Слабость Алана в области гуманитарных наук негативно сказалась на его результатах на выпускных экзаменах. В результате он не смог поступить в Тринити-колледж, который был его мечтой, и был вынужден выбирать Королевский колледж Кембриджа вместо него.
Как работала шифровальная машина Энигма и используется ли она сегодня?
Шифровальная машина Энигма была разработана немецким инженером Артуром Шербиусом в 1918 году и стала первой в мире машиной для шифрования секретных сообщений. Это устройство широко применялось в милитаристике, чтобы солдаты и командиры могли обмениваться конфиденциальной информацией. Энигма использовала 159 квинтиллионов различных комбинаций для шифрования сообщений, что делало невозможным расшифровку перехваченных сообщений противником. Особенно активно данная шифровальная машина использовалась в нацистской Германии в период Второй мировой войны. По некоторым оценкам, в мире было произведено от 40 до 100 тысяч аппаратов Энигма. Благодаря усилиям математиков и инженеров, подобранным устройствам удалось расшифровать сообщения, что предотвратило множество трагедий. В этой статье мы подробнее рассмотрим, как функционировала Энигма, какие устройства использовались для её расшифровки и актуальны ли подобные машины в наше время.
«Энигма» с немецкого языка переводится как «загадка».
Первые методы шифрования сообщений
В древности для сокрытия секретной информации применялась обычная письменность. Так как грамотных людей было крайне мало, более образованные люди просто письменно сообщали информацию, убеждая себя, что большинство не сможет ее прочитать. Со временем, по мере роста грамотности населения, возникла необходимость в более сложных системах шифрования. Сначала военные и чиновники использовали простые методы, которые заключались в замене букв на другие символы. Одним из таких ранних методов был шифр Цезаря, который стал популярным около 100 года до нашей эры. Суть его заключалась в том, что каждая буква исходного текста заменялась на другую букву, которая находилась на определённое количество позиций дальше в алфавите.
Пример шифра Цезаря, где буквы двигаются на три места в алфавите.
С начала XX века начали появляться и механические устройства для автоматической замены одних символов на другие, наиболее известным из которых стало устройство Энигма.
Аппарат Энигма, использовавшийся для шифрования секретных сообщений.
Небританское происхождение и проблемы с учебой
Детская игрушка Алана Тьюринга, сохранившаяся до нашего времени и выставленная в Блетчли-парке, где он возглавлял процесс взлома немецких шифров.
Алан Тьюринг, родившийся в 1912 году, был сыном представителя шотландской аристократии и матери, происходящей из ирландско-английской семьи. Таким образом, его сложно считать чистокровным англичанином. Его детство, тем не менее, проходило в традициях британского высшего общества: учился он в частной школе в Шерборне. Однако гуманитарные дисциплины были ему совершенно не интересны, что привело к тому, что директор школы даже писал письма его родителям с утверждением о том, что учеба в этой школе не оправдывает себя. В результате он не смог набрать нужное количество баллов на выпускных экзаменах и вместо поступления в престижный Тринити-колледж оказался в Королевском колледже Кембриджа.
Во время учёбы в школе он завёл знакомство с Кристофером Моркомом, с которым у него произошла первая в жизни гомосексуальная связь. Позже, когда Морк скончался от туберкулеза, это стало для Алана сильной личной утратой.
Машина Тьюринга: как алгоритм стал основой компьютерной эры
На протяжении многих десятилетий, как в наше время, так и в 1936 году, вопрос о том, как зарождается сознание и разум, оставался открытым. Тем не менее, необходимость в сложных вычислительных процессах уже ощущалась, и для их осуществления нужно было теоретически определить, каким критериям должны соответствовать вычислительные машины.
Для этой цели Тьюринг подробно изучил работу гипотетической вычислительной машины с бесконечным объёмом памяти. Он сформулировал четкую систему исполнения действий: такая машина могла функционировать только выполняя последовательные элементарные операции, записывая новый символ в одну из ячеек хранения данных. Следующим шагом она перемещалась к соседней ячейке, где производила ещё одну элементарную операцию. При этом у машины не было свободы воли; вычисления осуществлялись в строгом соответствии с заданным алгоритмом, представляющим собой последовательность элементарных шагов, предписанных математически оформленными инструкциями. Каждому входному значению соответствовал только один выходной результат. Итогом стали выводы о том, что один и тот же алгоритм — в значительной мере благодаря вкладу Тьюринга в формализацию этого понятия — всегда генерирует одинаковый, формализованный ответ для одной и той же задачи.
