一名数学家发明了一种古怪的机器,拯救了无数条性命,将二战缩短了整整两年。
1944年6月6日是人类历史当中一个重要的转折点,在这天内,156000名士兵及两万辆装甲车登陆诺曼底海岸,他们将改变战争格局,对纳粹发起最后的一击。
为了使构想成为现实,这个宏伟的无敌战斗需要一个大脑,不是随便的大脑,而是充满抽象思维和假想机器的大脑,一个不去想任何策略及军事计划的大脑,拥有这个大脑的人叫阿兰图灵,他是一个古怪的人,也是一个矛盾体,他既不是将军,也不是战略家,而是一名数学家,他的研究领域是非常抽象的数学分支——逻辑,但是据史学家称,它的才智让我们得以将二战缩短整整两年,一个研究如此抽象问题的人,为何对历史有如此巨大的影响呢?
图灵一生中所涉及的研究领域十分广泛,他不仅是数学逻辑学家,同时又是破译专家,计算机先锋,人工智能先锋,数学生物学专家。在20世纪,很少有科学家能够比肩图灵的研究广度,这些领域均围绕一个主题——所有能通过机械方法解决的事物,他都会感兴趣,因此,他在研究数学逻辑时,其实也在研究机械。源于图灵的构思和启发而得到的奇怪机器,成为当今计算机的基础,他们对战胜纳粹主义起着至关重要的作用。
这要从一个海滩讲起,这个海滩位于大西洋海岸,如果没有阿兰图灵,就不会有1944年6月6日清晨所发生的壮举。在艾森豪威尔将军的领导下,盟军的海军力量,在空军的强力支持下于当日清晨开始运送盟军部队登陆法国北部的海岸,参与登陆的海军陆军及空军数量庞大,因此,登陆行动成为了整个二战中最大的联合行动。但在人员与物资被运往诺曼底海岸实施进攻之前,他们需经过一片海洋,因此北大西洋的补给线需要保持畅通。盟军指挥部正是位于利物浦,指挥大西洋的对德海战,尤其是对付德国所向无敌的U型潜艇。
这是位于利物浦达比乌的西部反潜司令部,从1941年到1945年5月底,他们就是在这里日夜指挥对抗纳粹德国的大西洋海战。战场正是在北大西洋上,绵延5000万平方公里,他们面临的危险是要打通航线,让商船在德国潜艇的威胁下航经此片海域。
盟军兵力必须在6月6日集结,这个行动确实是了不起的,在1944年,让大约十万兵力成功在一天内登陆,到1944年6月底,在欧洲西北部,有100万盟军兵力。除了登陆,这些兵力必须携带充足的弹药、能源、食物,而保险来讲,这些物资必须在1944年初就到达英国,所以才有的大西洋海战,因为运送人员物资的唯一途径就是海运。
登陆要获得成功,还有另一个不可或缺的条件,那就是发送虚假情报。通过“坚韧行动”,盟军将开展大型活动,旨在将诺曼底的行动掩饰为简单的转移,假装为诺曼底以东的加莱海峡登陆做准备。但是要赢得两场战役,即运输战和虚假情报战,盟军需要打赢另一场仗,这是一场虚拟的战争,大部分战役发生在伦敦北部,一个名为布莱奇利的小镇里,战争的目的是破译德军及日军的密码。
