昨天,我们一起了解了二战时期纳粹德国发明的变态密码机——恩格玛的操作原理,并且强推了《模仿游戏》这部电影和主演卷福。
上集回顾:
今天,我们就来看看卷福扮演的图灵,是如何攻破恩格玛机的。然后,继续强推这部电影😜😜😜

说起恩格玛机的破解,最初发力的并不是英国,而是波兰。
上集里提到过,破解恩格玛机的关键之处在于:
Part 1 : 机器的基本原理,机器的构成和每个部件的作用。
Part 2 : 德军的说明书,每日转子和插线板的具体设置。
不得不说,波兰的情报部门确实厉害,他们在1926年就搞定了Part1,并且做了两台恩格玛机的复制品。从此开启了艰苦的破解之路。
我们知道,恩格玛机难以破解的三大原因在于:
1、三个转子能够让密码表不停更新。
2、变态的插线板将密钥设置的组合数量提高到了1000亿倍。
3、德军操作员在每封密电的开头,都要将三个随机想出来的字母重复输入两遍,作为密电的新密钥,导致盟军即使截获说明书,也只能破译电头的六个字母,而无法破译电文的真正内容。(此处看不懂的童鞋请回顾第一集)
所以,波兰人手握两台恩格玛机,却不知如何是好。这时候一个牛X的数学家,粗线了

马里安 · 雷耶夫斯基
Marian Rejewski
雷耶夫斯基发现,既然密电的电头,是两组重复的三个字母,比如:
名语:D F V D F V
暗语:U I P K O Y
那么,U和K同为字母D加密,I和O同为字母F加密,P和Y同为字母V加密……
从每封电报的开头,都可以得出三个简单的字母对应关系:
U=K、I=O、P=Y
而一个月当中,有成千上万封密电被盟军监听截获。
通过分析这些海量的信息,雷耶夫斯基归纳出了一个完整的字母对应关系表。从中可以推导出,德军说明书中转子的初始设置,并且完美避开变态插线板造成的1000亿种密钥。

具体的推导过程,涉及复杂的数学运算,由于篇幅有限,在此就不做详解了。
总之,雷耶夫斯基花了一年的时间,又归纳出了一个“ 转子设置字典 ”。根据密电开头6个字母的对应关系,到字典里去检索,就能找到正确的转子设置。
完成转子的初始设置后,我们就可以开始解密了。但得出的信息,会非常破碎。因为,插线板把6对字母对调了嘛。但这时候的工作就不是解密了,而是修改病句,对于奋战在密战一线的专家们而言,so easy 啦~
这么看来,波兰人不就相当于破解了恩格玛机吗?那还有英国人和图灵什么事啊?童鞋们千万不要低估德国人的变态程度。
1938年之后,德国人又对恩格玛机,做了一系列改进措施。
恩格玛 2.0
转子的数量由3个增加到5个。
恩格玛 3.0
插线板上字母互换的最大数量从6对增加到10对。
恩格玛 4.0
每日转子的初始位置,让操作员自行决定,不再统一规定。
恩格码5.0
电头处三个随机字母的新密钥,无需重复输入两次……
结果就是,波兰人无法从每条密电的前6个字母,推导出正确的字母对应关系,“ 转子设置字典 ”成了一堆废纸。
So,雷耶夫斯基破解大法告终。并且,他们也没机会再继续研究新的破解大法了。

在德国人打进来的前一天,波兰果断把两台恩格玛机和雷耶夫斯基破解大法,交给了英国。
Well, British 终于上场了。图灵来到了密码破译中心-布莱奇利庄园-一同被召唤的还有考古学家、语言学家、象棋冠军,甚至还有纵横字谜玩家,而数学家只有两名。
看到这样的人才队伍,波兰人估计内心是崩溃的。费那么大劲,都没能让英国政府看明白,密码的本质不是文学问题,而是数学问题。
好在英国人有图灵……图灵很清楚,雷耶夫斯基破解大法之所以有效,只是因为他们抓住了德军的操作漏洞。一旦漏洞堵上,再无计可施。因此,破解恩格玛机需要创造更加暴力的手段。比如……制造一台更加强大的机器,碾压它!

