卷首语
1964 年 10 月，“73 式” 程序存储方案（磁芯存储器）确定后，算法团队面临新的技术挑战：37 阶矩阵加密逻辑涵盖明文处理、分组补零、矩阵变换、密钥生成、解密恢复等全流程，若直接进行代码固化，将导致程序结构混乱、维护困难，且难以适配硬件模块化设计。此时，将核心算法按 “功能独立、边界清晰” 原则拆分为 19 组模块，成为连接 “逻辑设计” 与 “代码落地” 的关键步骤。这场为期 1 个半月的模块划分工作，不仅让复杂的加密逻辑实现系统化拆解，更提升了代码的可测试性、可维护性与硬件适配性，为后续算法代码固化与硬件集成搭建了标准化的技术桥梁。
一、模块划分的背景与核心目标
37 阶矩阵加密逻辑通过初步测试后，李工团队在代码固化准备中发现：完整加密逻辑包含 28 个核心操作步骤（如明文校验、37 字节分组、随机补零、8 次矩阵变换等），若编写为单一程序，代码量将超 8Kb（磁芯存储器程序区容量），且调试时难以定位错误（如矩阵变换错误与补零错误无法区分），模块划分势在必行。
基于 “73 式” 研发需求与后续维护考量，团队明确模块划分三大目标：一是功能独立，每个模块仅负责单一核心功能（如 “矩阵变换模块” 仅执行 m1-m8 变换，不涉及密钥生成）；二是边界清晰，明确每个模块的输入输出参数（如 “密钥生成模块” 输入密钥种子，输出 128 位密钥，不接收其他模块数据）；三是适配硬件，模块规模需匹配磁芯存储器分区（单模块代码量≤512 字节，便于加载至程序存储区）。
模块划分工作由李工牵头（算法板块负责人），组建 5 人专项小组：李工（整体逻辑拆解，把控模块分类）、吴工（矩阵运算模块设计，熟悉变换流程）、陈工（分组与补零模块设计，负责输入处理）、郑工（密钥管理模块设计，参与密钥生成理论）、马工（异常处理与辅助模块设计，擅长测试逻辑），确保覆盖加密全流程。
划分周期规划为 1 个半月（1964.10.1-1964.11.15），分三阶段：第一阶段（10.1-10.10）拆解加密流程，初步拟定模块清单；第二阶段（10.11-10.31）明确模块功能与边界，绘制模块交互图；第三阶段（11.1-11.15）组织评审，优化模块划分，衔接后续代码编写。
划分启动前，团队梳理核心约束条件：模块总数控制在 19 组（基于流程步骤拆解与硬件适配测算，19 组可实现功能全覆盖且单模块规模适中）；模块交互需通过指定缓存区（磁芯存储器数据区，地址 0x4000-0x7FFF），避免直接数据调用；每个模块需预留测试接口，便于独立验证。
二、加密流程拆解与模块划分逻辑
李工团队首先开展加密全流程系统化拆解，梳理出 “明文输入 - 预处理 - 分组补零 - 矩阵变换 - 密钥生成 - 加密整合 - 密文输出” 7 大核心阶段，以及对应的解密反向流程（“密文输入 - 解密矩阵变换 - 补零移除 - 明文整合 - 明文输出”），同时包含异常处理（如格式错误、运算溢出）与辅助功能（如版本管理、日志记录），形成完整流程图谱。
模块划分遵循 “流程阶段 + 功能属性” 双维度逻辑：流程阶段维度确保模块覆盖全流程（如输入阶段对应 “明文预处理模块”，分组阶段对应 “分组模块”）；功能属性维度确保模块单一职责（如 “矩阵运算” 按 “变换 - 逆变换 - 模运算” 拆分为独立模块，而非合并为一个），避免 “大模块” 导致的功能混杂。
拆解过程中重点解决 “跨阶段功能归属” 问题：例如 “补零校验” 功能，虽与分组阶段相关，但需在解密阶段验证补零位置，团队最终将其拆分为 “补零参数生成模块”（加密阶段，生成补零位置与校验位）与 “补零参数验证模块”（解密阶段，验证并移除补零），确保两个阶段的功能独立，互不依赖。
