论文部分内容阅读
大自然万物均有其内在的规律。这规律,便是密码。科学赋予人类的使命是探索、认知、破解自然万物的密码。然而在现代社会中,人类本身却被各种密码所包围。人类的种种活动需通过编织各种密码方能完成。没有密码,人类甚至无法相互识别。人类利用科学手段化繁为简地认知世界,但在自己的世界中却陷入了自己编织的复杂万变的密码之网。
生物密码:奥妙无穷 受用无限 李 兴
世界上万事万物都有密码,有血有肉和拥有丰富神经与情感的生物就会有更多更为复杂的密码。了解、破译生物密码,并按密码规律认识和改造自然,创造产品,将使人类受用无穷。
遗传密码的本质
所有的生物包括动植物,都有遗传物质,而遗传物质中就包含了丰富多彩的遗传信息。人的遗传物质就是细胞核,在人身上表现为23对(46条)染色体,其中22对是常染色体,另一对是性染色体,男性的性染色体为Y染色体,女性为x染色体。可以说生命的所有信息和密码都贮藏在这23对染色体中。因此染色体(细胞核)就是产生一切东西的“道”和生产一切物质的玄而又玄的众妙之门。 任何一条染色体如果把它牵拉开,是一种具有多种形态的多核苷酸链,多核苷酸又是由单核酸组成的。每个单核苷酸又由磷酸、戊糖(又称为五碳糖)和碱基组成。这几种物质都由一定的方式和分子键连接在一起。人体核酸中的碱基有四种,即胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G),而且它们之间的排列方式只能是下面几种:A-T、G-C、T-A和C-G。
通常情况是磷酸、戊糖和碱基共同形成核苷酸链,磷酸和戊糖排在链的外侧,碱基则以上述变换的组合方式排列在核苷酸链的内侧,然后整个核苷酸呈现两条双螺旋的结构,中间由碱基结合缠结在一起,就是DNA双螺旋结构。发现这一核苷酸双螺旋结构密码的沃森和克里克也因此而获得1953年的诺贝尔生理学或医学奖。 平常所说的基因就是一段包含了某种遗传密码的DNA片断,而基因组就是人的染色体上的所有基因。人类基因组也指人的所有DNA或所有染色体上的基因,也就是人的所有遗传信息或密码。
人的遗传物质还包括核糖核酸(RNA),它们在生命的产生和遗传物质的传递中也起到重要的作用。一般情况RNA的组成与DNA大致相同,但是其戊糖不同于DNA的脱氧核糖,而是核糖。此外RNA中的碱基是胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)、腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G),即将DNA中的胸腺嘧啶(T)换成了尿嘧啶(U)。RNA一般位于细胞的细胞质中,它的功能是从DNA中转录和转移遗传信息并合成蛋白质。因此RNA的功能是帮助DNA并以DNA的遗传信息为基础,合成具有各种形状和各式功能的蛋白质,从而复制、保持、传递遗传信息,使生命延绵不绝。今天破译人类基因组的科学家对人的23对染色体中的所有DNA的30亿个碱基对的排列组合作了测序,也就是知道了在正常情况下它们是怎样排列的。这是破译生命密码的第一步。
遗传密码的操作
每个具体的人都与他人是不一样的,包括相貌、肤色、身高、性格,而且每个人都会得各种疾病,并且有体强体弱之分,所有这些主要都是因为碱基密码的排序不同造成的,这种不同也称为单核苷酸或碱基多态性(SNP)。人与人、人与动物、动物与动物有时的基因差异并非很大,例如人与黑猩猩的基因差异只有约2%,人与人之间的基因差异只有0.1%,也就是说每一千个碱基对才有一个有差异。
但正是这种单核苷酸多态性奠定了一个人不同于他人的基础。因此知道了碱基的排序,也即密码,就可能知道生命的本质和其他秘密,包括疾病产生的原因、人可能长多高、可以活多长时间等,也能找到治疗和预防疾病的方法。
遗传密码是一组规则,将DNA序列与蛋白质序列对应起来,并且用于蛋白质合成。几乎所有的生物都使用同样的遗传密码,称为标准遗传密码,但是也有少数生物使用一些稍微改变的遗传密码。
一个生物体携带的遗传信息,即基因组被记录在一个DNA分子中。此分子的每个有功能的单位被称作基因。每个基因可以转录为一小段对应的信使RNA(mRNA)模板。在核糖体和转运RNA(tRNA)以及一些酶的作用下,由mRNA模板翻译成为氨基酸组成的链(多肽),然后经过翻译后修饰形成蛋白质。DNA中的基因序列以及对应的mRNA由密码子单位组成。
也就是说,碱基不同构成了不同的单核苷酸。而基因编码和生成蛋白质是由初始化密码子(起始密码子)开始,并且需要初始化序列诱导转录为mRNA并和核糖体结合。