图灵说服了密码中心的指挥官,并得到了丘吉尔的支持,拿到了经费,终于制造出了恩格玛机的天敌:炸弹机 (the Bombe)。

电影里的Christophe比实物稍大一些,但样子基本没差。
炸弹机的本质,其实也是转子设置字典,但人家是电子版的!可以自动检索!
操作员把密电的内容,输入炸弹机,取代人脑进行字母配对,这项海量的工作查找。所有密钥的组合,即恩格玛机转子的设置,遇到可能正确的配对,它就会停下来。
和恩格玛机一样,炸弹机上也有很多的转盘,图灵称之为“鼓”,每个鼓上也有26个字母的刻度。

1个鼓 = 1个恩格玛机的转子
1台恩格玛机有3个转子
3个鼓 = 1台恩格玛机
从图中可以看出,炸弹机就是3个鼓为一组进行运转的。一台常规的炸弹机有36组鼓,也就是36台恩格玛机。
你恩格玛机不是转子多,密钥也多吗?我的鼓是你的3倍多。

转的也比你快

就简单粗暴地
检索你所有的密钥组合
还能搞不定你吗?
果!然!
没有搞定
……

炸弹机转了几个月,完全没有要停下来的迹象。这个结果比最初的人工运算还糟糕,图灵花了巨款,熬的头发都白了,但破译工作又回到了起点,指挥官发飙了!

图灵团队承诺,在一个月内让政府看到成效,否则,就继续用人工暴力破解法!

炸弹机之所以不起作用,归根结底是因为运算量太大。要提高工作效率,要么对机器做改进,提高运算速度,要么缩小检索范围,提高命中率。
就机器本身而言,炸弹机已经是那个时代人工智能的极限了。So……

只能人工排查了。这就需要图灵在截获的密电中,破译一个单词or一句话,怎么破译?靠 猜 咯〜〜
别害怕,虽然德国人很变态,但却特别死板。他们的习惯一经形成,非常难改,即使在加密时也是如此。比如

cilly
(德语,疑似某个人名)
再比如

wetter
(德语,天气)
再比如

Heil Hitler
(德语,希特勒万岁)
由此,可以推算出这些单词的字母,即明语字母和暗语字母的对应关系。帮助炸弹机排除了很大一部分
无效的字母配对,人为缩小了炸弹机的检索范围。
很快,他们得出了结果,找到了恩格玛机的转子的设置。破译了成千上百条电文,最有价值的,莫过于海军的布防情报。他们几乎确定了大西洋里,所有德国U型潜艇的位置。

这些情报,帮助盟军的战舰避开了德军的攻击,挽救了大量航运物资和将士的生命。
在所有密码专家中,图灵是第一个运用机械运算的人。

图灵的真相
他的伟大之处,不仅仅在于改变了二战的进程,而且首次将人类引入了人工智能领域。他设计的著名的
图灵机模型,为现代计算机的逻辑工作方式,奠定了基础。
然鹅,这样一个帮助人类赢得正义的伟大的科学家,在此后的人生中,并没有得到应有的赞誉和尊重。
41岁时,图灵用一颗浸泡了氰化物的毒苹果,孤绝地结束了生命。

这是电影的删节部分,正片里只用几行字幕一笔带过了图灵之死
图灵自杀的原因很简单,身为同性恋者,被社会不容,被政府迫害。当时的法律,给了他两个选择:坐牢 or 药物治疗。
在那个时代,人们真心认为,同性恋是一种病,是需要医治的。而所谓的药物治疗,就是往体内注射大量雌性激素,剥夺一个人的男性功能,简称“化学阉割”。
图灵生命的每一秒钟,都用在人工智能的研究上,他不能坐牢。

但是药物引起的身体变化,让他无法承受,同时也摧毁了他的精神状态。出于保密原因,他在布莱奇利庄园的一切贡献,只留下一个空白的档案袋。英国人不知道,受到他们排斥和伤害的人,正是拯救他们走出战争的英雄。而知晓这一切的官员,为了遵守保密守则,决定袖手旁观,任由图灵被迫害。
也许是觉得累了,图灵和无数绝望中的人一样,用死亡作为解脱,留下了“机器能够思考吗?”这个伟大的问题,激励着一代代科学家,踏上漫漫求索之路。

昏黄的灯光里,图灵最后一次凝望他的Christophe。

那瞬间,仿佛回到小时候。翻开他最爱的童话故事《白雪公主》,伸手拾起一颗毒苹果,向自己辉煌、倔强又破碎的人生致敬!
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