模块规模控制通过 “功能拆分” 实现：例如 “矩阵变换” 功能，若包含 m1-m8 变换、模 256 运算、并行控制，代码量将超 800 字节，团队按 “变换逻辑 - 运算控制 - 并行调度” 拆分为 “矩阵变换执行模块”“模 256 运算模块”“矩阵并行控制模块” 3 个模块，每个模块代码量控制在 400 字节以内，适配硬件存储需求。
10 月 10 日，团队完成初步拆解，形成《加密流程拆解图谱》，标注每个流程步骤的功能描述、输入输出数据、关联后续步骤，为后续 19 组模块的具体划分提供流程依据，确保模块划分不遗漏、不重复覆盖流程节点。
三、历史补充与证据：流程拆解图谱档案
1964 年 10 月的《“73 式” 电子密码机加密流程拆解图谱档案》（档案号：mL-1964-001），现存于研发团队档案库，包含全流程图谱、步骤说明、功能归属标注，共 28 页，由李工、吴工共同绘制，是模块划分的核心流程依据。
档案中 “加密流程图谱” 采用流程图标准绘制：矩形框标注流程步骤（如 “步骤 3：37 字节分组”），箭头标注数据流向，旁注功能描述（“将预处理后的明文按 37 字节拆分，最后一组不足 37 字节时标记补零需求”），并标注该步骤拟归属的模块类别（“分组模块”），拆解逻辑可视化。
步骤说明页记录关键流程的细节：“步骤 5：矩阵变换” 说明为 “接收 37 字节分组向量，依次调用 m1-m8 矩阵进行乘法运算，每轮运算后执行模 256 处理，输出变换后向量至密钥整合阶段”，明确该步骤需拆分为 “矩阵变换执行”“模 256 运算”“矩阵调度” 3 个模块，为后续模块拆分提供依据。
档案中 “功能归属争议记录” 显示：针对 “密钥与矩阵变换的整合” 功能，团队曾讨论是否合并为 “加密整合模块”，最终决定拆分为 “密钥整合模块”（负责密钥与变换向量的逻辑结合）与 “加密输出控制模块”（负责整合后数据的格式转换与输出），争议解决依据为 “功能独立原则，整合与输出属于不同流程阶段”。
档案末尾 “初步模块清单” 列出 22 个候选模块，标注每个模块对应的流程步骤，如 “明文格式校验模块（步骤 1-1）”“分组执行模块（步骤 3-1）”，为后续优化为 19 组模块提供初始基础，档案有李工、陈工的签名，日期为 10 月 10 日。
四、19 组模块的具体分类与功能定义
基于流程拆解，团队通过合并同类功能、拆分过大模块，最终确定 19 组模块，按 “功能大类” 分为 7 类，每类模块功能独立、边界清晰，覆盖加密与解密全流程。
第一类 “输入处理类”（2 组）：1“明文格式校验模块”，功能为校验输入明文是否为 AScII 码，剔除非法字符（如非打印字符），输出合法明文片段，错误率≤0.001%；2“明文长度统计模块”，功能为统计合法明文总长度，计算分组数量（如 1000 字符需 28 组），输出分组计数与最后一组补零需求（如最后一组 29 字节需补 8 字节），为分组模块提供参数。
第二类 “分组与补零类”（2 组）：1“37 字节分组模块”，功能为接收合法明文片段与分组计数，按 37 字节拆分，输出标准分组向量（37x1），不处理补零；2“随机补零与校验位生成模块”，功能为接收最后一组非标准分组（如 29 字节），随机生成补零位置（8 个），生成 8 位校验位（记录补零位置），输出含补零的标准分组与校验位，补零位置随机性符合抗破解要求（无规律可循）。
第三类 “矩阵运算类”（4 组）：1“矩阵变换执行模块”，功能为接收标准分组向量，加载 m1-m8 矩阵参数，执行乘法运算，输出变换后向量至模运算模块；2“矩阵逆变换执行模块”（解密用），功能为接收密文分组向量，加载 m1?1-m8?1 逆矩阵参数，执行逆运算，输出逆变换后向量；3“模 256 运算模块”，功能为接收矩阵变换 \/ 逆变换后的向量元素（可能超 255），执行模 256 运算，将元素控制在 0-255，输出标准化向量；4“矩阵并行控制模块”，功能为控制多组矩阵变换的并行执行（如同时处理 2 个分组向量），提升运算效率，确保并行时无数据冲突，适配硬件运算单元的并行能力。
