第226章 密码学与计算机技术融合探索

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卷首语

【画面：1961 年 7 月的中科院计算技术研究所，灰绿色的 “103 型” 电子管计算机在机房里发出规律的蜂鸣，暖黄色的指示灯在穿孔卡片输入口明灭闪烁。35 岁的密码学家老陈抱着一叠写满置换公式的宣纸，站在占据半面墙的寄存器阵列前，真空管散发的热量让他的白大褂后背渐渐洇出盐渍。28 岁的计算机工程师小李趴在地板上，用万用表测量运算器的电压波动，脚边散落着画满流程图的草纸，其中一张用红笔圈着 “密码算法→机器语言” 的转化箭头。字幕浮现：1961 年盛夏，当世界首台商用计算机诞生不过十年，中国科研人员在电子管的辉光与密码本的墨香中寻找跨界可能。老陈与小李的团队将算盘上的置换规则转化为二进制代码，在寄存器的脉冲与密钥流的碰撞中编织数字密码 —— 那些被反复调试的穿孔纸带、写满修正符号的算法手稿，终将在计算机与密码学的交叉地带，踏出一条从手工加密到机器运算的探索之路。】

1961 年 7 月 5 日，中科院二号楼的跨学科会议室里，老陈将《传统密码算法效率分析》摔在包浆的木桌上，纸页间夹着的手工加密电文抄件飘落桌面：“莫尔斯码加密耗时 15 分钟，汉字区位码人工置换误差率 8%，” 他推了推滑到鼻尖的圆框眼镜，目光扫过参会的计算机小组，“而我们的‘103 型’计算机每秒能做 3000 次加法，却只能用来算气象数据？” 计算机工程师小李指着墙上的计算机结构图，键盘上的俄文标识还未完全擦去：“但密码学需要的逻辑运算，和气象预报的数值计算是两码事。”

一、寄存器里的密码雏形

根据《1961 年密码 - 计算机融合档案》（档案编号 JS-Rh-1961-07-01），联合团队的首个目标是 “让计算机学会置换密码”。老陈带来的 “54 式” 密码本里，汉字到数字的置换表有 128 组对应关系，小李尝试用计算机的寄存器组模拟这个过程，却发现二进制位数不足导致置换错误。“就像用小瓶装大酒，” 他盯着示波器上紊乱的波形，“32 位寄存器装不下 128 位的置换空间。”

老陈翻阅着从苏联带回的《计算机密码学原理》油印本，突然想起在延安时期用算盘进行的模运算：“或许可以分块处理，把 128 位分成 4 个 32 位块，逐个置换。” 这个提议让小李眼前一亮，他立即在穿孔卡片上编制分段置换程序，却在首次试运行时遭遇寄存器冲突 —— 计算机无法同时处理多个置换表的调用。

二、穿孔纸带上的算法战争

7 月 15 日，首次融合试验在 “103 型” 计算机上展开。老陈亲自编写的替代密码程序占据 300 张穿孔卡片，当卡片输入机开始运转，机房里响起有节奏的 “嗒嗒” 声。但 10 分钟后，打印机吐出的加密电文出现连续 7 处错误，小李发现，问题出在字符编码的二进制对齐 —— 计算机将汉字区位码视为整数运算，忽略了密码学需要的字符级置换。

“得给计算机装个‘密码脑子’。” 小李提出在内存中开辟专用置换区，用电子管继电器模拟密码本的查找表。他带着助手大刘，在电路板上焊接 64 个继电器，每个继电器对应一个字符的置换规则，这个 “硬件置换器” 的诞生，让计算机首次具备了字符级加密能力。

三、运算器的密钥博弈

更大的挑战来自密钥生成。传统密码学依赖人工生成的随机数，而计算机的伪随机数发生器在老陈眼中 “不够随机”：“用线性同余法生成的密钥，前三组就出现重复。” 他带着密码组重新推导随机数算法，从《数论》中找到二次剩余理论，设计出基于素数分解的密钥生成函数。

小李将这个数学函数转化为机器语言时，发现计算机的浮点运算单元精度不足，导致素数分解出现误差。他想起在哈尔滨工业大学看到的机械计算器，提出 “整数域内的素数筛法”，通过反复迭代排除非素数，将密钥生成的随机性提升 30%。这个改进让老陈刮目相看：“原来计算机的‘笨办法’，也能算出密码学的‘巧结果’。”

四、示波器前的昼夜调试