而密码子就是生物密码的核心所在。信使RNA分子上的3个相邻的碱基能决定一个氨基酸,这种决定一个氨基酸的相邻的3个碱基就称做一个“密码子”,亦称3联体密码。构成RNA的碱基有四种,每3个碱基决定一个氨基酸。从理论上分析碱基的组合有4的3次方,即64种,64种碱基的组合即64种密码子。仔细分析20种氨基酸的密码子表就可以发现,同一种氨基酸可以由几个不同的密码子来决定,另外还有UAA、UAG、UGA三个密码子不能决定任何氨基酸,是蛋白质合成的终止密码子。
因此,遗传信息就是指DNA分子中基因上的脱氧核苷(碱基)排列顺序。密码子是指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基的排列顺序,反密码子是指转运RNA上的一端的三个碱基排列顺序。它们的联系是:DNA(基因)的遗传信息通过转录传递到信使RNA上,转运RNA一端携带氨基酸,另一端反密码子与信使RNA上的密码子(碱基)配对。
蛋白质的翻译是由初始化密码子开始,最常见的起始密码子为AUG(同时编码了甲硫氨酸),CUG和UUG;在原核生物中,GUG和AUU也有起始密码子的功能。而蛋白质生产则止于终止密码子。
其实,生物遗传密码很有些像人类最早发明的电报通讯密码,即由美国的摩尔斯在1844年发明的摩尔斯电码(Morsecode)。但是,遗传密码比摩尔斯密码复杂得多。“密码子”完全由起始位点决定。比如,一段基因序列是GGGAAACCC,如果由第一个位置开始解读,就有3个密码子,GGG,AAA和CCC。如果从第二位开始读起,就会有GGA和AAC(忽略不完整的密码子)。如果从第三位开始读,则为GAA和ACC。这样,每种不同的密码解读都能产生不同的氨基酸,并形成不同的蛋白质,从而具有不同的生命功能。
掌握密码,益处巨大
掌握和了解对于人类生存有重大作用的多种生物的遗传密码至关重要,其中人类三餐都离 要输入密码;缴纳各种费用要输入密码:查询自己手机有多少余额也要输入密码等等。由此看来,密码就是人们在现实世界和虚拟世界哪里都离不开的通行证,就是身份认证系统的核心。在一串串数字排列后,你才真正是你。当面对提款机、电子信箱、MSN的时候,号码对了,进入系统:如果错了,就被拒绝。为了证明身份,我们不但要记住各种各样的密码,还要记住每个密码用于什么样的场合。另外,还必须像保护自己的眼睛一样保护密码。否则,你的财物或者隐私就危险了。
密码泄露令人忧虑
密码为生活在网络化世界里的人提供了安全保障,为我们的网上交流和交易大开方便之门,促进了社会的进步。令人忧虑的是,一些人往往通过诱使密码泄露的方式来获得他人的隐私和各种信息资料,给社会发展带来程度不同的危害。
以人们日常使用的银行卡为例,目前的使用环境还处于只看密码而不认人的状况。因此,密码的确定难以成为保证用卡安全的“防火墙”。相反,设定密码反倒会成为刷卡人的安全隐患。尤其是经常在公共场合使用的信用卡,密码使用频率越高,泄密几率越大。国际一家机构曾做过统计,在所有银行卡欺诈损失中,通过盗取密码等途径制造伪卡给持卡人带来损失为68.94%,而银行卡被盗用造成的损失仅占9.57%。
据有关部门研究分析,私人密码以及各种信息被泄露主要有三种途径:一是填写资料时不注意。消费者在买车、买房、买保险,办理求职就业登记、各种会员卡、优惠卡、银行卡,或者去医院看病时,往往会填写真实详尽的个人信息或在按码器上使用密码。这些信息,又常因对方管理不善、无意间泄露或某些人的恶意窃取而被盗用。二是受到某种利益驱使而放松警惕。三是恶意软件的侵害。有的不良网站采取类似于病毒传播的推广方式。用户在注册“朋友圈”后,会在页面的显著位置看到通过QQ、同学录等方式邀请好友的提示,以“套取”用户的个人信息和密码。用户一旦填入自己的QQ号码和密码,就一直停留在系统搜索的状态。几个小时之后,他在同学录班级上的所有同学的资料都会在“朋友圈”的“加朋友”栏目出现,而这些同学的个人资料包括手机号码、生日等也一并转入了网内。QQ名单上的所有好友都会受到干扰。
原以为只有那些明星、老板的个人隐私会被叫卖,却不想有一天,自己的生活也被人干扰。一次调查显示,75.3%的人担心自己的个人信息遭到泄露。另有42.8%的人表示对信息是否遭到泄露并不知情,对个人信息泄露而遭受骚扰时,大部分人只能表示愤怒或无奈。当然,为了维护隐私权利,人们往往也会采取一些积极有效的办法,在密码设定上下功夫。例如,QQ邮箱运营团队正式发布了QQ邮箱独立密码。这是建立在QQ密码保护的基础上,针对性地保护邮件隐私不受侵犯一种方式。通过对独立密码的设置,可以对邮件隐私进行不同程度的保护。
密码破解不可低估
