Размышления о думающих машинах. Тьюринг. Компьютерное исчисление
Шрифт:
Оригинальная модель «Энигмы» была серьезно усовершенствована за годы войны. Например, если войсковая модель «Вермахт» и модель ВВС Германии включали пять роторов, то модель для флота была оснащена уже восемью роторами. Более того, после последнего ротора добавлялся элемент, названный рефлектором, для шифрования в обратном порядке. То есть результат последнего ротора вновь менялся путем возвращения роторов от последнего слева к первому справа. В этой машине процесс шифрования совпадал с процессом дешифровки, и ни одна буква не могла быть зашифрована самой собой.
Немецкие солдаты во время Второй мировой войны передают сообщения с помощью «Энигмы·.
Алан Тьюринг, фотография сделана
Разные модели «Энигмы·.
Очевидно, что эти особенности успешно использовали британские криптографы в Блетчли-парке, где был построен большой комплекс для дешифровки перехваченных немецких радиосообщений. Кроме рефлектора, расположенного слева от роторов, справа от них находилось колесико входа, или стартер, соединявший клавиатуру, с помощью которой вводилось сообщение, с лампами, подсвечивавшими соответствующие буквы в исходящем зашифрованном сообщении. На фронтальной части «Энигмы» имелась коммутационная панель, позволявшая превращать одну букву в другую, помимо шифрования с помощью роторов. Если учесть все устройства, участвовавшие в трансформации одной буквы (коммутационная панель, роторы и рефлектор), количество возможных конфигураций определялось количеством перестановок разных устройств и достигало невероятной цифры 10114. Это впечатляет, принимая во внимание, что человеческий мозг содержит 1011 нейронов, а количество атомов во Вселенной оценивается как 1080. Обладая такой чудовищной машиной, Германия чувствовала себя уверенно, и передача радиосообщений с военными приказами представлялась ей полностью безопасной. Однако обстоятельства сложились не в пользу неприступной «Энигмы», так как на захваченных немецких субмаринах были обнаружены несколько шифровальных машин и книг с кодами.
«БОМБЫ» ПРОТИВ «ЭНИГМЫ»
Польша, довольно сильно пострадавшая от нацистов, получила «Энигму» невероятным способом: машина была отправлена в Варшаву по почте из Германии. Благодаря этому группа математиков из кабинета криптографии бюро шифров (BS 4) Генштаба Польши под руководством Мариана Режевского (1905- 1980) смогла расшифровать сообщения, кодированные с помощью «Энигмы», а саму машину затем вернули отправителю. Поляки, а позже и представители других стран-союзниц обнаружили одну особенность шифровок: немцы в сообщениях в закодированном виде передавали начальное положение роторов, то есть указывали одну из 26 букв, которую можно было увидеть в специальном окошке. Например, если начальным положением ротора была буква В, в сообщении эта информация отображалась как ВВ. С 1932 года Режевский и его команда успешно расшифровывали перехваченные немецкие сообщения.
Польские математики создали машину, эмулирующую работу двух синхронизованных «Энигм», — циклометр. Позже они изобрели криптоаналитическую машину — «бомбу», с помощью которой можно было обнаружить закономерности повторения в сообщении букв. В «бомбе» использовалась серия роторов, и она эмулировала работу трех синхронизированных «Энигм», что соответствовало одной машине с тремя роторами. Анализ цикличности букв в сообщениях, так называемый анализ следов, или матриц, позволил автоматизировать дешифровку перехваченных сообщений.
Но этот метод работал недолго. В 1938 году немцы добавили к машине еще три ротора, так что их общее количество достигло шести. Теперь полякам для успешной дешифровки сообщений требовалось около 60 «бомб». Экономических ресурсов для дальнейшей работы не хватало, и Польша приняла решение передать в 1939 году накопленные данные британской и французской разведкам. Британцы приняли вызов и создали GC&CCS (Правительственную школу кодирования и шифрования), расположенную в Блетчли-парке, рядом с Милтон- Кинс, городке вблизи Лондона. Группа польских криптографов отправилась во Францию, где они работали совместно с секретной французской службой до конца 1942 года, занимаясь дешифровкой немецких сообщений и переправляя данные в Блетчли-парк. После того как немцы захватили юг Франции, польские криптографы и сами через Испанию отправились в Соединенное Королевство. Польские историки считают, что британцы не оценили должным образом талант польских математиков.
