Инноваторы. Как несколько гениев, хакеров и гиков совершили цифровую революцию

Айзексон Уолтер

Тьюринг начал интересоваться кодами и криптологией осенью 1936 года, когда сразу после написания статьи «О вычислимых числах» прибыл в Принстон. Он объяснил свой интерес к криптологии в письме к матери в октябре того же года:

Я только что обнаружил возможное применение тех идей, над которыми я работаю в настоящее время. Они отвечают на вопрос: «Каков наиболее общий возможный вид кода или шифра» и в то же время (что довольно естественно) позволяют мне построить много специфических и интересных кодов. Один из них почти невозможно раскодировать без ключа, и им очень быстро кодировать. Я думаю, я мог бы продать их правительству его величества за довольно внушительную сумму, но сомневаюсь, что это этично. Что ты думаешь по этому поводу? ^[137]

137

Hodges, Alan Turing, 3628.

В

следующем году, поскольку Тьюринга тревожила угроза войны с Германией, он стал больше интересоваться криптографией и меньше — попытками заработать на ней деньги. В конце 1937 года, работая в механической мастерской физического факультета Принстонского университета, он сконструировал первые элементы кодирующей машины, в которой буквы превращались в двоичные числа, а затем это закодированное числовое сообщение умножалось с помощью электромеханических реле в качестве переключателей на огромное секретное число. В результате сообщение было практически невозможно расшифровать.

Одним из наставников Тьюринга в Принстоне был Джон фон Нейман — блестящий физик и математик, бежавший из родной Венгрии и работавший в Институте перспективных исследований, в то время располагавшемся в здании математического факультета Принстонского университета. Весной 1938 года, когда Тьюринг закончил докторскую диссертацию, фон Нейман предложил ему место своего ассистента. Над Европой в это время сгущались тучи приближающейся войны, так что предложение было заманчивым, но Тьюринг чувствовал, что остаться было бы непатриотично. Он решил вернуться к своей работе в качестве стипендиата в Кембридже, а вскоре после приезда присоединился к группе британских инженеров и ученых, работавших над взломом немецких военных кодов.

Школа кодирования и шифрования была в то время расположена в Лондоне, и там работали в основном гуманитарии, такие как Дилливан Нокс — «Дилли», профессор классической литературы из Кембриджа, и Оливер Стрэчи — дилетант, светский лев, периодически музицировавший на фортепиано и писавший об Индии. До осени 1938 года, когда Тьюринг присоединился к команде, среди восьмидесяти сотрудников не было математиков. Но следующим летом, когда Великобритания начала готовиться к войне, в отдел стали активно набирать математиков. В какой-то момент для отбора претендентов даже проводился конкурс, включавший решение кроссворда из Daily Telegraph. Отдел тогда переехал в унылый городок Блетчли, главным преимуществом которого было то, что он находился на пересечении железной дороги, связывающей Оксфорд с Кембриджем, и дороги из Лондона в Бирмингем. Команда из Британской службы внешней разведки (МИ-6), выдавая себя за «Стрелковый клуб капитана Ридли [138] », посетила усадьбу Блетчли-Парк — чудище, построенное в стиле викторианской готики, которое его владелец давно хотел снести, и незаметно купила его. Взломщики кодов помещались в коттеджах, конюшнях и нескольких сборных домиках-хижинах, возведенных в прилегающем к дому парке ^[139] .

138

На самом деле никакого клуба не было, как не было и капитана Ридли. Под этим прикрытием начинала работать Станция Х — правительственный Центр шифров и кодов. В 1939 г. в штате Центра было 120 человек, к началу 1944 года их стало 7 тысяч.