Внедрение идеи о вычислительной машине, выполняющей сложные операции через элементарные действия, открыло путь к преобразованию сложных вычислений в упрощенные операции, что дало новую надежду на создание мощных вычислительных механизмов.
Слив, не превратившийся во взлом
Хотя Энигма была одобрена высшими военными чинами Германии за свою эффективность и надёжность, секретность шифрованных сообщений была под угрозой уже довольно быстро. В этом случае речь идёт о Гансе-Тило Шмидте, более известном как агент Аше, который с 1931 года работал в шифровальном бюро министерства обороны Германии и был шпионом французской разведки. Шмидт передавал французам устаревшие коды, которые ему предписывалось уничтожить, а также слил инструкции по эксплуатации военной версии шифровальной машины.
Французская разведка отнеслась к информации, предоставленной агентом Аше, достаточно сдержанно. Хотя наличие своего информатора в стане врага было полезным, Энигма считалась настолько надёжной машиной, что во Франции не предпринимались попытки её взлома. Однако в Польше, которая получила данные от французов, оказались криптографы, в состоянии разобраться в шифре.
Польский Тьюринг
Мариан Реевский, 27-летний математик, окончивший секретные курсы криптографии, смог успешно взломать эту надёжную машину. Хотя он работал в польском Бюро шифрования не в одиночку, ему доверили расшифровку Enigma I. Реевский незамедлительно начал исследовать уязвимости ключей сообщений, выбирая первые шесть букв из ежедневных шифрограмм и создавая таблицы соответствий.
Сначала он обнаружил 4 повторяющиеся последовательности букв в шифрах. Затем, основываясь на информации о наличии только трех роторов у Энигмы и начальной настройки, состоящей из трёх латинских букв, Реевский вычислил возможное количество кодовых комбинаций. Оно оказалось значительно ниже, чем ожидалось: 3!263 по сравнению с 26!. Это открыло возможность в течение года создать полный каталог всех цепочек.
Благодаря усилиям Реевского стало очевидно, что общее количество кодовых цепочек оказалось в 3 824 262 831 196 002 461 538 раз меньше, чем считалось раньше.
Понимая, что их шифры могут быть расшифрованы, немецкие криптографы начали гораздо чаще изменять конфигурацию роторов машины. Осенью 1938 года они изменили принцип шифрования, что сделало прежние методы распознавания шифров невозможными. Однако Реевский с коллегами разобрался с этой уловкой, которая заключалась в так называемом удвоении ключа — криптографической ошибке.
Через считанные месяцы поляки разработали устройство, известное как Бомба Реевского, получившее своё название либо за характерный звук, возникающий при его работе, либо в честь круглых пирожных, которые очень любил Мариан. Устройство производило поиск по шаблону, учитывая, что парам первой и четвёртой, второй и пятой, третьей и шестой букв шифрованного текста соответствуют одинаковые буквы в нешифрованном тексте.
Работы Мариана Реевского стали основополагающими для успеха Алана Тьюринга. Однако нельзя сказать, что британец лишь присвоил себе чужие заслуги. Действительно, в 1939 году, когда войска Третьего Рейха вторглись в Польшу, поляки передали свои находки и достижения агентам британских разведывательных служб, но методика Реевского на тот момент оказалась уже бесполезной для работы с Энигмой.
Enigma стала практически идеальной
Несмотря на все выявленные недостатки Энигмы, взлом её кода оказалось практически невозможным. Не хватало времени и ресурсов для анализа всех возможных комбинаций. Причина заключалась в том, что каждое сообщение, вводимое в машину Энигма, шифровалось по-разному каждый раз.
Таким образом, даже если удавалось угадать одно ключевое слово, дающее подсказку, для взлома кода требовалось сократить вероятности до 158 962 555 217 826 360 000 к 1 – это точное число способов настроек машин Энигма.
Кроме того, каждую ночь необходимо было взламывать новый код, чтобы учесть изменения настроек, проводимые немцами в полночь.
