技术，明文中的所有字母都按照字母表上的顺序向后（或向前）偏移一个固定的数目后，将得到的字母替换原字母形成密文。 如每个字母自然向后移动三位，比如字母A，实际表示字母D； 当时有人专门做了方便译码的硬币，中间的小字母圆盘可以转动，以快速找到对应的字母。 凯撒密码在当时的广泛应用可见一斑。 后来，人们又在凯撒密码的基础上进行了一系列的变革，但由于信息传递方式的限制，整体上原理比较简单。 这个时期所有信息全靠人工传送，直到“电报”的产生。 04 电报与摩尔斯电码1837年，美国人摩尔斯发明了电报，这项技术使人类能用“电”来实现远距离的即时信息传输。 人们终于不用专门跑腿去传递信息了。 通过专用的交换线路将电报信息以电信号的方式发送出去，接收人收到的是并不是实际的文字，而是“摩尔斯电码”。然后通过对照摩尔斯电码表，转换成文字。 摩尔斯电码作为无线电通信的重要方式，通过用不同点与横，来标识不同的字母或数字。 1895年意大利的无线电工程师马可尼发明了无线电，自此，无线电报产生了。 通过无线电，人类可以实现跨洲、跨洋的长距离无线通讯，再也不用花费大量的人力物力铺设电线了。 有了无线电，就出现了我们经常在“谍战片”中看到的场景： 前沿阵地指挥所，外面架设着一根天线，里面一群人坐在一个个小黑匣子旁边，手指有节奏地在按键上起起落落，并不时地在纸上记下一个个数字，机器里规律性的发出一阵阵“嘀嘀”的声音。 这个黑匣子就是“电台”，指挥所里的一些人就是在接收或回复后方指挥部的战略部署。 然后，将摩尔斯电码转换成的数字与一个小本子核对，就可以知道双方传递的信息内容了。 这个小本本，就是密码本。 随着通讯技术的发展，密码技术从此走上了变革的快车道。 也由此拉开了人类历史上最激烈的“密码争夺战”！ 05 二战中的密码战斗以前密码经常被破解，应为当时加密技术的规则比较简单，大多都是采用手工编码的方式。 为了提高信息传递的安全性，1918年，德国发明家亚瑟·谢尔比乌斯利用现代化的电气技术，取代传统的手工编码加密方法，发明出了一种能够自动编码的机械加密解密机器，恩尼格玛密码机（Enigma/恩尼格玛），也叫“谜”一样的机器。 这种机器通过三个转盘对信息进行加密，能够产生一亿亿种组合方式，靠暴力的手工破译根本不可能。 该密码机发明之处，无人问津。它的真正价值在被人们忽略十年后，被德军情报部门发掘。 二战前期，由于恩尼格码密码机的存在，盟军始终无法破解德军的情报。 擅长解读“爱情密码”的法国人，对恩尼格码密码机却毫无头绪，只得将它转动给波兰情报部门。 当时波兰政府秘密在数学研究所招收了20名出色的学生，花重金进行培养。培养出了研究所中最出色的3名数学家，后被誉为“波兰三杰”的杰里兹·罗佐基、亨里克·扎加尔基斯和玛利安·雷耶夫斯基。 他们利用德国人在发报时的一个小疏忽，成功破译了恩尼格码密码机，并根据破译原理，发明了“炸弹密码机”。从那以后，德军的一些秘密情报都能被波兰掌握，让盟军能提前制定出正确的作战方案，减少了很多不必要的损失； 后来德国人做了进一步升级，对恩尼格码密码机的漏洞进行了修复，发明了号称当时世界上“最完美”的密码机，并一次性生产了十万台，在全国各部门广泛使用。 不仅如此，行事严谨的德国人每天都会更换密钥。 因此，每次破译需要在一天之内完成！ 据现代人计算，该密码机被破解的概率相当于一个人买十辈子彩票中奖的概率。然而，这台密码机却很快被英国天才数学家艾伦·图灵攻克。 