人们使用的各种密码,最终都要通过大型的计算机网站来加以控制、认证和管理。随着信息化和数字化社会的发展,人们对信息安全和保密的重要性认识不断提高。
目前,网站密码保护主要有:安全码(注册时生成的备份码)、身份证、手机绑定等。而用户希望自己的密码不易被窃取,最简单的方法就是使用比较复杂的密码组合。选阿拉伯数字当密码,每一位上就有10种可能性,如果是四位,就有1000种可能;如果再加上26个小写字母,26个大写字母和各种符号,密码的安全性就会更高。
然而,在各种计算机网络上,普通密码已经阻挡不了黑客的进攻。所以,在互联网上每天都有大量的重要信息被转换成一串串代码后传输。如果加密方法比较好的话,即使黑客们得到了这些代码也无济于事。但是,采取加密方法的致命缺点在于“提醒”黑客,告诉他们这里正在传输重要的信息。这样一来,黑客就可以更加集中火力,有的放矢地调动若干台计算机联网进行破译计算,产生出更为巨大的破坏作用。
事实证明,任何密码都可以通过计算机的计算破译,绝对可靠的密码是没有的。在国外的某网站上,公布了一个关于密码破解的测试记录。这份名日通过“暴力字母破解”方式获取密码的“时间列表”上显示,现有技术下的加密并不保密!例如,如果你的密码是纯数字的,如6位数的银行密码,可以瞬间被破解;如果是8位数,则需要348分钟;而10位的话则需要163天。要瞬间破解你的银行密码,一台个人电脑就可以完成。另有资料显示,为了破译恐怖分子的通信,美国国家安全局研制出一种超级电子计算机,能解开普通加密系统的“底码”数大约是7000万亿个。如果用普通个人电脑来查找,大概需要22652年。而用超级计算机,几秒钟就能试一遍。
密码技术尚待推新
密码理论的创新和现实变化的需要,要求密码技术以更快地速度发展,不断推出新的成果。
目前,128位的电子签名和数字认证,被视为网络世界中的身份证和电子商务的保证。然而,在伦敦组织的国际监控论坛上,高级译码专家在发言中警告说:数字签名将扩大政府跟踪和身份盗用的可能性。这些标识符号只会越来越危险,你所做的每一件事都能被自动跟踪。需要记住的密码越来越多,不安全感也在加剧。
科学家认为,如果量子加密能够建立起来,量子密码很有可能是不可破译的。也就是说,我们拥有了“终极密码”。由于粒子的不确定性,要破译一个经过量子加密的密码很有可能就意味着将宇宙中每个原子都算上数亿年。
早在2004年,微软公司总裁比尔·盖茨便称,目前计算机安全系统普遍使用的密码、口令很快将成为过去,取而代之的,将通过生物特征识别技术和智能卡技术进行身份认证。生物认证技术发展后,身份认证将告别密码时代。相对于密码、钥匙等方式,生物认证技术使用的是脸相、指纹、虹膜、笔迹、声纹、步态、DNA等这些人体本身特征进行身份确认。“911”恐怖事件以后,由于在身份鉴别上发生了重大疏漏,使得身份认证技术受到前所未有的重视。美国总统布什连续签署了3个国家安全法案(爱国者法案、航空安全法案、边境签证法案),要求2007年以前,27个免签证国家在护照上采用生物认证技术。
据介绍,我国在第二代身份证中预留了储存生物特征的接口。与传统手段相比,基于生物特征识别技术的身份鉴定有三大优点:不易遗忘或丢失;不易伪造或被盗;“随身”携带,随时随地可用。比如,在IBM的某些高端电脑上,就添加了个人指纹开机系统,即使电脑丢了也不用担心泄密。
[责任编辑]庞 云 密码与军事 王仁国 史文海 李宏武
密码的历史极为久远,自诞生之日起,就为战争服务,在人类历次战争中扮演着极其重要的角色。
古代的军事密码
密码(cryptography)由明文、密文、算法和密钥构成。古往今来,它对国家、政府乃至私人的秘密通信起着重要的作用。人类使用密码的历史最早可以追溯到古巴比伦人的泥板文字。据记载,最早使用密码的是公元前405年的古希腊斯巴达将领莱桑德,后来各部落之间传递信息时开始使用密码,比如A部落将兽皮裹在一个木棒上,然后纵向写信息,B部落收到兽皮后,裹在一个和A部落所用的相同直径的木棒上,读取信息。公元前一世纪,古罗马皇帝恺撒也使用过原始的密码。当时研究者发明了一种被称为“恺撒密码”的密码形式,这种密码运用了替换的原则。比如传递“APPLE”这个信息,在密码中,所有字母向后错3位,那么字母A被D代替,P同样后推3位,以S代替。密码接收方,只要记着这个推算的数位,就能还原“APPLE”。这是古典密码中最简单的一种,叫做单表密码。之后又衍生出了多表密码、多字母密码。