Команда Тьюринга пошла от обратного
Вместо того чтобы ломать голову над поиском ключа, команда Тьюринга использовала логическое отклонение возможностей, исключая не соответствующие варианты. Как сказал Артур Конан Дойл: «Когда вы исключили невозможное, всё, что остаётся, каким бы невероятным оно ни было, должно быть правдой».
Этот метод, хотя и продемонстрировал свою эффективность, всё же оставлял множество возможных правильных ответов для настроек немецкой машины. Поэтому необходимо было проводить дополнительные работы, чтобы сузить эти варианты до единственно правильного.
Процесс повторялся с использованием проверочной машины до тех пор, пока не был найден правильный ответ.
Это давало некоторую часть ключа, но не полный. После этого следовало применить накопленные знания для выявления оставшейся части ключа.
Когда код был расшифрован, команда Тьюринга устанавливала машину Энигма с правильным ключом на день и расшифровывала каждое сообщение, перехваченное за этот день.
Любовь и предательство
Всё разрушилось в 1952 году. Можно, конечно, говорить, что в этом culpable британское общество, которое в то время осуждало гомосексуализм и карало за него по закону, но нельзя забывать и тот факт, что сам Тьюринг был в курсе рисков, с которыми он сталкивается.
В январе 1952 года 39-летний ученый познакомился на улице Манчестера с 19-летним рабочим Арнольдом Мюрреем. Тьюрингу понравился молодой человек, и он пригласил его на обед, предложив затем продолжить общение у себя дома. Мюррей согласился, но не пришёл. Впрочем, Тьюринг был настойчив: несколько раз он встречал Мюррея и наконец уговорил его провести с ним ночь.
Они стали любовниками на какое-то время, но вскоре квартира Тьюринга была ограблена, причём, как выяснилось позже, грабеж был организован друзьями Мюррея по его наущению.
Воры, вероятно, полагали, что Тьюринг не обратится в полицию, чтобы скрыть свою тайну. Но учёный всё же вызвал правоохранительные органы. Очень быстро стало известно об отношениях Мюррея и Тьюринга, и математик не стал скрывать факта, что спал с этим мужчиной.
В разные времена в Англии за гомосексуализм можно было получить смертный приговор или пожизненное заключение. В начале 1950-х закон удачно смягчился, но открытое признание в гомосексуальных отношениях строго наказывалось в соответствии с так называемой поправкой Лабушера, которая предусматривала наказание за любые сексуальные действия между двумя мужчинами.
Процесс, продолжавшийся несколько месяцев, завершился предсказуемым обвинительным вердиктом. Тьюрингу был предложен выбор: тюрьма или химическая кастрация.
Он выбрал второе, и на протяжении года инъекций превратился в человека, лишённого интереса к мужчинам и женщинам.
Но эта потеря оказалась ничем по сравнению с утратой работы. Военные перестали доверять ему, опасаясь, что советская разведка поймает его в свои сети. В научном сообществе также стали игнорировать гения математики.
Кумир Джобса и гей-сообщества
Тьюринг проводил время за играми в настольные игры. После утраты всего ему больше не хотелось жить.
Известно, что Алан Тьюринг умер от отравления цианидом, однако как именно это произошло, остается неясным. Мать учёного верила, что её сын стал жертвой несчастного случая, поскольку в последнее время он увлёкся химическими экспериментами. Тем не менее, поклонники Тьюринга полагают, что он был убит. Дело усугубляется тем, что яблоко, найденное у его тела, никем не было проверено на наличие цианида.
Среди поклонников таланта Алана Тьюринга находился ещё один гений XX века — Стив Джобс. Некоторые считают, что надкушенное яблоко на логотипе Apple не случайно. Это утверждение подразумевает дань уважения Джобса к тому человеку, благодаря чьим работам был успешно достигнут успех Apple.
В начале XXI века в Великобритании прошла реабилитация Алана Тьюринга. В 2009 году премьер-министр страны Гордон Браун выразил сожаление по поводу преследования учёного, а через четыре года королева Великобритании Елизавета II официально помиловала Тьюринга за обвинения в непристойности.
Данный поворот событий позволил Тьюрингу стать символом борьбы за права ЛГБТ-сообщества, в то время как его заслуги в науке оказались на втором плане.
В память о Тьюринге проводятся крупные акции и гей-парады, и на сегодняшний день обсуждение его сексуальной ориентации вызывает больше интереса, чем его научные достижения — таково современное общество.
