2018-06-04: 密码学和战争

德国华孙专利律师和律师事务所，2018年6月4日，德国慕尼黑

文字：冯秋凤（HUASUN） 审校：孙一鸣（HUASUN）

（图片来源：©DPMA）

德国专利商标局（Deutsches Patent- und Markenamt）在其官方网站上设有“里程碑”栏目，为用户介绍具有里程碑意义的与知识产权相关的人或事。近日德国商标专利局发布了标题为“恩尼格玛密码机100年（100 Jahre Enigma）”的文章。在此我们对围绕恩尼格玛密码机的诞生和在第二次世界大战中是如何被破译的故事作简要归纳介绍。

密码机专利申请

恩尼格玛密码机的名称Enigma源于希腊语的“谜”。1918年2月23日，距今一百年前，亚瑟·谢尔比乌斯（Arthur Scherbius）在德国递交了他的第一个专利申请（专利名称：密码机“Chiffrierapparat”，专利号：DE416219）。这一个专利还不是恩尼格玛密码机，但已经包含了其必要要素。

专利文献DE416219的附图

（图片来源：©DPMA）

不过其实在谢尔比乌斯之前，在美国爱德华·赫本（Edward H. Hebern）已经提起过类似的使用转子的密码机的专利申请（可参见专利文献US1510441A， US1084010或US1086823），同时期也还有其他工程师有着类似的想法（例如专利文献DE411126A和DE385682A ）。

但这其中最著名的最成功的还是亚瑟·谢尔比乌斯和他的密码机。他提起了发明专利申请，其后并开始出售名称为恩尼格玛的密码机产品。在一战期间，他就试图给军方推销他的发明，可惜并未获得军方青睐。在此之后，这位杰出的电路工程师就转战商业领域，向那些有保密需求的企业提供商业用恩尼格玛密码机。谢尔比乌斯一直致力于密码机的研发（参见专利文献DE425147A，DE378238，DE536556A），但可惜的是在1929年他在一场意外中去世了。

专利文献DE536556附图

（图片来源：©DPMA）

密码机和战争

德国军方对密码机的需求并没有消失。保密信息的有效传递对军队而言极其重要。在20世纪30年代，希特勒和德国军方就已经开始在为战争做准备。恩尼格玛密码机理论上提供了158,962,555,217,826,360,000种不同的密钥，极大地提高了通信安全性。德国一直认为恩尼格玛密码机无法被破译。

专利文献DE425147恩尼格玛密码机转子的附图

（图片来源：©DPMA）

但是恩尼格玛密码机有一个至关重要的密码学缺陷：加密后得到的字母与输入的字母永远不会相同。同时，另外一个致命的缺陷在于德国每天早上同时发送的天气预报。 这些天气预报中包含了许多重复的术语，它们为代码破解者提供了突破口。

恩尼格玛密码机转子

（图片来源：©DPMA）

著名的波兰数学家马里安·雷耶夫斯基（Marian Rejewski）早在20世纪30年代就已经研究了恩尼格玛密码机关键工作原理并且在战争爆发前不久就将其掌握的信息提供给英国的科学家。不过关于破解恩尼格玛密码机最著名的人物应属英国科学家艾伦·图灵（Alan Turing）。他作为英国代码破译员的领军人物，在雷耶夫斯基前期工作的基础上，通过利用恩尼格玛密码机的内在缺陷以及缴获的代码簿找出破译恩尼格玛密码机无线电信息的方法。图灵在雷耶夫斯基“bomba”（波兰语炸弹的意思）的基础上做了进一步的提升，构造了名为“bombe”的机器。这个巨大的设备能在约为1054560种可能性中计算日期密钥，通过在英国和美国的数百台“bombe”，实现了在几分钟内破译德国无线电信息。

但成功破译纳粹德国密码机的一个关键还在于战争中所缴获的潜艇和代码簿。德国海军的加密系统比德国陆军的加密系统要复杂得多。直到1941年5月，英国代码破译人员工作小组才成功破解海军通信。在1942年2月到12月还出现了所谓的“断电”，原因是德国海军采用了新的M4型号采用四个转子的恩尼格玛密码机以及名为“Triton”（希腊神话中半人半鱼的海神）的代码系统。直到德军潜艇U-559以及潜艇上的恩尼格玛密码机和代码簿被夺取后，图灵和他的工作伙伴才再一次成功破译无线电信息。

与U559一样，U550潜艇及潜艇上的恩尼格玛密码机和代码簿被盟军夺取。

现今可以在芝加哥的博物馆看到这艘潜艇。

（图片来源：©DPMA）

当然，同样重要的还有英国人对破译工作的保密。德国一直认为恩尼格玛密码机无法被破译，直到战争结束之后（很久之后！）他们才怀疑敌方能够破译德军的无线电信息。

密码机和第二次世界大战的结束

如没有成功解密恩尼格玛密码机的话，第二次世界大战可能不会在73年前就结束。通过破解恩尼格玛密码机，数学家和布莱切利园（Bletchley Park）的密码学分析家在缩短第二次世界大战中发挥了至关重要的作用。考虑到德国方面特别是在战争结束前两年的战争中死亡人数明显多于战争结束前五年，而且如果西线战争持续的时间更长，核弹可能首先被用于对付德国，这意味着什么显而易见。

相关链接：

德国专利商标局恩尼格玛密码机100年德语介绍页面：

https://www.dpma.de/dpma/veroeffentlichungen/meilensteine/enigma/index.html

德国专利商标局恩尼格玛密码机100年英语介绍页面：

https://www.dpma.de/english/our_office/publications/milestones/enigma/index.html

注：文中所提及的德国和美国专利文献可在原文中点击查阅