在我国,古代的军事密码是随着战事而生的。据史料记载,最早制定军队秘密通讯暗码的是周代著名军事家太公望,即《封神演义》中的姜子牙。他制定的两种军事通讯密码,一是阴符,二是阴书。阴符是使用者事先制造一套尺寸不等、形状各异的“阴符”,共8种,每一种都代表一定意义,只有通讯双方知道。也就是说把一份完整的军事文书裁成3份,分写在3枚竹简上,派3个通讯员分别持这枚竹简出发,到达目的地后,3枚简合而为一,方知原意。中途即使其中一人或二人被捕,也不致失密。到了宋代,军事家曾公亮发明了密码系统,他收纳当时军中常用的40个短语编成密码本,另以没有重复字的五言律诗一首(40个字)作为解码“密钥”。当部将率部出征时,主将发给部将一本密码本,并约好用某一首五言诗作为解码“密钥”。
两次大战中的密码战
直到第一次世界大战结束为止,所有密码都是使用手工来编码,二次大战时有了密码机,密码也就进入了机械密码时代。
在第一次世界大战之初,隐文术与密码术同时在发挥着作用。在索姆河前线德法交界处,尽管法军哨兵林立,对过往行人严加盘查,德军还是对协约国的驻防情况了如指掌,法国情报人员都感到莫名其妙。一天,有位提篮子的德国农妇在过边界时受到了盘查。哨兵打开篮子,见里头全部是煮熟的鸡蛋,毫无可疑之处,便无意识地拿起一个抛向空中。农妇慌忙把它接住。哨兵觉得这很可疑,他将鸡蛋剥开,发现蛋白上布满了字迹,都是英军的详细布防图,还有各师旅的番号。原来,这种传递情报的方法是德国一位化学家提供的,其做法并不复杂,用醋酸在蛋壳上写字,等醋酸干了后,再将鸡蛋煮熟,字迹便透过蛋壳印在蛋白上,外面却没有任何痕迹。
第二次世界大战是密码史上的黄金时代。密码在战争中扮演了更重要的角色。电影《风语者》生动再现了美军二战期间组织印第安人进行的密码战。1941年12月7日,日军袭击珍珠港,日美太平洋战争爆发。美国在开始时作战相当被动,很重要的原因在于他们在情报战方面比起精明的日本人要稍逊一筹,如何既快速准确,又绝对保密地传递军情和命令成为美军指挥高层急需解决的大问题。一个叫菲利普·约翰逊的白人出主意,用纳瓦霍语编制军事密码。纳瓦霍人是北美印第安人的一个分支,世代居住于美国西部,现在人口20多万。约翰逊的父亲是传教士,曾在纳瓦霍部落长期生活,全家都能说一口流利的纳瓦霍语。而在当时,纳瓦霍语对部落外的人来说,无异于“鸟语”。极具军事头脑的约翰逊认为,如果用纳瓦霍语编制军事密码,将非常可靠而且无法破译。因为这种语言口口相传,没有文字,其语法、声调、音节都非常复杂,没有经过专门的长期训练,根本不可能弄懂它的意思。另外,根据当时的资料记载,通晓这一语言的非纳瓦霍族人全球不过30人,其中没有一个是日本人。如果能够用纳瓦霍语编成一套密码,日军情报部门将很难破译美国的军事情报。1942年初,约翰逊向太平洋两栖舰队的指挥官沃格尔少将提出了建议。根据他的实验,纳瓦霍语可以在20秒钟之内准确编码和解码三行以内的英语命令,而用机器做同样的事需要30分钟。沃格尔少将最终采纳了他的建议。同年4月,第一批29名纳瓦霍士兵组成了海军陆战队第383排,并受命编写纳瓦霍语军事密码。日本想尽一切办法无法破译纳瓦霍语密码,使得美军在情报战中抢占了先机。
现代密码技术
第二次世界大战中广泛运用的是“对称密码”,即用“密钥”对消息加密。比如传递“orange”这个信息,原始信息orange被称为“明文”,如果加密是O 3=R,“3”这个数字就是一个密钥。解密就是R-3=O。这时加密和解密的密钥如果是一样的,就叫对称密码。后来发现这种方法有很大的缺陷。解密时需要密钥,加密者还要把密钥同时传给解密者,这个传递的渠道被称为“秘密信道”。上世纪五六十年代,出现了一种DF算法,根据其密钥交换的思想创造了“非对称密码体系”。在这个体系中,加密的密钥和解密的密钥是不一样的,这就解决了密钥传递的问题。其解决的办法是:加密和解密双方各有不同的密钥,称为“密钥对”,“密钥对”满足一定的数学关系。通常,计算机在有效的时间内是解不开“密钥对”的。“非对称密码体系”是现代密码学一个很大的发展,一直影响到现在。1977年美国国家标准技术研究所(NIST)提出数据加密标准,随后多种密码算法在世界各国相继出现,但这些算法有些已经遭到了破译。值得一提的是,冷战时期,苏联克格勃间谍沃克、惠特沃斯窃取了美国海军通信密码机资料、通信密钥、通信联络规定等大量机密资料,长达17年之久。尽管美国人认为他们的密码体系是“无懈可击”的“伟大发明”,“苏联人要想破译美国密码简直是一种幻想”,但是克格勃把幻想变成现实。沃克间谍网获取的机密,给苏联人侦听美军通信,破译密码提供了重要情报,使美国承受了巨大损失。这时,我们发现,或许只有不以数学关系为“密钥对”的诸如“阴符”、“阴书”等原始密码才是最可靠的信息传输方式。
