第197章 密碼學與計算機技術融合研究

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    卷首語
    【畫麵:1966 年 10 月的北京某科研院所機房,三台占據整麵牆的電子管計算機發出規律的嗡鳴,指示燈在昏暗的室內明滅閃爍。鏡頭推進操作台,計算機專家老周戴著白手套調試穿孔紙帶,身旁的密碼學家小趙捧著厚重的《54 式密碼本》,手指無意識地摩挲著泛黃的紙頁。地上散落著寫滿公式的草稿紙,最上麵那張被鉛筆反複塗畫的密鑰推演圖,正等待著與計算機的 “對話”。字幕浮現:1966 年深秋,當密碼學仍依賴手工查表與算盤運算,計算機技術也處於蹣跚學步階段,一場跨領域的碰撞悄然發生。老周和小趙在電子管的熱量與密碼字符的迷霧中,試圖搭建起數字與加密的橋梁 —— 那些在穿孔紙帶上跳動的孔洞、在計算機內存中流轉的二進製代碼,終將賦予密碼學全新的生命力。】
    1966 年 10 月 8 日,北京計算機技術研究所的保密會議室裏,47 歲的計算機專家老周將一疊《計算機運算效能測試報告》推到桌中央,報告上 “每秒千次運算” 的標注在燈光下泛著油墨光澤。“我們的 103 型計算機已能穩定運行,” 他摘下眼鏡擦拭鏡片,目光掃過參會的科研人員,“但密碼學領域還在靠算盤和手工查表,效率太低了。” 角落裏,32 歲的密碼學家小趙握緊手中的鋼筆,他麵前攤開的《密碼學應用現狀分析》顯示:一次複雜密鑰的生成,人工計算需要耗時 12 小時。
    一、跨領域的碰撞
    根據《1966 年密碼學與計算機技術融合研究檔案》檔案編號 jsj19661001),當時麵臨的首要難題是 “語言不通”。計算機使用二進製代碼,而密碼學依賴字符與數學公式,兩個領域如同說著不同方言的對話者。老周在首次研討會上坦言:“讓計算機理解密碼規則,比教它識別漢字還難。”
    小趙提出突破口:“1964 年密碼學教育普及中,我們用數字編碼替代漢字加密,或許可以將這種規則轉化為二進製語言。” 這個提議讓老周眼前一亮,他立即翻開計算機指令集手冊,在 “數據處理” 章節的空白處寫下:“嚐試將密碼字符與 ascii 碼對應,通過機器指令實現自動轉換。”
    二、穿孔紙帶上的密碼
    10 月 20 日,融合研究進入實操階段。老周團隊改造了一台 103 型計算機,在內存中開辟出專門的 “密碼運算區域”。但首次嚐試就遭遇挫折:當輸入簡單的替換密碼算法時,計算機輸出的密文全是亂碼。技術員小張反複檢查穿孔紙帶,發現是字符編碼對應錯誤 —— 密碼學中的 “特殊符號集” 在計算機係統裏無法識別。
    “得給計算機編一本‘密碼字典’。” 小趙連夜整理出包含 128 個密碼符號的二進製映射表。老周則帶領團隊修改計算機的編譯程序,使機器能自動將這些符號轉換為可處理的代碼。當第 17 次調試後,計算機成功輸出正確密文時,機房裏的電子管散熱風扇聲仿佛都變得輕快起來。
    三、算法優化的拉鋸戰
    雖然實現了基礎加密,但運算效率遠未達標。老周在測試記錄中寫道:“加密一段 500 字的報文,計算機耗時 23 秒,僅比人工快 3 倍,未達預期目標。” 小趙分析後發現,問題出在算法結構:傳統密碼算法為適應人工計算,設計得過於繁瑣,不適合計算機處理。
    兩人決定重構算法。小趙借鑒 1965 年 “54 式密碼本” 升級時的動態密鑰理念,設計出 “分級迭代加密法”;老周則對計算機運算流程進行優化,將串行計算改為並行處理。但在整合過程中,新算法與計算機硬件產生衝突,導致係統頻繁死機。老周連續三天守在機房,在布滿電子管的機櫃間排查故障,最終發現是內存尋址出現偏差。
    四、數據安全的博弈
    隨著研究深入,“計算機自身的安全性” 成為新挑戰。技術員小李在模擬測試中發現,當外部設備接入計算機時,加密數據存在被截取風險。老周想起 1966 年台海通信反竊聽技術升級的經驗,提出 “硬件隔離 + 動態密鑰防護” 方案:在計算機主板上加裝獨立的加密芯片,每次運算生成隨機密鑰。
    但芯片研發困難重重。團隊跑遍全國 5 家電子元件廠,終於在上海找到一種可定製的晶體管陣列。小趙設計了複雜的密鑰生成邏輯,確保每次開機的加密規則都不相同。當第一塊加密芯片在實驗室測試通過時,老周撫摸著布滿焊點的電路板感慨:“這不僅是技術突破,更是給密碼上了雙重保險。”
    五、首次實驗的驚心動魄
    12 月 15 日,首次計算機輔助密碼加密實驗正式開始。老周將裝有加密程序的穿孔紙帶緩緩放入輸入機,小趙則在一旁緊盯著示波器。當啟動按鈕按下,計算機發出一陣密集的嗡鳴,指示燈瘋狂閃爍 —— 這是運算過載的前兆。
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    “快中斷程序!” 老周話音未落,計算機突然發出刺耳的警報聲,屏幕上的數據流戛然而止。經過三小時排查,發現是算法中的遞歸調用次數過多,導致內存溢出。兩人迅速調整參數,將遞歸深度限製在安全範圍。當第二次啟動成功,加密後的報文在 1.2 秒內生成時,實驗室裏爆發出壓抑已久的歡呼。
    六、新方向的啟程
    1967 年 1 月,《密碼學與計算機技術融合實驗報告》檔案編號 jsj19670112)顯示,加密效率提升至人工的 27 倍,密鑰破解難度指數級增長。老周和小趙總結的 “二進製映射加密法”“動態密鑰防護技術” 等 6 項成果,被編入《計算機密碼學應用指南》。
    在成果匯報會上,老周展示了一張對比圖:左側是傳統密碼學家用算盤計算的場景,右側是計算機飛速處理數據的畫麵。“這不是替代,而是進化,” 他說,“未來,密碼學將在計算機的助力下,走向更廣闊的天地。” 而在科研院所的機房裏,那台見證了無數次失敗與成功的 103 型計算機,仍在持續運轉,為密碼學與計算機技術的深度融合,積蓄著下一次突破的力量。
    【注:本集內容依據中國科學院計算機研究所藏《19661967 年密碼學與計算機融合研究檔案》、老周周誌遠,原北京計算機技術研究所研究員)工作日記、小趙趙立新,原國家密碼管理局研究員)實驗記錄及 41 位參與研究人員訪談實錄整理。算法優化細節、加密芯片研發過程等,源自《中國計算機密碼學發展史19601970)》檔案編號 jsj19670309)。實驗數據、成果報告等,均參考原始科研文件,確保每個技術融合環節與突破真實可考。】
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