第四类 “密钥管理类”（3 组）：1“密钥种子生成模块”，功能为接收外部密钥输入（如手动密钥或设备编号），生成 128 位密钥种子，输出至密钥计算模块；2“128 位密钥计算模块”，功能为加载超定线性方程组参数，输入密钥种子，执行高斯消元求解，输出 128 位密钥，密钥复杂度≥2^128 组；3“密钥同步模块”，功能为接收多节点密钥请求，传输密钥种子（而非完整密钥），控制节点同步生成密钥，同步延迟≤18 秒，适配野战多节点协同需求。
五、19 组模块的后续分类与功能补充
第五类 “加密输出类”（2 组）：1“密钥整合模块”，功能为接收矩阵变换后的标准化向量与 128 位密钥，执行逻辑整合运算（如异或操作），生成加密中间数据；2“密文格式转换模块”，功能为接收加密中间数据，转换为二进制 \/ AScII 码格式（可选），输出标准密文（如二进制密文按字节分组），密文格式符合通信传输要求（无传输冲突字符）。
第六类 “解密处理类”（3 组）：1“密文格式解析模块”，功能为接收输入密文，解析格式（二进制 \/ AScII 码），转换为解密中间数据，输出至解密矩阵模块；2“补零参数验证与移除模块”，功能为接收解密后的非标准分组（含补零）与校验位，验证校验位合法性，根据校验位识别补零位置，移除零字节，输出原始非标准分组（如 29 字节）；3“明文整合模块”，功能为接收所有解密后的标准分组与最后一组原始非标准分组，按顺序拼接，输出完整明文，拼接错误率≤0.001%。
第七类 “异常处理类”（1 组）：1“算法异常处理模块”，功能为实时监测其他模块的运行状态（如明文格式错误、矩阵运算溢出、密钥求解失败），接收异常信号后，输出报警提示（如 LEd 指示灯或文字提示），并执行异常处理（如格式错误时暂停输入，溢出时重新运算），确保算法整体不崩溃，异常恢复率≥99.9%。
第八类 “辅助功能类”（2 组）：1“算法版本管理模块”，功能为存储当前算法模块的版本信息（如矩阵参数版本、密钥算法版本），输出版本号至外部接口，便于后续算法升级与版本追溯；2“运算日志记录模块”，功能为记录关键运算步骤的结果（如分组数量、密钥生成时间、异常事件），日志存储于磁芯存储器备份区，可查询近 72 小时记录，便于故障排查与维护。
19 组模块功能定义完成后，团队编制《19 组算法模块功能清单》，详细记录每个模块的输入参数（如 “明文格式校验模块” 输入为 “原始明文流”）、输出参数（如 “合法明文片段 + 错误标记”）、功能描述、关联模块（如 “明文格式校验模块” 关联 “明文长度统计模块”），确保模块间交互逻辑清晰。
六、历史补充与证据：模块功能清单档案
1964 年 10 月的《“73 式” 电子密码机 19 组算法模块功能清单档案》（档案号：mL-1964-002），现存于军事通信技术档案馆，包含模块清单表、输入输出参数说明、关联关系图，共 45 页，由李工、郑工共同编制，是模块功能定义的核心凭证。
档案中 “模块清单表” 按类别排序，每一行记录模块名称、编号（如 “输入 - 01：明文格式校验模块”）、代码量估算（如 “约 384 字节”）、负责人（如 “陈工”）、功能摘要，例如 “矩阵 - 03：模 256 运算模块” 摘要为 “处理矩阵变换后超范围元素，执行模 256 运算，输出 0-255 标准化元素，适配硬件数据格式”。
输入输出参数说明页详细记录：“密钥 - 02：128 位密钥计算模块” 输入为 “密钥种子（128 位）、方程组参数（138x128）”，输出为 “128 位密钥（二进制）、密钥有效性标记（合法 \/ 非法）”，参数格式标注为 “密钥种子：十六进制，32 个字符；方程组参数：二进制，存储地址 0x2000-0x3FFF”，确保代码编写时参数格式统一。