当前,世界军事领域的各个方面正在发生深刻变化,军事技术革命的核心就是信息。现代战争对信息的依赖程度越来越高,信息技术在带来指挥高效率和作战高效益的同时,也造成了军事系统的极大脆弱性,密码在信息的整体防御中将扮演越来越重要的角色。如科索沃战争中,北约
生物密码:奥妙无穷 受用无限 李 兴
世界上万事万物都有密码,有血有肉和拥有丰富神经与情感的生物就会有更多更为复杂的密码。了解、破译生物密码,并按密码规律认识和改造自然,创造产品,将使人类受用无穷。
遗传密码的本质
所有的生物包括动植物,都有遗传物质,而遗传物质中就包含了丰富多彩的遗传信息。人的遗传物质就是细胞核,在人身上表现为23对(46条)染色体,其中22对是常染色体,另一对是性染色体,男性的性染色体为Y染色体,女性为x染色体。可以说生命的所有信息和密码都贮藏在这23对染色体中。因此染色体(细胞核)就是产生一切东西的“道”和生产一切物质的玄而又玄的众妙之门。 任何一条染色体如果把它牵拉开,是一种具有多种形态的多核苷酸链,多核苷酸又是由单核酸组成的。每个单核苷酸又由磷酸、戊糖(又称为五碳糖)和碱基组成。这几种物质都由一定的方式和分子键连接在一起。人体核酸中的碱基有四种,即胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G),而且它们之间的排列方式只能是下面几种:A-T、G-C、T-A和C-G。
通常情况是磷酸、戊糖和碱基共同形成核苷酸链,磷酸和戊糖排在链的外侧,碱基则以上述变换的组合方式排列在核苷酸链的内侧,然后整个核苷酸呈现两条双螺旋的结构,中间由碱基结合缠结在一起,就是DNA双螺旋结构。发现这一核苷酸双螺旋结构密码的沃森和克里克也因此而获得1953年的诺贝尔生理学或医学奖。 平常所说的基因就是一段包含了某种遗传密码的DNA片断,而基因组就是人的染色体上的所有基因。人类基因组也指人的所有DNA或所有染色体上的基因,也就是人的所有遗传信息或密码。
人的遗传物质还包括核糖核酸(RNA),它们在生命的产生和遗传物质的传递中也起到重要的作用。一般情况RNA的组成与DNA大致相同,但是其戊糖不同于DNA的脱氧核糖,而是核糖。此外RNA中的碱基是胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)、腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G),即将DNA中的胸腺嘧啶(T)换成了尿嘧啶(U)。RNA一般位于细胞的细胞质中,它的功能是从DNA中转录和转移遗传信息并合成蛋白质。因此RNA的功能是帮助DNA并以DNA的遗传信息为基础,合成具有各种形状和各式功能的蛋白质,从而复制、保持、传递遗传信息,使生命延绵不绝。今天破译人类基因组的科学家对人的23对染色体中的所有DNA的30亿个碱基对的排列组合作了测序,也就是知道了在正常情况下它们是怎样排列的。这是破译生命密码的第一步。
遗传密码的操作
每个具体的人都与他人是不一样的,包括相貌、肤色、身高、性格,而且每个人都会得各种疾病,并且有体强体弱之分,所有这些主要都是因为碱基密码的排序不同造成的,这种不同也称为单核苷酸或碱基多态性(SNP)。人与人、人与动物、动物与动物有时的基因差异并非很大,例如人与黑猩猩的基因差异只有约2%,人与人之间的基因差异只有0.1%,也就是说每一千个碱基对才有一个有差异。
但正是这种单核苷酸多态性奠定了一个人不同于他人的基础。因此知道了碱基的排序,也即密码,就可能知道生命的本质和其他秘密,包括疾病产生的原因、人可能长多高、可以活多长时间等,也能找到治疗和预防疾病的方法。
遗传密码是一组规则,将DNA序列与蛋白质序列对应起来,并且用于蛋白质合成。几乎所有的生物都使用同样的遗传密码,称为标准遗传密码,但是也有少数生物使用一些稍微改变的遗传密码。
一个生物体携带的遗传信息,即基因组被记录在一个DNA分子中。此分子的每个有功能的单位被称作基因。每个基因可以转录为一小段对应的信使RNA(mRNA)模板。在核糖体和转运RNA(tRNA)以及一些酶的作用下,由mRNA模板翻译成为氨基酸组成的链(多肽),然后经过翻译后修饰形成蛋白质。DNA中的基因序列以及对应的mRNA由密码子单位组成。
也就是说,碱基不同构成了不同的单核苷酸。而基因编码和生成蛋白质是由初始化密码子(起始密码子)开始,并且需要初始化序列诱导转录为mRNA并和核糖体结合。
