序

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