“謎”與“如謎的解謎者” （十八）

花卷

全面合作

其實(shí)，早在加入戰(zhàn)爭(zhēng)之前，美國(guó)人就已經(jīng)對(duì)Enigma 的破譯感興趣了，他們也聽(tīng)說(shuō)英國(guó)在這方面很有兩把刷子，于是打算派人來(lái)英國(guó)取取經(jīng)。當(dāng)然了，兩手空空總歸不好，美國(guó)人還帶了一份“見(jiàn)面禮”—— 一臺(tái)復(fù)刻版的日本“紫密”密碼機(jī)?！白厦堋比Q叫“九七式歐文印字機(jī)”，是日本外務(wù)?。ㄍ饨徊浚┎捎玫囊环N密碼機(jī)，這玩意兒的設(shè)計(jì)也很有趣，這里先賣個(gè)關(guān)子，留到今后有機(jī)會(huì)再說(shuō)咯?？傊?，美國(guó)人這個(gè)見(jiàn)面禮還是很有誠(chéng)意的——我給你分享破譯日本密碼機(jī)的進(jìn)展，你們也跟我分享一下德國(guó)密碼機(jī)的情報(bào)唄？不過(guò)，當(dāng)時(shí)美國(guó)還沒(méi)“入伙”，英國(guó)人還是不敢啥都告訴他們，萬(wàn)一他們一轉(zhuǎn)臉泄露給德國(guó)人了呢？于是英國(guó)人只給了美國(guó)人一些有限的資料，就把他們給打發(fā)回去了。

隨著美國(guó)向德國(guó)宣戰(zhàn)，英國(guó)和美國(guó)這回真的上了同一條船。1942年4月，英國(guó)派布萊切利的密碼學(xué)家約翰·蒂爾特曼（JohnTiltman）上校去美國(guó)出差。蒂爾特曼去美國(guó)就是為了談密碼破譯的合作，于是他來(lái)到了位于華盛頓的美國(guó)海軍密碼破譯部門，這個(gè)部門的代號(hào)叫作“OP-20-G（海軍通訊20處G組）”。OP-20-G是個(gè)很年輕的部門，成立才兩年，負(fù)責(zé)人勞倫斯·薩福德（LauranceSafford）也只是個(gè)中尉軍銜，怎么看都有點(diǎn)太低配了。即便如此，雙方這次應(yīng)該還是談得很愉快，蒂爾特曼發(fā)現(xiàn)美國(guó)對(duì)破譯德國(guó)潛艇的密電很感興趣，而英國(guó)呢，雖然有技術(shù)，但是打了幾年仗消耗太大，財(cái)力物力都捉襟見(jiàn)肘了，于是來(lái)一句官話就是：雙方就密碼破譯領(lǐng)域繼續(xù)深化合作達(dá)成了共識(shí)。

1942年7月，美國(guó)派人到布萊切利莊園學(xué)習(xí)調(diào)研，這回英國(guó)人拿出了幾乎全部關(guān)鍵資料，里面有炸彈機(jī)的設(shè)計(jì)圖——包括最新的4個(gè)轉(zhuǎn)輪的高速型號(hào)——全都讓美國(guó)人帶回去了。美國(guó)人回家一合計(jì)，這玩意兒看起來(lái)很厲害，咱們必須造起來(lái)啊，他們英國(guó)人沒(méi)錢，我們有??！1942年9月，美國(guó)海軍跟上面申請(qǐng)了一筆200萬(wàn)美元的預(yù)算用來(lái)造炸彈機(jī)，轉(zhuǎn)天就批下來(lái)了。家里有礦就是好，英國(guó)人表示羨慕嫉妒恨——要知道當(dāng)年研制炸彈機(jī)的時(shí)候，特拉維斯好不容易才申請(qǐng)到10萬(wàn)英鎊的預(yù)算呢。

1942年10月，布萊切利莊園的總指揮官特拉維斯親自去了一趟華盛頓，英美雙方搞了一次比較高級(jí)別的會(huì)晤，還簽了一攬子協(xié)議，反正大致意思就是說(shuō)，雙方在密碼破譯領(lǐng)域要開(kāi)展“全面的合作”。這件事兒意義還是非常重大的，全面合作嘛，意味著雙方都要毫無(wú)保留了?？墒?，這樣的合作對(duì)英國(guó)來(lái)說(shuō)有什么好處呢？答案很簡(jiǎn)單，還是因?yàn)槊绹?guó)人有錢。為了對(duì)付德國(guó)潛艇部隊(duì)新升級(jí)的4轉(zhuǎn)輪密碼機(jī)，英國(guó)人研發(fā)了新型高速炸彈機(jī)。無(wú)奈自己財(cái)力有限，無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)，如果美國(guó)能幫他們制造更多的高速炸彈機(jī)，英國(guó)自然也可以共享這些資源，就用不著花錢自己造了。根據(jù)協(xié)議，英國(guó)向美國(guó)提供技術(shù)支持，美國(guó)則要負(fù)責(zé)制造至少100臺(tái)炸彈機(jī)，然后由英國(guó)負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)配這些機(jī)器的使用，并且雙方完全共享破譯成果——這么看的話，英國(guó)可真的不虧。