而密码子就是生物密码的核心所在。信使RNA分子上的3个相邻的碱基能决定一个氨基酸,这种决定一个氨基酸的相邻的3个碱基就称做一个“密码子”,亦称3联体密码。构成RNA的碱基有四种,每3个碱基决定一个氨基酸。从理论上分析碱基的组合有4的3次方,即64种,64种碱基的组合即64种密码子。仔细分析20种氨基酸的密码子表就可以发现,同一种氨基酸可以由几个不同的密码子来决定,另外还有UAA、UAG、UGA三个密码子不能决定任何氨基酸,是蛋白质合成的终止密码子。
因此,遗传信息就是指DNA分子中基因上的脱氧核苷(碱基)排列顺序。密码子是指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基的排列顺序,反密码子是指转运RNA上的一端的三个碱基排列顺序。它们的联系是:DNA(基因)的遗传信息通过转录传递到信使RNA上,转运RNA一端携带氨基酸,另一端反密码子与信使RNA上的密码子(碱基)配对。
蛋白质的翻译是由初始化密码子开始,最常见的起始密码子为AUG(同时编码了甲硫氨酸),CUG和UUG;在原核生物中,GUG和AUU也有起始密码子的功能。而蛋白质生产则止于终止密码子。
其实,生物遗传密码很有些像人类最早发明的电报通讯密码,即由美国的摩尔斯在1844年发明的摩尔斯电码(Morsecode)。但是,遗传密码比摩尔斯密码复杂得多。“密码子”完全由起始位点决定。比如,一段基因序列是GGGAAACCC,如果由第一个位置开始解读,就有3个密码子,GGG,AAA和CCC。如果从第二位开始读起,就会有GGA和AAC(忽略不完整的密码子)。如果从第三位开始读,则为GAA和ACC。这样,每种不同的密码解读都能产生不同的氨基酸,并形成不同的蛋白质,从而具有不同的生命功能。
掌握密码,益处巨大
掌握和了解对于人类生存有重大作用的多种生物的遗传密码至关重要,其中人类三餐都离 要输入密码;缴纳各种费用要输入密码:查询自己手机有多少余额也要输入密码等等。由此看来,密码就是人们在现实世界和虚拟世界哪里都离不开的通行证,就是身份认证系统的核心。在一串串数字排列后,你才真正是你。当面对提款机、电子信箱、MSN的时候,号码对了,进入系统:如果错了,就被拒绝。为了证明身份,我们不但要记住各种各样的密码,还要记住每个密码用于什么样的场合。另外,还必须像保护自己的眼睛一样保护密码。否则,你的财物或者隐私就危险了。
密码泄露令人忧虑
密码为生活在网络化世界里的人提供了安全保障,为我们的网上交流和交易大开方便之门,促进了社会的进步。令人忧虑的是,一些人往往通过诱使密码泄露的方式来获得他人的隐私和各种信息资料,给社会发展带来程度不同的危害。
以人们日常使用的银行卡为例,目前的使用环境还处于只看密码而不认人的状况。因此,密码的确定难以成为保证用卡安全的“防火墙”。相反,设定密码反倒会成为刷卡人的安全隐患。尤其是经常在公共场合使用的信用卡,密码使用频率越高,泄密几率越大。国际一家机构曾做过统计,在所有银行卡欺诈损失中,通过盗取密码等途径制造伪卡给持卡人带来损失为68.94%,而银行卡被盗用造成的损失仅占9.57%。
据有关部门研究分析,私人密码以及各种信息被泄露主要有三种途径:一是填写资料时不注意。消费者在买车、买房、买保险,办理求职就业登记、各种会员卡、优惠卡、银行卡,或者去医院看病时,往往会填写真实详尽的个人信息或在按码器上使用密码。这些信息,又常因对方管理不善、无意间泄露或某些人的恶意窃取而被盗用。二是受到某种利益驱使而放松警惕。三是恶意软件的侵害。有的不良网站采取类似于病毒传播的推广方式。用户在注册“朋友圈”后,会在页面的显著位置看到通过QQ、同学录等方式邀请好友的提示,以“套取”用户的个人信息和密码。用户一旦填入自己的QQ号码和密码,就一直停留在系统搜索的状态。几个小时之后,他在同学录班级上的所有同学的资料都会在“朋友圈”的“加朋友”栏目出现,而这些同学的个人资料包括手机号码、生日等也一并转入了网内。QQ名单上的所有好友都会受到干扰。
原以为只有那些明星、老板的个人隐私会被叫卖,却不想有一天,自己的生活也被人干扰。一次调查显示,75.3%的人担心自己的个人信息遭到泄露。另有42.8%的人表示对信息是否遭到泄露并不知情,对个人信息泄露而遭受骚扰时,大部分人只能表示愤怒或无奈。当然,为了维护隐私权利,人们往往也会采取一些积极有效的办法,在密码设定上下功夫。例如,QQ邮箱运营团队正式发布了QQ邮箱独立密码。这是建立在QQ密码保护的基础上,针对性地保护邮件隐私不受侵犯一种方式。通过对独立密码的设置,可以对邮件隐私进行不同程度的保护。
密码破解不可低估
人们使用的各种密码,最终都要通过大型的计算机网站来加以控制、认证和管理。随着信息化和数字化社会的发展,人们对信息安全和保密的重要性认识不断提高。