在这个古典的维多利亚庄园里,在这些匆忙搭建的小屋里,真正的破译部门将见证登陆日的成功,见证多达9000名士兵在战争末期的这一天进行部署,布莱奇利公园是整个人类历史中最神奇的破译行动地点。作战的一方几乎可以对另一方的军事通讯信息信手拈来,这也是首次,也可能是最后一次。他们在布莱奇利庄园获取情报,他们成功截获德军加密通信,加密的无线电通信信息量十分庞大,多得令人惊愕。
在战争爆发之前,英国海岸就分布着破译站,有几百名女性军队辅助人员长期监听德军的无线电频率,并将信息转为摩尔斯码,信息经过编码后,无法被直接读取。说到编码,德军发明了最终的终极武器,他们用机器来替换旧式的加密方式,那就是恩格玛机,它可以将明文以1000万亿种组合进行加密,要将其中的任何一条信息进行暴力破解,就算用现在的计算机,也需要整整一年的时间。
恩格玛机属于转轮密码机,它的原理就是当在键盘上输入一个字母时,这个字母会被加密替换成另外一个字母,在机器里每个转子都有电线将字母进行替换,D经过第一个转子后得到的是R,然后R再变成U,最终变成K,所以键盘灯上发亮的是K灯,如果每次输入D,亮的都是K灯,那密码就太简单了。
所以当再次输入D时,亮的是U键,每次在键盘上输入一个字母时,密码机至少有一个转子会转动,使电路发生改变出现另一个字母,要想破译密文,首先得知道密码机的初始设置。密文的接收人需要知道发送人所设定的转子位置,若两台恩格玛机转子位置是一样的,接收人输入密文亮灯的字母就是对应的明文,恩格玛机的一大好处,就是接收和发送的密码机,只要设置相同,就能很快的破译密文,就是这个原理。
但历史已经证明,这一原理恰恰是这个机器所存在的漏洞。1938年,图灵正在美国的普林斯顿,他在那里开展数学推理的基础研究,他游历各地,游览华盛顿和纽约等地,并开始对密码学这一加密与解密的艺术产生兴趣。
他在这方面找到了一个爱好,能让他在严密的数学中获得快乐,那就是编密码。1939年9月4日,就在英国参战的一天后,图灵便被召集到布莱奇利庄园,即英国密码破译的总部。被召集的人大约有30名,其中有考古学家,语言学家,象棋冠军,甚至还有几名纵横字谜玩家,而数学家只有两名,这也许能说明,英国政府仍然将密码视为文学问题,而非数学问题。图灵从未见过恩格玛机,但他很快就会对它了如指掌。
布莱奇利庄园的破译组织慢慢地建立起来,每天监听站的监听人员将数百条信息转录,这些难以理解的信息在破译者的桌子上越堆越高,收获却甚少,但是英国破译者有两台恩格玛机的复制品。波兰在被德国入侵的几周前,将它们交给了英方,这两台机器对破译密码,其实帮助并不大,因为恩格玛机的设计就是即使落入敌人手中也很难被破译。
拿到了密码机之后,他们有两个任务,你需要知道机器是怎么打造的,有多少转子,转子是怎么运转的,就是要熟悉这台机器。第二个任务,就是想出破译密码的方法,让人很快能够看懂德军密码机所发送的密文,而难就难在了这里。因此,他们十分需要聪明的人和天才,阿兰.图灵会正面应对恩格玛机问题,仔细研究它的运作方式。
但当老破译者仍然用坐标纸和卷笔刀时,图灵清楚,通过人脑进行的大部分推理可以机械化,用机器来对付机器会怎么样?