ТЬЮРИНГ В БЛЕТЧЛИ-ПАРКЕ
В конце Второй мировой войны в Блетчли-парке насчитывалось 10 тысяч человек личного состава. Это был гигантский шпионский комплекс, работавший против нацистской Германии. Деятельность велась в разных отделах, размещенных в отдельных домиках-ангарах. В одном отделе технические специалисты и аналитики занимались перехватом сообщений немецкого правительства или армии, в другом шла дешифровка радиограмм, в третьем на основании дешифрованных сообщений пытались реконструировать сценарии военных операций или намерения немцев. Принимая во внимание, что немцы использовали
В домике номер 8 (Hut 8) работал Алан Тьюринг, приглашенный в Блетчли-парк 4 сентября 1939 года, то есть на следующий день после объявления Британией войны Германии. Миссия ученого предполагала дешифровку кодов «Энигмы» немецкого подводного флота, активно участвовавшего в морской блокаде Британских островов. Как рассказывает британский историк Аса Бриггс (р. 1921), также работавший в Блетчли-парке с 1942 по 1945 год в домике б, среди сотрудников комплекса было много талантливых людей, но гением считался Алан Тьюринг. В этот период ученый ездил в США, чтобы организовать сотрудничество двух стран-союзниц. Существует мнение, что Тьюринг разрабатывал систему шифровки телефонных сообщений высшего руководства США и Соединенного Королевства, Рузвельта и Черчилля. При выполнении этого задания он сотрудничал с Дилли Ноксом (1884-1943), криптографом, получившим образование в Королевском колледже Кембриджского университета. Также они совместно занимались вопросом ускоренной автоматической расшифровки сообщений, кодированных с помощью «Энигмы». Предложенный метод оказался более эффективным, чем метод поляков, чьи знания о шифровальной машине были собраны в «Трактате об «Энигме» ( Treatise on Enigma).
В этот период Тьюринг, которого коллеги называли Проф (сокращение от английского слова professor), привлекал всеобщее внимание довольно эксцентричными выходками. Например, он привязывал свою чашку к батарее отопления, чтобы ее не украли. Также в некоторых биографиях отмечается, что он несколько раз отказывался от транспорта и бежал из Блетчли в Лондон (а это примерно 64 километра) для участия в рабочих совещаниях.
В ходе войны в Британии была создана новая машина, в которой использовались идеи польской «бомбы», и она получила название Bombe[1 По одной из версий, оно происходит от названия десерта из мороженого Bombe glacee в виде шара или цилиндра. — Примеч. ред.]. Эта электромеханическая система воспроизводила работу группы машин «Энигма». Ее оригинальная версия была разработана Аланом Тьюрингом в 1939 году в Блетчли-парке, а построена Гарольдом Кином (1894-1973) из British Tabulating Machine Company (BTM) — предприятия, связанного с другим гигантом США, со временем получившим название IBM. В тот момент обе компании по разные стороны Атлантики занимались продажами табуляторов и машин для переписи населения. С помощью устройства, придуманного Германом Холлеритом (1860-1929), стало возможным чтение перфокарт, используемых для переписи: перфорация той или иной ячейки кодировала ответы. Существует версия, высказанная Эдвином Блэком в его книге «IBM и Холокост» (2001), что Адольф Гитлер закупил у IBM партию табуляторов, с помощью которых в 1933 году была сделана перепись еврейского населения Германии, и за это президент IBM Томас Уотсон (1874-1956) получил в 1937 году Орден Заслуг германского орла из рук самого фюрера.
Впоследствии Гордон Уэлчман (1906-1985) усовершенствовал оригинальную модель Bombe, поэтому окончательный вариант устройства известен как Bombe Тьюринга — Уэлчмана, в то время как польская машина-предшественница называлась криптологической бомбой (Bomba kryptologiczna). Окончательный вариант Bombe весил около тонны и включал 108 роторов, соединенных по три, что соответствовало трем роторам «Энигмы». В свою очередь, группы по три ротора соединялись в дюжины. Таким образом, машина состояла из трех отделов по 12 групп из трех роторов. Все эти роторы выполняли ту же работу, что и «Энигма», только в обратном направлении — для расшифровки сообщений. С механической точки зрения роторы имели ту же внутреннюю систему проводов, что и «Энигма»; рефлектор воспроизводился в довольно простом виде: контакты и провода были дублированы.
ПРОЕКТ SIGSALY
С конца 1942 года до весны 1943-го Тьюринг находился в США. Во время посещения лабораторий Белла он познакомился со знаменитым Клодом Шенноном (1916-2001), считающимся отцом современной теории информации. Хотя Тьюринг и мечтал поговорить с этим великим ученым о возможности создания искусственного интеллекта, в его задачу входил сбор идей для разработки системы шифровки голоса для защиты телефонных переговоров высших руководителей обеих стран, Рузвельта и Черчилля. Этот проект был назван SIGSALLY. Система шифровала голос с помощью так называемого случайного шума и часто использовалась союзниками во время войны. Любопытно, что SIGSALLY упоминается в научно-популярном романе «Криптомикон» (1999) Нила Стивенсона (р. 1959) в вымышленном разговоре двух персонажей: Лоуренса Ватерхауса и Алана Тьюринга. По окончании войны Тьюринг оставил Блетчли-парк и начал работать в Правительственном центре коммуникаций Ее Величества, где участвовал в создании переносного устройства для шифровки голоса Delilah. Для доказательства корректного функционирования системы во время шифровки и дешифровки использовалась запись голоса Уинстона Черчилля.