目前,网站密码保护主要有:安全码(注册时生成的备份码)、身份证、手机绑定等。而用户希望自己的密码不易被窃取,最简单的方法就是使用比较复杂的密码组合。选阿拉伯数字当密码,每一位上就有10种可能性,如果是四位,就有1000种可能;如果再加上26个小写字母,26个大写字母和各种符号,密码的安全性就会更高。
然而,在各种计算机网络上,普通密码已经阻挡不了黑客的进攻。所以,在互联网上每天都有大量的重要信息被转换成一串串代码后传输。如果加密方法比较好的话,即使黑客们得到了这些代码也无济于事。但是,采取加密方法的致命缺点在于“提醒”黑客,告诉他们这里正在传输重要的信息。这样一来,黑客就可以更加集中火力,有的放矢地调动若干台计算机联网进行破译计算,产生出更为巨大的破坏作用。
事实证明,任何密码都可以通过计算机的计算破译,绝对可靠的密码是没有的。在国外的某网站上,公布了一个关于密码破解的测试记录。这份名日通过“暴力字母破解”方式获取密码的“时间列表”上显示,现有技术下的加密并不保密!例如,如果你的密码是纯数字的,如6位数的银行密码,可以瞬间被破解;如果是8位数,则需要348分钟;而10位的话则需要163天。要瞬间破解你的银行密码,一台个人电脑就可以完成。另有资料显示,为了破译恐怖分子的通信,美国国家安全局研制出一种超级电子计算机,能解开普通加密系统的“底码”数大约是7000万亿个。如果用普通个人电脑来查找,大概需要22652年。而用超级计算机,几秒钟就能试一遍。
密码技术尚待推新
密码理论的创新和现实变化的需要,要求密码技术以更快地速度发展,不断推出新的成果。
目前,128位的电子签名和数字认证,被视为网络世界中的身份证和电子商务的保证。然而,在伦敦组织的国际监控论坛上,高级译码专家在发言中警告说:数字签名将扩大政府跟踪和身份盗用的可能性。这些标识符号只会越来越危险,你所做的每一件事都能被自动跟踪。需要记住的密码越来越多,不安全感也在加剧。
科学家认为,如果量子加密能够建立起来,量子密码很有可能是不可破译的。也就是说,我们拥有了“终极密码”。由于粒子的不确定性,要破译一个经过量子加密的密码很有可能就意味着将宇宙中每个原子都算上数亿年。
早在2004年,微软公司总裁比尔·盖茨便称,目前计算机安全系统普遍使用的密码、口令很快将成为过去,取而代之的,将通过生物特征识别技术和智能卡技术进行身份认证。生物认证技术发展后,身份认证将告别密码时代。相对于密码、钥匙等方式,生物认证技术使用的是脸相、指纹、虹膜、笔迹、声纹、步态、DNA等这些人体本身特征进行身份确认。“911”恐怖事件以后,由于在身份鉴别上发生了重大疏漏,使得身份认证技术受到前所未有的重视。美国总统布什连续签署了3个国家安全法案(爱国者法案、航空安全法案、边境签证法案),要求2007年以前,27个免签证国家在护照上采用生物认证技术。
据介绍,我国在第二代身份证中预留了储存生物特征的接口。与传统手段相比,基于生物特征识别技术的身份鉴定有三大优点:不易遗忘或丢失;不易伪造或被盗;“随身”携带,随时随地可用。比如,在IBM的某些高端电脑上,就添加了个人指纹开机系统,即使电脑丢了也不用担心泄密。
[责任编辑]庞 云 密码与军事 王仁国 史文海 李宏武
密码的历史极为久远,自诞生之日起,就为战争服务,在人类历次战争中扮演着极其重要的角色。
古代的军事密码
密码(cryptography)由明文、密文、算法和密钥构成。古往今来,它对国家、政府乃至私人的秘密通信起着重要的作用。人类使用密码的历史最早可以追溯到古巴比伦人的泥板文字。据记载,最早使用密码的是公元前405年的古希腊斯巴达将领莱桑德,后来各部落之间传递信息时开始使用密码,比如A部落将兽皮裹在一个木棒上,然后纵向写信息,B部落收到兽皮后,裹在一个和A部落所用的相同直径的木棒上,读取信息。公元前一世纪,古罗马皇帝恺撒也使用过原始的密码。当时研究者发明了一种被称为“恺撒密码”的密码形式,这种密码运用了替换的原则。比如传递“APPLE”这个信息,在密码中,所有字母向后错3位,那么字母A被D代替,P同样后推3位,以S代替。密码接收方,只要记着这个推算的数位,就能还原“APPLE”。这是古典密码中最简单的一种,叫做单表密码。之后又衍生出了多表密码、多字母密码。
在我国,古代的军事密码是随着战事而生的。据史料记载,最早制定军队秘密通讯暗码的是周代著名军事家太公望,即《封神演义》中的姜子牙。他制定的两种军事通讯密码,一是阴符,二是阴书。阴符是使用者事先制造一套尺寸不等、形状各异的“阴符”,共8种,每一种都代表一定意义,只有通讯双方知道。也就是说把一份完整的军事文书裁成3份,分写在3枚竹简上,派3个通讯员分别持这枚竹简出发,到达目的地后,3枚简合而为一,方知原意。中途即使其中一人或二人被捕,也不致失密。到了宋代,军事家曾公亮发明了密码系统,他收纳当时军中常用的40个短语编成密码本,另以没有重复字的五言律诗一首(40个字)作为解码“密钥”。当部将率部出征时,主将发给部将一本密码本,并约好用某一首五言诗作为解码“密钥”。
