『电脑』价值互联网的由来 |比特币|恺撒大帝|阿兰·图灵|

编码信息的艺术，又称密码学，是保护信息的方法。密码学主要解决的问题是：在向 Bob 发送关键信息时， Alice 如何确保 Eve（Alice 不想让其知晓的第三方）无法解读？在互联网出现之前，历史上已经出现过许多巧妙的信息编码和发送方式，之后又被逐一破解。密码学也是一股推动技术发展的强大力量：计算机科学之父阿兰·图灵（Alan Turing）就在二战期间破解了纳粹密码。
早期的网络是由相互连接的计算机形成的，旨在抵御核攻击。然而，早期网络的一个缺点是没有经过加密，因此连高中生都能入侵网络。如今，互联网的用户已经达到了数十亿人，必须通过强大的密码学工具来保护日益增长的数字化全球经济。然而，与互联网不同，全球经济是高度碎片化的，被分成了 180 个区域法币系统。比特币就是建立在密码学和去中心化网络历史上的互联网原生货币。比特币是科技史的顶峰。
加密技术最早可以追溯到古罗马时期。凯撒大帝本人就使用换位密码交流：“如果他有秘密指令要传达，他会用换位密码写出来……想要破译的话，必须将字母表上的第四个字母 D 替换成 A。 ”他会预先跟亲信约定好使用字母移位（即， +3）作为密钥。几百年间，凯撒密码在保护重要信息方面颇具成效。
凯撒密码（及其变种）后来破解了，其中一种破解办法是纯暴力，即，测试各字母的组合及频率分析。在 9 世纪，阿拉伯哲学之父肯迪（Al-Kindi）发明了频率分析的方法来破解凯撒密码。在所有语言中，总有一些字母/文字出现的频率比其他字母/文字高。每篇文章所使用的字母/文字都遵循同样的频率分配，即， E 出现的频率最高，达到了 12% 左右，而 Z 出现的频率仅为 0.07% 左右。

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接下来举个关于频率分析的例子。我们可以使用 +3 的凯撒密码（即把所有的字母都换成字母表上后 3 位的字母）来加密一段话（密文见下图）。如果攻击者拦截到消息并计算字母频率的话，很容易就能破解。在计算加密消息中的字母频率之后，我们发现 H 的频率约为 12%。参照英语字母频率表，我们可以将 H 倒推回 E，从而得出字母移位 +3 的结论。

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频率分析推动密码学从简单的替换式密码发展到了多表替代式密码。多表替代式密码无法通过传统的频率分析进行破解。纳粹正是利用它发明了臭名昭著的恩尼格玛密码机（Enigma machine）。二战的成功在很大程度上归因于纳粹恩尼格玛密码机被破译。乍看之下，这个密码机就像一个简单的打字机。在键盘上输入一个字母，灯泡板上对应的另一个字母就会亮起来。这个密码机背后是一个电路在执行多表替代式密码。
（编者注：此处有一张 GIF 图，但显示效果有问题）
简单而言，在恩尼格玛密码机的键盘上输入的 A 会被加密成灯泡板上的信号 B。在解码时，经过转子和反射器中复杂的线路，输入 B 会点亮 A，反之亦然。二战爆发后，纳粹政权又在原基础上增加了一个接线板和更多转子，让线路变得更加复杂。恩尼格玛密码机的一个缺陷是，每一个被输入的字母都不会点亮相同的字母：A 永远不能点亮 A， Z 永远不能点亮 Z ,等等。这一线索增加了恩尼格玛密码机被迅速破解的可能性，而恩尼格玛密码机可能产生的组合多达 150 万亿种 1 。
英国的密码破译专家阿兰·图灵使用另一种被称为 Bombe 的机电设备来破译恩尼格玛密码机，该设备可以同时尝试多个组合。但是，纳粹还有比恩尼格玛更强大的加密技术：洛仑兹密码（Lorenz cipher）。为了破译洛仑兹密码， Bombe 的工程师在图灵的帮助下开发了第一台电子计算机 Colossus。 Colossus 使用真空管模拟晶体管来表达基本的计算机语言，即，通过电流来打开（1）或关闭（0）晶体管，以此创建二进制代码。