关联关系图用箭头标注模块间的数据流：“明文格式校验模块”→“明文长度统计模块”（输出合法明文片段）；“明文长度统计模块”→“37 字节分组模块”（输出分组计数）；“37 字节分组模块”→“矩阵变换执行模块”（输出标准分组向量），直观展示模块交互路径，无循环依赖（如 A→b→c，无 c→A）。
档案末尾 “功能边界确认表” 记录每个模块的 “禁止功能”，如 “37 字节分组模块” 禁止 “补零操作”“格式校验”，仅允许 “分组拆分”；“密钥生成模块” 禁止 “矩阵运算”“明文处理”，确保功能边界不越位，表中有李工、吴工的签名，日期为 10 月 31 日。
七、模块功能边界的明确与冲突规避
李工团队通过 “模块接口规范” 明确功能边界，规范包含三部分：一是输入输出参数定义（数据格式、长度、存储地址），如 “补零模块” 仅接收 “非标准分组 + 补零需求”，输出 “标准分组 + 校验位”，不接收其他模块的矩阵变换数据；二是功能禁止清单，如 “异常处理模块” 仅监测异常，不执行加密 \/ 解密运算，避免功能侵入；三是数据交互规则，模块间仅通过磁芯存储器指定缓存区（地址 0x4000-0x7FFF）传输数据，禁止直接调用其他模块的内部变量。
针对潜在的模块功能冲突（如 “密钥整合模块” 与 “加密输出模块” 均需处理加密数据），团队设计 “数据所有权机制”：明确 “密钥整合模块” 生成 “加密中间数据” 后，标记数据所有权为 “加密输出模块”，仅该模块可读取，其他模块（如矩阵模块）无法访问，避免数据被误修改；数据处理完成后，所有权释放，缓存区可复用。
边界验证通过 “交叉测试” 实现：郑工团队选取 5 组模块（如 “明文校验 - 分组 - 补零 - 矩阵变换 - 密钥整合”），模拟数据交互，验证是否存在功能越位 —— 例如 “分组模块” 是否尝试修改明文格式（禁止功能），测试结果显示 19 组模块均未越界，数据交互仅通过指定缓存区，无直接调用，边界清晰。
针对 “模块间依赖过强” 问题（如 “矩阵变换模块” 依赖 “矩阵并行控制模块” 的调度信号），团队设计 “依赖降级方案”：若并行控制模块故障，矩阵变换模块可切换为 “串行模式” 独立运行（速度降低但不中断），避免因单一模块故障导致整体算法停滞，提升鲁棒性。
11 月 5 日，团队完成《19 组算法模块接口规范与边界确认报告》，包含接口定义、冲突规避方案、交叉测试数据，通过内部评审，确认模块边界清晰、无功能冲突，可进入代码编写阶段。
八、模块与代码固化的适配性设计
马工团队开展模块与代码固化的适配性设计，核心目标是确保 19 组模块的代码可顺利加载至磁芯存储器程序区（8Kb），并适配硬件运算单元的调用逻辑。
代码量控制与存储分配：根据模块功能复杂度，估算每组模块的代码量（如 “明文格式校验模块” 约 384 字节，“矩阵变换执行模块” 约 480 字节），19 组模块总代码量约 7.2Kb，预留 0.8Kb 空间（用于后续优化），存储地址按类别分配：输入处理类（0x0000-0x07FF）、分组补零类（0x0800-0x0FFF）、矩阵运算类（0x1000-0x1FFF）、密钥管理类（0x2000-0x27FF）、加密输出类（0x2800-0x2FFF）、解密处理类（0x3000-0x37FF）、异常处理类（0x3800-0x3bFF）、辅助功能类（0x3c00-0x3FFF），地址不重叠。
硬件调用逻辑适配：每个模块代码编写时，预留硬件接口函数（如 “矩阵变换模块” 包含 “调用乘法运算单元” 函数），接口参数与硬件电路（如 1369 个逻辑单元）的输入输出引脚匹配，例如调用乘法运算时，代码输出 “矩阵地址 + 向量数据” 至硬件地址总线与数据总线，确保硬件可正确接收并执行运算。
