18上世纪90年代,Jefferson(托马斯·杰弗逊,美国第三任总统)发明了一种基于圆盘的加密装置Jefferson disk(杰弗逊圆盘),或者也被称为Jefferson wheel cipher(杰弗逊转轮加密器)。
这种装置有36片同样大小的木制转轮,套在一根铁杆上。每片转轮的圆周边缘上刻有乱序的26个英文字母。通信的双方必须各自有一个完全一样的杰弗逊圆盘(有点类似我们此前介绍的Syctale密码棒,需要彼此双方有同样的加密装置)。
Jefferson disk(杰弗逊圆盘,正面)
在使用的时候,密文发送者把一段文字(不超过 36字)通知身处异地的对方时,只需转动加密器上的各片转轮,使这段文字正好出现在同一行上,这时转轮上排列的其他25行都是无意义的乱码。再把其中任意一行的乱码抄下来交给信使(信使无法解密)。对方收到乱码信后,只需拿出自己保存的同样的装置,转动上面各片转轮,让其中一行的排列和这段乱码同处在一行上,然后再查看其他25 行上的内容,其中必然有一行显示出加密者要传达的信息,而其他行显示的都是乱码。
从这里我们不难看出,这种杰弗逊圆盘属于多表替换加密,每一个转轮相当于一张密码表。只有使用相同的加密装置的情况下,才能得到蕴含其中的秘密。每个转轮都可以随机设置一个字母,密钥则是圆盘中总共36个disk的不同排列算法来实现。从这里我们也不难得出,这种加解密在当时来说还算非常安全的(36!=3.7x10^41)。
杰弗逊的发明在后来的150年里都有深远影响,促使了后来美军使用的M-94圆柱形密码设备的成型。而且它在第二次世界大战中也很流行,不过采用的是机械电子式的,与打字机等设备结合使用。
M-94 Encryption Disks(点击图片看大图)
上图展示的就是这种沿用了杰弗逊圆盘设计思想的圆柱形密码设备M-94。该密码设备总共有25个直径为35mm的铝制圆盘,外缘上刻有字母。该设备在1924年被广泛应用在低级军事通信领域。
二战中美国陆军和海军使用的 条形密码设备M-138-T4,采用了25个可选的纸条按预先编排的顺序编号使用,其加密强度也相当于M-94。