珍.瓦伦丁是一名操作人员,操作在二战中诞生的其中一台奇怪的机器,50年后她重返布莱奇利庄园担任这里的向导。阿兰.图灵发明的这台机器叫做炸弹机,它能非常高效地排查恩格玛机的转子组合,炸弹机的转盘又叫做鼓,它们轮流连接面板背后的交换机,每个字母背后有四块拨片,字母在后边,而在每一片拨片上有19根接线,它们连接的是面板背后的交换机,英国大量生产炸弹机,炸弹机能够系统地排查恩格玛机所可能出现的亿万种组合。机器会时不时的停下,这时指示转盘上的指针就会指向字母,字母组合可能就是正解,然后将信息通过电话分机传出去,当时他们并不知道打给谁。
炸弹机是二战中完美保守的机密之一,有了它们,盟军时不时地破译密文,不是一两条,而是成千上万条。这下,英国得以截获大量情报,有进攻或撤退命令、作战报告、部队士气及物资情况、天气预报、海军或空军侦察报告、损坏报告、增援请求等。几乎所有信息均经过恩格玛机并被破译和翻译后送到盟军司令的桌子上。炸弹机不仅对改变战争进程至关重要,这也是机器首次踏入自古以来由人类智能主导的领域,在破译密码的时候,我们人类需要有很强的推理能力,现在有了这台机器来做人类破译者的工作,这台机器所执行的任务,如果人类做的话,需要有更强的推理能力。
1940年夏末,自从法国投降之后,英国便开始孤军奋战。9月,纳粹德国空军轰炸英国伦敦、考文垂、普利茅斯、伯明翰、利物浦,主要的大都市均成为系统轰炸的目标,平民伤亡惨重。多亏了第一台炸弹机,纳粹德国海军所使用的恩格玛被破解,英国皇家空军据此予以反击,命中率越来越高。
但战争突然发生了变化,既然不能入侵英国,希特勒决定让它弹尽粮绝。1940年6月,卡尔.邓尼茨,即纳粹德国海军潜艇部队总司令来到洛里昂,并决定在那里设置大型潜艇基地以及指挥中心,他的任务就是切断英国赖以生存的航线,从而无法获取石油、金属、木材以及食物。
就是这座美丽的海边别墅,他们在地下挖了一个燃料仓库网,而邓尼茨正是在这里指挥决定战局的大西洋海战,邓尼茨所使用的北大西洋地图被划为数个方格,每艘潜艇在一天之内用无线电报告位置,并接受下一步指示,这样,邓尼茨就能如同下棋一般部署U型潜艇,只要发现了船队,便会向指挥中心报告其位置,后者随即派出所有可用的潜艇发起群攻。1940年10月17日晚,U48潜艇发现了装载着金属及木材的35艘船,随之邓尼茨派出五艘潜艇同时进攻,一夜之内击沉20艘船。
这是“群狼战术”的首次大捷,以前潜艇都是孤军作战,所以他们最多只能击沉2到3艘船,但五艘一起能击沉20艘船。1940年末,被击沉的舰船达到数百艘,超过500万吨货物,沉入海底。群狼战术有一个弊端,它大量运用无线电,如果能破译U型潜艇所使用的密码,盟军将有可能扭转战争局面,问题是他们使用的恩格玛机有很多台,德军使用不同的系统进行沟通,西线的空军有一套系统,在苏联前线的步兵部队有一套,而在大西洋的潜艇部队又有一套,每一个系统均有各自的密钥以及操作守则。
有时候他们用的是有别于恩格玛机的机器,U型潜艇所用的机器在布莱奇利庄园被称为“海豚”,对破译者来说,它极难破译。在布莱奇利庄园,似乎每个人都认为恩格玛机无法破解,阿拉斯泰尔.丹尼斯顿,即布莱奇利庄园的总司令甚至说了以下的惊人言论:德军如果不想让你读懂密文,你永远也无法读懂。
但是图灵非常清楚,破译德国海军的密码是有多么的重要,同时这个难题对他来说有着特别的吸引力,因为他喜欢单兵作战,既然没有人对付德国海军的密码,他会想这个难题由我来解决。在庄园周围,他们开始建营房,用庄园的话来说,叫棚屋。图灵,搬到了8号棚屋,潜心破解海军的恩格玛密码,他日日夜夜独自一人研究着大量无法破解的密文。
