1   密码术

密码术就是在传输信息时不希望被第三者解读的技术,也可以说是一种秘密的通信方式。几千年前埃及、巴比伦、古罗马、古希腊就有过密码术。由于战争、贸易、外交的频繁,密码术已成为人们用来保护秘密信息传输的工具,而且新技术不断涌现。近年来作为一门跨学科的前沿技术,正在向各行各业渗透。密码学(Cryptography,源于希腊语kryptós“隐藏的”)是研究如何隐密地传递信息的学科。常被认为是现代电子学和计算机科学的分支,与数学、信息技术密切相关。著名的密码学者Ron Rivest认为:“密码学是关于如何在对手存在的环境中通信”,它促进了计算机科学与网络安全技术的发展。密码术除用于军事、商务、产品工艺或配方的谍报方面外,已广泛应用在日常生活中,例如:自动交易机、电子邮件、远程存取、自动取款机、电子商务、自动控制、防伪等。现代密码学大致可分为对称和非对称两种。对称钥匙密码学指的是传送方与接收方都拥有相同的钥匙。直到1976年它还是唯一的公开加密法;非对称密钥密码体系的特点是加密和解密都要使用不同的密钥。

自从人类有了文明的交流,就有了保密的意识,历来密码术按形式分类有:

(1)转置式密码,是把明文中的文字或符号的前后左右顺序作一些变化。例如:公元前400年古希腊斯巴达人使用的‘塞塔’密码,是把一条1cm宽、20cm左右长的羊皮带,以螺旋状绕在一根特定粗细的木棍上,把要传递的信息沿木棍纵轴方向从左至右写在羊皮带上。写完一行,将木棍旋转90度,再从左至右写,直至写完。最后将羊皮带从木棒上解下展开,羊皮带上排列的字符就是一段密码。图1是用铅笔的例子。

图1  转置式密码

解密时,信息的接收者也需要有根同等粗细的棍子,收到羊皮带后再将它裹到棍子上,才能读出原始信息。这样,即便羊皮带中途被截走,只要对方不知道棍子的粗细,所看到的也只是一些杂乱无章的字句。这就是历史上记载的人类最早对信息进行加密的方法之一。

(2)换字式密码,是把明文中的每个字用一个或多个其他字或符号代替,如图2所示。它是用各种舞蹈小人的形状代替字母,这是1874年英国人尼古拉斯设计的密码。

图2  换字式密码

(3)分置式密码,是把明文中的文字与文字间加入其他文字或符号,如学校两字间加‘华清’,就变成了‘学华清校’。

(4)隐文式密码,是把明文中的字隐匿在其他词或句子之中,如:把‘泪’写成‘目之水’;把‘杨’写成‘木 易’;把‘李’写成‘十八子’等。

(5)约束语式密码,是把明文中的单词或句子,用意义完全不同的其他词或句子来写。如:‘登上新高山’,即代表太平洋战争开始的命令。这是日本海军有名的密码。由于密码的成功破译使得第二次世界大战提前两年结束。

现代密码术所采用的加密方法通常是用一定的数学计算操作来改变原始信息。这种改变信息的方法,只要掌握了密钥就可以把消息复原回来;如果没有密钥,从理论上说,传统的数学计算加密方法都是可以破译的。第一台现代计算机的诞生,就是为了破解复杂的数学密码。随着计算机的飞速发展,破译数学密码的难度也逐渐降低了。为了加大保密度,近年来发展的量子密码术是在“海森堡测不准原理”和“单量子不可复制定理”的基础上,逐渐建立起量子密码术的概念。“海森堡测不准原理”是量子力学的基本原理,指在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的,只能精确测定两者之一。“单量子不可复制定理”是“海森堡测不准原理”的推论,它指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的,因为要复制单个量子就只能先作测量,而测量必然改变量子的状态。量子密码术突破了传统加密方法的局限,以量子状态作为密钥加强了不可复制性。中间截获者得到的只是无意义的情报,而信息的合法接收者还可以从量子态的改变知道密钥曾被截取过。科学家希望将来可以实现远距离、高速率的量子密码传输。这样就可以利用卫星来传递信息,并在全球范围内建立起保密的信息交换体系。