两次大战中的密码战
直到第一次世界大战结束为止,所有密码都是使用手工来编码,二次大战时有了密码机,密码也就进入了机械密码时代。
在第一次世界大战之初,隐文术与密码术同时在发挥着作用。在索姆河前线德法交界处,尽管法军哨兵林立,对过往行人严加盘查,德军还是对协约国的驻防情况了如指掌,法国情报人员都感到莫名其妙。一天,有位提篮子的德国农妇在过边界时受到了盘查。哨兵打开篮子,见里头全部是煮熟的鸡蛋,毫无可疑之处,便无意识地拿起一个抛向空中。农妇慌忙把它接住。哨兵觉得这很可疑,他将鸡蛋剥开,发现蛋白上布满了字迹,都是英军的详细布防图,还有各师旅的番号。原来,这种传递情报的方法是德国一位化学家提供的,其做法并不复杂,用醋酸在蛋壳上写字,等醋酸干了后,再将鸡蛋煮熟,字迹便透过蛋壳印在蛋白上,外面却没有任何痕迹。
第二次世界大战是密码史上的黄金时代。密码在战争中扮演了更重要的角色。电影《风语者》生动再现了美军二战期间组织印第安人进行的密码战。1941年12月7日,日军袭击珍珠港,日美太平洋战争爆发。美国在开始时作战相当被动,很重要的原因在于他们在情报战方面比起精明的日本人要稍逊一筹,如何既快速准确,又绝对保密地传递军情和命令成为美军指挥高层急需解决的大问题。一个叫菲利普·约翰逊的白人出主意,用纳瓦霍语编制军事密码。纳瓦霍人是北美印第安人的一个分支,世代居住于美国西部,现在人口20多万。约翰逊的父亲是传教士,曾在纳瓦霍部落长期生活,全家都能说一口流利的纳瓦霍语。而在当时,纳瓦霍语对部落外的人来说,无异于“鸟语”。极具军事头脑的约翰逊认为,如果用纳瓦霍语编制军事密码,将非常可靠而且无法破译。因为这种语言口口相传,没有文字,其语法、声调、音节都非常复杂,没有经过专门的长期训练,根本不可能弄懂它的意思。另外,根据当时的资料记载,通晓这一语言的非纳瓦霍族人全球不过30人,其中没有一个是日本人。如果能够用纳瓦霍语编成一套密码,日军情报部门将很难破译美国的军事情报。1942年初,约翰逊向太平洋两栖舰队的指挥官沃格尔少将提出了建议。根据他的实验,纳瓦霍语可以在20秒钟之内准确编码和解码三行以内的英语命令,而用机器做同样的事需要30分钟。沃格尔少将最终采纳了他的建议。同年4月,第一批29名纳瓦霍士兵组成了海军陆战队第383排,并受命编写纳瓦霍语军事密码。日本想尽一切办法无法破译纳瓦霍语密码,使得美军在情报战中抢占了先机。
现代密码技术
第二次世界大战中广泛运用的是“对称密码”,即用“密钥”对消息加密。比如传递“orange”这个信息,原始信息orange被称为“明文”,如果加密是O 3=R,“3”这个数字就是一个密钥。解密就是R-3=O。这时加密和解密的密钥如果是一样的,就叫对称密码。后来发现这种方法有很大的缺陷。解密时需要密钥,加密者还要把密钥同时传给解密者,这个传递的渠道被称为“秘密信道”。上世纪五六十年代,出现了一种DF算法,根据其密钥交换的思想创造了“非对称密码体系”。在这个体系中,加密的密钥和解密的密钥是不一样的,这就解决了密钥传递的问题。其解决的办法是:加密和解密双方各有不同的密钥,称为“密钥对”,“密钥对”满足一定的数学关系。通常,计算机在有效的时间内是解不开“密钥对”的。“非对称密码体系”是现代密码学一个很大的发展,一直影响到现在。1977年美国国家标准技术研究所(NIST)提出数据加密标准,随后多种密码算法在世界各国相继出现,但这些算法有些已经遭到了破译。值得一提的是,冷战时期,苏联克格勃间谍沃克、惠特沃斯窃取了美国海军通信密码机资料、通信密钥、通信联络规定等大量机密资料,长达17年之久。尽管美国人认为他们的密码体系是“无懈可击”的“伟大发明”,“苏联人要想破译美国密码简直是一种幻想”,但是克格勃把幻想变成现实。沃克间谍网获取的机密,给苏联人侦听美军通信,破译密码提供了重要情报,使美国承受了巨大损失。这时,我们发现,或许只有不以数学关系为“密钥对”的诸如“阴符”、“阴书”等原始密码才是最可靠的信息传输方式。
当前,世界军事领域的各个方面正在发生深刻变化,军事技术革命的核心就是信息。现代战争对信息的依赖程度越来越高,信息技术在带来指挥高效率和作战高效益的同时,也造成了军事系统的极大脆弱性,密码在信息的整体防御中将扮演越来越重要的角色。如科索沃战争中,北约