有沒有想過親手打造一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)呢？假如要制作的是一臺用于信息加密的專用計(jì)算機(jī)，那么任務(wù)并不難完成。在卡爾·薩根的小說《接觸》中，小女孩愛麗在讀中學(xué)時(shí)就自己組裝了一臺用于信息加密的專用計(jì)算機(jī)。所謂的專用計(jì)算機(jī)，究其本質(zhì)就是將輸入端輸入的符號序列，經(jīng)某種固定的規(guī)律轉(zhuǎn)換后，生成新的符號序列輸出而已。一臺加密機(jī)所要做的事情正是轉(zhuǎn)換符號序列，只不過它將轉(zhuǎn)換規(guī)則隱藏了起來。

當(dāng)前的困難是，隨著計(jì)算機(jī)集成度越來越高，想要找到用于組裝加密機(jī)的邏輯門、寄存器之類的電子元件，并不是件很容易的事情，在基礎(chǔ)教育階段，許多學(xué)校也不太會配齊邏輯電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備。幸好，有許多邏輯電路模擬器可用。本文所介紹的加密機(jī)，是在邏輯電路模擬器Logisim中實(shí)現(xiàn)的，Logisim是一款開源軟件，運(yùn)行時(shí)需要Java運(yùn)行環(huán)境的支持。Logisim使用起來比較簡單，限于篇幅本文不做詳細(xì)介紹。

● 密鑰不變的加密機(jī)

在往期文章中，曾介紹過二戰(zhàn)時(shí)期德國的Lorenz加密機(jī)，這種加密機(jī)采用電傳碼的二進(jìn)制明文和另一個(gè)二進(jìn)制密鑰作異或運(yùn)算（即數(shù)字相同得0，不同得1）來生成密碼，假如明文是i，對應(yīng)的電傳碼為01100，而密鑰是01000，則生成的密碼將為00100，這里就借用此思路來制作加密機(jī)，模擬器的電路其實(shí)非常簡單。

電路圖中的三個(gè)矩形都是移位寄存器，它們都和最左面的一個(gè)時(shí)鐘脈沖相連接，左上側(cè)的寄存器中存儲著字母i所對應(yīng)的電傳碼01100，左下側(cè)是密鑰01000，兩個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)將通過一個(gè)異或門進(jìn)行運(yùn)算，圖1所示的電路圖在搭建完成后，可按下Logisim模擬器工具欄中畫著手指的按鈕進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)，并用鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)鐘脈沖觸發(fā)電路運(yùn)行，運(yùn)行后，生成的密碼將會存儲在最右側(cè)的寄存器中。當(dāng)然，真正的Lorenz加密機(jī)，密鑰數(shù)據(jù)存儲在齒輪中，而不是存儲在寄存器中，生成的密碼是直接打印在紙張上的。

● 密鑰會發(fā)生變化的加密機(jī)

假如密鑰總是不變，那么密碼很容易被破解，所以真正的Lorenz加密機(jī)中的密鑰總是在變化著。雖然這種變化必然是有規(guī)律的，但由于變化規(guī)律復(fù)雜，所以對不知情的人來說，很難在未親見加密機(jī)的結(jié)構(gòu)前找出其中的規(guī)律。Lorenz加密機(jī)的密鑰變化規(guī)則比較復(fù)雜，這里不詳細(xì)敘述，但可以借用其最基本的原理，做一臺簡化的密鑰自身也發(fā)生變化的加密機(jī)，其關(guān)鍵就在于，密鑰本身也是一系列運(yùn)算的結(jié)果。

上頁圖2雖然僅僅增加了兩個(gè)寄存器和一個(gè)異或門，但由于特定的線路連接策略，密鑰變化要復(fù)雜很多，一方面，密鑰是由下方的兩個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)作異或運(yùn)算而來；另一方面，下方兩個(gè)寄存器之間也有著相互控制的關(guān)系（其中一個(gè)寄存器控制著另一個(gè)寄存器是否循環(huán)移位）?？紤]到寄存器的位數(shù)可以增加到很多，僅僅是如此簡單的加密裝置，若不借助特別的工具，其生成的密碼也很難在短時(shí)間內(nèi)被破解，而真正的Lorenz加密機(jī)用了11個(gè)齒輪來存儲生成密鑰的數(shù)據(jù)，其破解難度可想而知。