2   密写术

在罗马帝国时期,军事指挥官剃去消息传递人的头发,把情报写在光头上,待头发长出后让他出发,通过敌人的封锁线,到达目的地,再剔去头发,就显示出来要传递的情报。密写术是间谍最早的联络方法,常利用某些有机或无机化合物在纸上写出眼睛看不见的文字,解密时再通过一定的光、热、蒸气或化学药水的涂抹,就会显示出字迹来。密写的具体种类主要有:溶液密写、复写密写、干写、压痕密写以及潜影密写等。兰登与法国一位颇有天分的密码破译专家索菲奈芙,在对一大堆怪异的密码进行整理的过程当中,发现一连串的线索就隐藏在达芬奇的艺术作品中,深感震惊。这些线索,大家都清楚可见,然而却被画家巧妙地隐藏起来,这就是密写的达芬奇密码。在中国的一些武侠小说里常有把一些武林密术或藏宝地图隐含在某些图画中,淋湿以后,就会显示出真迹来,这就是最简单的密写术。如果方法被别人知道了,消息也就公诸于世了。密写术在现在电子设备防伪中还经常应用。

此外,还可以用隐形墨水。隐形墨水的原理是利用酸碱指示剂在酸性或碱性溶液中的颜色变化,除了应用化学变化中的酸碱中和原理外,还可利用其它的化学反应:如沉淀现象、氧化还原反应、催化作用等。例如用作为酸碱指示剂的酚钛溶液(酚酞为无色结晶体,在酒精等中性溶液或酸性溶液中为无色,在碱性溶液中就变成了红色。另外,现在有用塑料磁粉片显示磁带中记录图形的方法;也有用钒酸铵不可逆示温变色涂料,温度高了由白色变成棕色。

3   隐形术

关于隐身我们并不陌生,小动物的保护色和伪装形态就是隐身术。在很多神话和传说中,人类都流露了自己隐身的梦想。想把自己隐藏起来,让敌人暴露在自己的目光下。最早的迷彩隐形是一种光学隐形。把欲隐蔽物的色彩、图形与环境的色彩、图形一致,让观察者在视觉上很难分清原来的物体,国庆节阅兵队伍中战车的色彩,还记忆犹新;有的飞机背上涂着草绿色的迷彩,很容易跟草地的颜色混淆;而机腹涂成天蓝色,跟天空的颜色一致,这样无论它在地上还是天上,用人眼很难看清楚了。但要用雷达、红外、激光等电子技术进行检测,隐形就容易被戳穿。雷达发射的电磁波像水纹一样遇到障碍物就会被反射,反射回来的电磁波会在接收屏幕上显示为一个光点,称为雷达反射截面,根据反射截面的大小可推测目标的大小。隐形轰炸机就是通过缩小自己的雷达反射截面来实现隐身的。它的雷达反射截面很小,仅相当于一只水鸟的雷达反射截面,当隐形机从头顶飞过时,在雷达的接收屏幕上看到的光点很小,会认为是一只鸟。而且远距离时可能什么都看不见。为了缩小雷达反射截面,早期的隐形飞机设计成多棱折面的外形。当雷达波到达折面后,会向其他方向反射。利用折面的设计,就能达到隐形的目的,但是这种平面的设计会使飞机的阻力增大,升力减少,机动性变差。第二代隐形飞机,采用整个机体是由曲面组成的,为了减少雷达波的反射,机体上面还涂一种能够产生等离子体的涂料,在飞行中,涂料能把周围的空气电离,形成一层等离子体鞘带电薄膜,蒙在飞机的周围。使射来的雷达波被散射或被吸收。现在新材料与新技术的应用使隐形术更加先进了。为了对付日益先进的隐形术,反隐形技术的研究也在积极开展中,而且相继推出一些新型雷达设计方案。■