雖然有了圖紙，也有了錢，但是技術(shù)這個(gè)東西也不是這么好學(xué)的，美國(guó)人在實(shí)際制造炸彈機(jī)的時(shí)候也遇到了一些困難，他們趕緊找到英國(guó)人，說(shuō)你們還是給我們派點(diǎn)大牛來(lái)幫幫忙吧。英國(guó)人一想，這個(gè)忙不幫的話，美國(guó)人造不出來(lái)，我們也用不上啊。于是，1942年11月，英國(guó)人派出了一個(gè)專家團(tuán)漂洋過(guò)海開(kāi)赴華盛頓，其中就包括炸彈機(jī)的設(shè)計(jì)者艾倫·圖靈。

美國(guó)海軍當(dāng)年生產(chǎn)的最后一臺(tái)炸彈機(jī)，目前展出于美國(guó)國(guó)家密碼學(xué)博物館

圖靈出使

英國(guó)的炸彈機(jī)算是圖靈親手設(shè)計(jì)的，可以說(shuō)沒(méi)人比他更了解炸彈機(jī)，以及炸彈機(jī)背后的數(shù)學(xué)邏輯和原理了。有了圖靈大神的加持，美國(guó)人不愁解決不了困難了。然而，圖靈到了美國(guó)，還沒(méi)入境就給攔下來(lái)了，還差點(diǎn)被遣送回國(guó)，理由是他攜帶了除了外交郵包之外的其他文件——要知道，打仗的時(shí)候，對(duì)邊境的管理是很嚴(yán)格的，誰(shuí)知道你是不是間諜呢？圖靈一聲嘆息，我可是你們請(qǐng)來(lái)的專家啊，我?guī)У奈募€不是為了幫你們做事嘛，但是他又不能詳細(xì)解釋，畢竟他干的還是絕密工作。好在經(jīng)過(guò)交涉，邊境審查員最終把他給放過(guò)去了，總算是沒(méi)耽誤了大事。

圖靈在美國(guó)都做了些什么呢？12月21日，圖靈去了負(fù)責(zé)制造炸彈機(jī)的NCR公司視察工作。NCR全稱叫“國(guó)家現(xiàn)金出納機(jī)公司（NationalCashRegister）”，看名字貌似主業(yè)是造收銀機(jī)的。圖靈這趟視察到底解決了什么技術(shù)問(wèn)題似乎已經(jīng)很難查證了，但有一點(diǎn)可以肯定的是，美國(guó)人真的不差錢——當(dāng)初英國(guó)在造炸彈機(jī)的時(shí)候?yàn)榱私档统杀咀龀隽艘恍┕に嚿系耐讌f(xié)，而到了美國(guó)這邊，人家完全可以無(wú)視這些問(wèn)題。一開(kāi)始NCR接到的訂單是要造336臺(tái)炸彈機(jī)，因?yàn)樗麄兊脑O(shè)想是讓每一臺(tái)炸彈機(jī)對(duì)應(yīng)8x7x6=336（8個(gè)轉(zhuǎn)輪里面選3個(gè)）種轉(zhuǎn)輪排列方式中的一種。但是圖靈給他們支了個(gè)招，只要使用一些小技巧，利用電文指標(biāo)組中的一些弱點(diǎn)，只需要96臺(tái)就夠了。圖靈在后來(lái)的文章中回憶道：居然沒(méi)人跟他們講過(guò)炸彈機(jī)的運(yùn)用技巧，這簡(jiǎn)直不可思議。