他知道这一串串字母背后隐藏着的信息,他几乎触手可及,那些信息可挽救生命,也许能改变战局。时间一天天过去,所有尝试均一一失败,终于不平凡的一夜来临了,在这一夜,图灵有了几个想法,将破解密码的大门稍稍推开了一条缝。那一夜的准确日期没有记录,但是这是二战历史当中最重要的夜晚之一,那晚图灵可谓是好事成双,他掌握了德国海军恩格玛密文的新特征,正是它让密码难解。
同时,在那一夜里,他提出了名为“班伯里”的方法,可以破解德军日常的密文,如果我们对比任意两条字母条得出两个相同字母的几率,每个字母是1:26,与之相较,在德语里有些字母更常用,因此,这一几率大大提升为1:17。图灵,以此为基础发明了一种数学方法来并列对照两条密文,这样破解密码的几率大大提升。
德国海军的恩格玛不再看似无法破解,但要破解还需要一点点运气,1941年春,数艘德国潜艇被缴获,填补了图灵及其团队的信息空白。在六月的一场事故中,一艘受损的德国潜艇被迫出水,指挥官下令撤离潜艇,他和所有船员都跳入海里,但是出乎意料,这艘潜艇没有沉没,英军立即派出潜艇和船员登上潜艇,缴获了一台完好的恩格玛机以及文件,包括几个月内仍然有效的密码。
有些密码几周内仍有效,在这个新情报以及炸弹机的帮助下,8号棚屋均能每天成功破解德国海军的恩格玛密文,这样一来,大西洋里所有U型潜艇的每日位置均被盟军海军掌握在手中。这个情报能让盟军舰队躲过德国潜艇的监视,自第一条密文被破解后的23天里,德国潜艇均未发现盟军的舰队,战后有人计算,约30%的航运由于这次的密码破解而躲过了德国潜艇的攻击。
虽说大西洋海战并非因这一因素而改变战局,但在此次海战中,它仍是决定因素,布莱奇利庄园慢慢的从工作间演变为发展成熟的破译单位。数十栋建筑在匆忙中建成以容纳打字员、资料员以及翻译队伍,战争正式在此期间来到一个重要的转折点。
1941年末,美军参战,迅速让军队登陆欧洲两岸,他们遇上了一个新难题,登陆法国海岸有多种方案,不管哪个方案英国都是前线基地,美国需要向英国运送大量人员和物资,而此时,从战争之初就开始的物资运送也同时进行。但当美国军队在英国海岸集结时,布莱奇利庄园的破译者面临着一个新挑战,英国的破译人员对摩尔斯码的滴滴滴答声非常的熟悉,知道是恩格玛机。
而在1941年的一天,他们听到耳机里传来了陌生的声音。它与摩尔斯玛的声音完全不同,他以两种音调为基础,发出哔哔哔的声音,在传输时,这种声音非常密集,恩格玛机是绝对传统的密码机,在1900年就有可能制造出来。在二战之初,德国人开始制造更为现代,也更为成熟的密码机,包括由SEL标准电气公司制造的最为知名的密码机,英国人称之为图尼,在英语里是金枪鱼,他与海豚及鲨鱼不同,后两个是德国海军恩格玛机的别称,而图尼的基础并非摩尔斯码,而是电传打字机所用的数字编码。
虽然没见过这种密码机,但研究部的破译者很快就研究出这种神秘机器的逻辑结构,并很快制造出复制品,但跟恩格玛机一样,拥有这样的机器还不足以破译密码,到1942年末,图灵被招来急救,在短短的几周里,图灵找到了破解图尼密码的方法。他的方法几乎立即在苏联的前线发挥了关键性作用,1943年夏,德军在斯大林格勒失利之后,希特勒欲通过将部队及坦克通过运往苏联城市库尔斯克,来重夺主动权。
此次战役经过了精心的安排,这些安排及希特勒与其将领的谈话均通过图尼机进行,所以布莱奇利庄园窃听到了希特勒对其将领所说的话,也窃听到了苏联前线的德军将领对希特勒的答复,这样他们几乎对德军攻占库尔斯克的计划一清二楚。这些信息被迅速传至莫斯科,使苏联在历史上最大的坦克战中大获全胜,并开始他们朝柏林的胜利进军,但图尼密码的量不断增多,而图灵的方法依赖的是破译者的直觉,他们需要一台新的机器,但是此时炸弹机已属于过时技术,他们需要的是新技术。