1912年在伦敦出生的图灵，从小就在数学方面展现出惊人的天赋，并在25岁之前实现了普通人一生都难以取得的辉煌成就： 15岁的艾伦图灵为了帮母亲更好地理解相对论，专门写了一本书解释相对论； 中学时就获得了国王爱德华六世数学金盾奖章； 19岁考入英国剑桥大学国王学院专攻数学；4年后，因为出版了论文《论高斯误差函数》，让他由一名普通大学生直接当选为国王学院的研究员，并于次年获得英国著名的史密斯数学奖。 在炸弹密码机的基础上，图灵发挥他天才般的数学天赋，制造除了图灵密码破译机，也叫“图灵炸弹”。 图灵所设计的“炸弹”解码机一共有36组转盘，每一个转盘都相当于恩尼格玛机中的一个转子，所以每组转盘就相当于一台“恩尼格玛”密码机。 这样就等于有许多台机器代替人力同时进行解码。 从此，英国几乎掌握了德军的空军和海军的全部作战计划，德国军队屡屡受挫，英军取得了伦敦保卫战的胜利。 1942年，德国人发明了更为精密的12个转盘的“洛伦兹密码机”。 然而“魔高一尺道高一丈”。 1943年，图灵发明了号称“不可能被造出来”的“巨人（Colossus）计算机”，并在1944年开始正式投入使用，破解了德军的兵力部署、物资运送详细情况，在诺曼底登陆中立下了巨大功劳，让第二次世界大战至少提前了两年结束，拯救了超过一千两百万人的生命。 1950年，这位孤独的天才提出了著名的“图灵测试”，用于测试机器是否具备“人类智能”。至今每年有仍有图灵测试的顶级国际赛事，图灵被尊称为“人工智能之父”。 1966年，美国计算机协会为纪念图灵所作出的巨大贡献，设立了“图灵奖”。直到现在仍是计算机界的最高奖项，被誉为“计算机界中的诺贝尔奖”； 如果大家对艾伦图灵感兴趣，这里推荐牛津大学教授安德鲁·霍奇斯的《艾伦·图灵传》和卷福主演的电影《模仿游戏》。 启示纵观人类科技发展史，很多科学事件的发生其实是极具偶然性的。 第二次世界大战无意催生了科技的进步，因为它在短期时间内将一个国家、区域甚至全球的资源迅速集中起来，从人类文明的历代积累中孕育出了“现代科学”。 二战期间，从欧洲到亚洲，从大西洋到太平洋，先后有61个国家和地区、20亿以上的人口被卷入战争，作战区域面积2200万平方千米。据不完全统计，战争中军民共伤亡9000余万人，5万多亿美元付诸东流，是人类历史上规模最大的世界战争。 从1945年二战结束至今，虽然仍存在小范围的区域冲突，但过去的75年是人类历史前所未有的和平75年。 其间科学的研究得以连续、不受干扰地进行，各类卓越的创新层出不穷，创造了繁荣的现代文明。 人类社会正快速向智能化迈进，自然语言处理、机器学习、深度学习等技术也逐渐融入我们的生活。 2017年5月，由谷歌基于“深度学习”工作原理开发的人工智能阿尔法狗对战世界围棋冠军柯洁。最终，阿尔法狗以3比0战胜柯洁，预示着机器智能到达一个新的高峰。 这项成果的背后，经历了一代又一代人的开拓和积累，也承载了无数科研学者的汗水和血泪！ 我们可以发现从16世纪近代科学产生至今，只有短短的四百余年，科学技术发生一次次的革新；而这点时间对于人类漫长的文明发展史，短的不值一提。 人类还会有多少个四百年？ “密码争夺战”时时刻刻还在全球上演，但“高能物理时代”的现代战争，我们已经打不起了！ 在“包容中共存，在和平中成长”才是人类的唯一出路！ |
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