除了為NCR在炸彈機(jī)的制造上提供指導(dǎo)之外，其實(shí)圖靈這趟來(lái)美國(guó)還有另外一個(gè)重要的任務(wù)，那就是和著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室一起研發(fā)一種語(yǔ)音加密系統(tǒng)。這件事兒說(shuō)起來(lái)也和炸彈機(jī)有點(diǎn)關(guān)系，我們前面說(shuō)過(guò)，英美兩國(guó)的計(jì)劃是“全面合作”，包括共享所有的炸彈機(jī)等資源，但要實(shí)現(xiàn)這個(gè)的前提是，你英國(guó)和美國(guó)得有辦法方便并且安全地通信??！別忘了，那時(shí)候可沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)，而英國(guó)和美國(guó)之間也沒(méi)有電話線路（只有海底電報(bào)線路），要打電話都是通過(guò)無(wú)線電的。如果是無(wú)線電報(bào)的話，我們還可以用各種方法來(lái)加密，但是無(wú)線電話傳輸?shù)氖悄M語(yǔ)音信號(hào)，這東西怎么加密還沒(méi)人研究過(guò)——換句話說(shuō)，你要想竊聽(tīng)無(wú)線電話，那簡(jiǎn)直是太容易了，毫無(wú)秘密可言。

貝爾實(shí)驗(yàn)室其實(shí)在這方面有了很多研究和進(jìn)展，圖靈在貝爾實(shí)驗(yàn)室泡了兩個(gè)月，就把他們的理論和技術(shù)都吃透了——簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這套系統(tǒng)就是要把聲音用數(shù)字編碼，然后再通過(guò)疊加密鑰的方式來(lái)進(jìn)行加密——當(dāng)然，實(shí)際做起來(lái)還是有很多問(wèn)題要解決，比如說(shuō)編碼再解碼之后聲音還能不能聽(tīng)清楚之類的。在貝爾實(shí)驗(yàn)室的這段時(shí)間，圖靈在和美國(guó)同事合作進(jìn)行科研攻關(guān)的同時(shí)，還完成了一篇論文，題目叫《關(guān)于基于時(shí)間片段擾亂技術(shù)的語(yǔ)音加密系統(tǒng)》——你看，學(xué)霸的效率就是高。除此之外，他還結(jié)識(shí)了一位朋友，據(jù)說(shuō)相談甚歡，這個(gè)人就是克勞德·香農(nóng)（ClaudeElwoodShannon）。香農(nóng)是一位數(shù)學(xué)家和電子工程師，同時(shí)也是一位密碼學(xué)家，他在數(shù)年后發(fā)表的一篇論文奠定了信息論的基礎(chǔ)，為后來(lái)的現(xiàn)代密碼學(xué)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

可惜，這次出差時(shí)間有限，圖靈于1943年3月就收工回國(guó)了。有了圖靈等人的支持，美國(guó)海軍終于在1943年5月順利部署了第一批炸彈機(jī)，其中最早的兩臺(tái)被命名為“亞當(dāng)”和“夏娃”。美國(guó)海軍的炸彈機(jī)雖然原理上和英國(guó)的一樣，但是因?yàn)椴挥眉m結(jié)成本，所以使用了很多先進(jìn)的設(shè)計(jì)和技術(shù)，其轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘1725轉(zhuǎn)，是英國(guó)早期型號(hào)的34倍，按照3個(gè)轉(zhuǎn)輪的配置，跑遍所有可能的位置組合只需要50秒，連一分鐘都不到！即便是對(duì)于最新的4個(gè)轉(zhuǎn)輪配置，跑遍所有可能的位置組合也只需要20分鐘就夠了，簡(jiǎn)直可以算得上是光速了！

1943年的下半年，美國(guó)幾乎保持著每周兩臺(tái)的生產(chǎn)速度，到1944年9月為止總共制造了121臺(tái)炸彈機(jī)。按照之前的協(xié)議，這些炸彈機(jī)都要和英國(guó)共享統(tǒng)籌使用，而英國(guó)和美國(guó)則主要通過(guò)加密電報(bào)來(lái)交換猜詞、密鑰等相關(guān)的信息。美國(guó)的加入為盟軍破譯來(lái)自Enigma密碼機(jī)的情報(bào)提供了有力的支持，也為盟軍在“二戰(zhàn)”中取得最終的勝利做出了重要的貢獻(xiàn)。

幕后英雄

自1943年起，“二戰(zhàn)”的局勢(shì)開(kāi)始發(fā)生逆轉(zhuǎn)，日本在太平洋戰(zhàn)場(chǎng)上吃了幾次敗仗，德國(guó)打蘇聯(lián)費(fèi)了半天勁也沒(méi)打下來(lái)，意大利則是首當(dāng)其沖被盟軍給打趴下了。至于后面的事，大家講起來(lái)可能比我還清楚，反正結(jié)局就是盟軍取得了勝利，然后就是大佬們?cè)谝黄痖_(kāi)會(huì)瓜分勝利果實(shí)重建世界秩序這些歷史考試每次都要考的劇情了，在這里就不多說(shuō)了。