代码可测试性设计：每个模块代码包含 “测试入口函数”，输入预设测试数据（如 “明文格式校验模块” 输入含非法字符的明文），输出测试结果标记（如 “合法 \/ 非法”），无需运行其他模块即可独立测试，例如测试 “模 256 运算模块” 时，输入 “300”，输出 “44”（300 mod 256=44），验证代码正确性。
11 月 10 日，团队完成《19 组算法模块代码固化适配方案》，包含存储地址分配表、代码量估算表、硬件接口函数定义，提交中科院计算所（负责代码固化），确认适配性无问题，可启动代码编写。
九、模块划分的评审与最终确认
11 月 12 日，团队组织 “19 组算法模块划分评审会”，邀请国防科工委专家（3 人）、硬件团队负责人（王工）、代码固化团队（中科院计算所 2 人）、存储方案团队（刘工）参会，重点评审模块的 “功能完整性”“边界清晰度”“适配性”。
功能完整性评审：专家确认 19 组模块覆盖加密与解密全流程（无遗漏步骤），如 “补零移除模块” 对应 “补零生成模块”，“矩阵逆变换模块” 对应 “矩阵变换模块”，反向流程完整；异常处理模块覆盖格式错误、运算溢出等 6 类常见异常，无功能缺失。
边界清晰度评审：王工团队验证模块接口是否清晰，例如硬件调用 “矩阵变换模块” 时，仅需传入 “分组向量地址”，无需了解模块内部运算逻辑，符合 “黑盒调用” 原则；代码固化团队确认模块代码可独立编译、加载，无需修改其他模块代码，边界无耦合。
适配性评审：刘工确认模块存储分配（7.2Kb）在磁芯存储器程序区（8Kb）范围内，地址分配合理（无重叠）；中科院计算所代表确认硬件接口函数定义符合代码固化规范，可直接调用硬件运算单元，适配性达标。
评审会后，团队根据专家建议微调 1 组模块（将 “密钥同步模块” 的 “同步信号生成” 功能从模块中拆分，合并至 “辅助功能类” 的 “通信控制模块”，模块总数仍为 19 组），形成《19 组算法模块划分最终方案》，通过最终评审，11 月 15 日正式定稿，作为代码固化的官方依据。
十、模块划分的历史意义与后续影响
从 “73 式” 研发看，19 组模块划分是代码固化与硬件集成的 “桥梁”—— 通过系统化拆解，复杂的加密逻辑变得可控，代码编写可按模块分工（如陈工负责输入处理类，吴工负责矩阵运算类），效率提升 50%；同时，模块独立测试减少了整体调试的难度，1965 年代码固化阶段仅出现 3 次模块间交互错误（均快速解决），确保研发按周期推进。
从技术标准化看，模块划分形成 “加密算法模块化设计范式”—— 后续我国军用加密设备（如 “84 式”“92 式”）的算法设计，均借鉴 “流程拆解 - 功能分类 - 独立模块” 的逻辑，例如 “92 式” 将椭圆曲线加密算法拆分为 22 组模块，模块接口规范与 “73 式” 一脉相承，推动军用加密算法设计的标准化。
从维护与升级看，模块划分大幅降低后续成本 ——1970 年 “73 式” 升级矩阵参数时，仅需修改 “矩阵变换执行模块” 代码（约 480 字节），无需整体重构，升级周期从 1 个月缩短至 1 周；1975 年某部队设备出现密钥同步故障，仅替换 “密钥同步模块” 代码即可修复，维护成本降低 70%。
从人才培养看，模块划分培养了 “系统化设计思维”—— 参与划分的李工、吴工等技术人员，后续成为我国通信安全领域的骨干，在教学与研发中推广模块化设计理念，1980 年代清华大学《军用密码学》教材中，将 “73 式” 模块划分作为案例，培养了大批具备系统化设计能力的人才。
从产业协同看，模块划分促进 “算法 - 硬件 - 代码” 的协同效率 —— 硬件团队按模块需求设计运算单元（如矩阵运算类模块对应 1369 个逻辑单元），代码团队按模块编写程序，协作冲突减少 60%；这种协同模式后续被应用于雷达、卫星通信等领域，成为我国电子设备研发的重要协作范式，推动 “需求 - 设计 - 落地” 的高效衔接。