此时图灵找来了一位名为汤米.弗劳斯的工程师,弗劳斯是一名电子学专家,电子学是新技术,以真空管为基础。这个时期的电器只有几个电子管,最多也就几十个,但弗劳斯要打造的是安装2000个电子管的机器,工程师们有这样一个认识,就是大量运用电子管,不太可行,用几十个还是可以的,但是要用到几千个,人们就会认为这很疯狂。
弗劳斯的机器太大了,因此他给机器命名为“巨人”,这个机器的性能让图灵欣喜若狂,他所梦想的机器智能突然间看起来不再是白日做梦,自1944年起,巨人自动破译了德军参谋部最高层军官的往来交流,盟军掌握了德军交流的核心后,便有条不紊的玩起了二战中最大的恶作剧,继著名的“坚韧行动”。
坚韧行动发生于诺曼底登陆之前,时间是1944年6月,它的目的就是让德军以为登陆地点不是诺曼底海滩,而是更往东的地方,它要做的就是让德军以为那里才是登陆地。这样我们就能监控和调整计划,因为我们能够破译德军高层的战略计划,对盟军起到了非常重要的作用。
接下来就是著名的登陆,被多次讲述拍成影片、摄影,并多次登上大银幕,1944年6月6日,阿兰图灵和其他人一样听到这则消息,登陆行动开始了。希特勒并没有全力迎战诺曼底海滩,他保留了力量,等待加莱海滩的登陆,这样,盟军指挥官知道在德军派出全部兵力与他们对抗时,他们有很短的喘息时间。
如果德军一开始便在诺曼底集结,情况也许就大不相同了,哈利辛斯里是布莱奇利庄园的老兵,后来成为密码方向的历史学家,他认为,破译行动大大缩短了二战的进程。他多次在出版物中提到,他认为超级项目将二战缩短了两年,我们要看到的是这个时间背后的意义,知道这个密码的破译十分重要,哈利辛斯利还进一步说,如果战争不是在1945年结束,其后果可能就是第一枚原子弹不是投在日本,而是在柏林。
1945年5月8日,欢呼的人们在整个欧洲庆祝盟军战胜纳粹德国。图灵与皇室一道接受群众的祝贺,并被尊为民族英雄,但在官方历史记载中,却完全没有他的踪影。布莱奇利庄园也庆祝了这场胜利,图灵、弗劳斯或其他人均没有因自己所做的贡献而获得表彰,保守军事秘密仍是最重要的事,因为当硝烟弥漫的废墟还未清理,冷战已经开始。
战争结束后,德军撤退,图尼密码机被留在欧洲各地,苏联人在进军柏林时缴获了多台图尼密码机,他们将这些密码机重设,在很多方面进行了改造,将其用来给自己的信息加密,所以图尼将德国引向失败,此时它只是换了语言,但是它仍在发挥作用。
1945年5月的一天,阿兰图灵的生命还有不到十年,他起草了计划,将可造出第一台现代计算机,前提是他在国家物理实验室的雇主能重视这个计划。1948年,
他提前几十年预见了人工智能和人工神经网络的发展
,但他的上司将之视为孩童写出的论文。1950年,他首先编写了少量计算机程序,其中就有第一个象棋程序,一些并无恶意的同事认为这简直是浪费时间,经过持续的练习,图灵还是高水平的马拉松选手,他以分毫之差错过了战后首届奥运会的选拔。
1954年6月8日,图灵被发现死于曼彻斯特家中的卧室里,他体内含有氢化物,床头柜上还有个没吃完的苹果,警方认定为自杀,这是一个传奇的开始,图灵的苹果和牛顿及白雪公主的苹果一起登上了苹果的名人堂,
著名的苹果标志据说便是对这位电脑的发明家暗暗致敬
。
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