在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中，布萊切利莊園為盟軍破譯了無(wú)數(shù)寶貴的情報(bào)，但是除了一些軍方高層領(lǐng)導(dǎo)之外，幾乎沒(méi)有其他人知道他們?cè)谧鲂┦裁础@也很容易理解，畢竟他們?cè)谧龅氖亲罡弑Ｃ芗?jí)別的“絕密”工作。在破譯工作最繁忙的1945年1月，布萊切利莊園再加上周邊的炸彈機(jī)外圍站點(diǎn)，總共有超過(guò)1萬(wàn)人在從事這項(xiàng)絕密的工作，但他們每個(gè)人都簽訂了最嚴(yán)格的保密協(xié)議，連家人都不知道他們?cè)谧鍪裁垂ぷ?，而且他們?cè)诠ぷ鞯臅r(shí)候也不允許和其他組的同事談?wù)撟约旱墓ぷ鲀?nèi)容，畢竟在布萊切利莊園可是潛伏著貨真價(jià)實(shí)的間諜。

即便是戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束了，整個(gè)英國(guó)都在慶祝勝利，但布萊切利莊園卻依然守護(hù)著它的秘密，包括圖靈在內(nèi)的這些人依然是幕后英雄，別人知道他們的名字，卻不知道他們做過(guò)什么。直到20世紀(jì)70年代之后，這些歷史才逐步解禁。戰(zhàn)后，圖靈主要從事機(jī)器計(jì)算方面的研究，他提出的“圖靈機(jī)”模型奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯基礎(chǔ)。他還提出了一個(gè)著名的“圖靈測(cè)試”，這個(gè)應(yīng)該知道的人更多，圖靈設(shè)計(jì)了這種測(cè)試方法來(lái)回答“機(jī)器會(huì)思考嗎”這個(gè)問(wèn)題，到現(xiàn)在依然是人工智能領(lǐng)域的重要研究課題和目標(biāo)。

遺憾的是，圖靈這樣的天才，命運(yùn)卻對(duì)他不公。1952年，圖靈因?yàn)橥詰俦痪齑?，并因此受到了英?guó)法庭的審判。根據(jù)審判結(jié)果，圖靈要么坐牢，要么被注射雌性激素，他選擇了后者。這種刑罰十分殘酷，圖靈為此受盡了折磨。1954年6月7日，圖靈被發(fā)現(xiàn)死在自己家里，享年41歲，死因是吃了泡過(guò)氰化物的蘋果，警方調(diào)查的結(jié)果是圖靈死于自殺。

在圖靈死后50多年間，盡管相關(guān)法案一改再改，但是從未還這位功勛卓著的天才一個(gè)清白。2009年，因3萬(wàn)多人發(fā)起簽名請(qǐng)?jiān)?，?dāng)時(shí)的英國(guó)首相戈登·布朗（JamesGordonBrown）在《每日電訊報(bào)》上發(fā)表了一篇聲明，代表政府向圖靈正式道歉。

2013年，英國(guó)女王伊麗莎白二世簽署特赦令，正式赦免圖靈的同性戀罪名。2017年，英國(guó)《警務(wù)與犯罪法案》正式實(shí)施，這一法案又被稱為“圖靈法案”，政府根據(jù)這一法案赦免了歷史上約5萬(wàn)名和圖靈一樣被定罪的同性戀者。

圖靈傳記——Alan Turing： The Enigma（《如謎的解謎者》）

為了紀(jì)念圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的偉大貢獻(xiàn)，世界計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）從1966年起設(shè)立“圖靈獎(jiǎng)”，這是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)，也可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的“諾貝爾獎(jiǎng)”。1983年，英國(guó)數(shù)學(xué)家安德魯·霍奇斯（AndrewHodges）出版了由他撰寫的圖靈傳記，這本傳記的中文版副標(biāo)題就叫《如謎的解謎者》，這也正是本章標(biāo)題的出處。

從戰(zhàn)火中的波蘭三杰，再到英國(guó)的布萊切利莊園，這場(chǎng)偉大的接力堪稱密碼攻防的歷史上最為波瀾壯闊的一段故事。而這段故事的另一個(gè)主角——Enigma密碼機(jī)，也的確可以堪稱近代機(jī)械密碼的經(jīng)典之作，只是德國(guó)人過(guò)于相信密碼機(jī)的安全性，而忽視了實(shí)際運(yùn)用中的一些弱點(diǎn)和漏洞，這也為現(xiàn)代密碼學(xué)算法和工具的設(shè)計(jì)積累了重要的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。