139

В дополнение к биографии Алана Тьюринга, написанной Ходжесом, материал для этого раздела взят из следующих книг и статей: B. Jack Copeland, Colossus: The Secrets of Bletchley Park’s Codebreaking Computers (2006); I. J. Good, Early Work on Computers at Bletchley, Annals of the History of Computing, июль 1979 г.; Tommy Flowers, The Design of Colossus, Annals of the History of Computing, июль 1983 г.; Simon Lav-ington, editor, Alan Turing and His Contemporaries (2012); Sinclair McKay, The Secret Life of Bletchley Park: The History of the Wartime Codebreaking Centre by the Men and Women Who Were There (2010); я также опирался на свои впечатления от посещения Блетчли-Парка, беседы с учеными и экскурсоводами и изучение материалов и экспонатов, показанных мне там.

Тьюринг был приписан к команде, работающей в хижине № 8 и пытавшейся разгадать немецкий код Enigma («Загадка»), который генерировался с помощью одноименной портативной машины, включавшей механические роторы и электрические цепи [140] . Она кодировала секретные сообщения с помощью шифра, который после каждого удара по клавише изменял правило для замены буквы. Процесс дешифровки был таким сложным, что англичане в какой-то момент отчаялись когда-либо сделать это. Прорыв произошел, когда польские офицеры разведки создали машину на основе трофейной немецкой шифровальной машины, с помощью которой удалось взломать некоторые коды «Энигмы» [141] .

Однако к тому времени, когда поляки показали британцам свою машину, она была уже более-менее бесполезной, поскольку к своей машине немцы добавили еще два ротора и подсоединили еще две коммутационные панели.

140

«Энигма» была совершенной машиной. Немецкий инженер-электрик Артур Шербиус изобрел ее в 1918 г. для обеспечения банковской безопасности. Но выше всех ее оценили военные, и с 1925 г. ее берет на вооружение германская разведка. Количество возможных комбинаций кодов «Энигмы» достигало невиданных ранее величин: 150 миллионов триллионов (10¹⁸)!

141

Польша начала искать подходы к «Энигме» еще в 1932 г. В 1933 году математикам Марьяну Реевскому, Ежи Ружицкому и Генриху Зыгальскому удалось подобрать коды и обеспечить свое правительство информацией. Так что польские шифровальщики к 1939 году cоветско-германскую переписку «читали» уже несколько лет и знали о грядущем нападении на их страну, что побудило их передать все коды и дешифратор Британии и Франции.

Тьюринг и его команда начали работать над созданием более сложной машины, получившей название «Бомба», которая могла бы расшифровать сообщения с обновленной «Энигмы», в частности приказы по военно-морскому флоту, позволяющие следить за перегруппировкой подводных лодок, истреблявших британские конвои. «Бомба» использовала разнообразные слабые места в кодировании, в том числе то, что никакие буквы не могли быть зашифрованы по отдельности, и то, что некоторые фразы немцы в своих сообщениях неоднократно повторяли. К августу 1940 года команда Тьюринга имела две работающие «Бомбы», которые смогли расшифровать 178 закодированных сообщений; к концу войны их было построено около двухсот машин.

«Бомба», сконструированная Тьюрингом, не стала крупным шагом вперед в развитии компьютерной технологии. Это было электромеханическое устройство с реле в качестве переключателей и роторами, а не электронное устройство на лампах и электронных схемах. Но следующая машина, сконструированная в Блетчли-Парке, — Colossus стала такой важной вехой.

Необходимость в Colossus возникла тогда, когда немцы начали кодировать важные сообщения, например приказы Гитлера и его верховного командования, с помощью электронной цифровой машины, которая использовала двоичную систему и двенадцать кодирующих дисков (роторов) неодинакового размера. Электромеханические «Бомбы», разработанные Тьюрингом, были бессильны расшифровать такие сообщения. Для них требовались устройства, использующие молниеносно работающие электронные схемы.

Ответственная за эту проблему команда расположилась в хижине її, она называлась «Ньюманри» в честь ее руководителя — Макса Ньюмана, преподавателя математики, который почти за десять лет до того познакомил Тьюринга с проблемами Гильберта. Техническим руководителем работ был назначен партнер Ньюмана, ас в электронике и специалист по электронным лампам Томми Флауэрс, который до того работал на исследовательской станции почтамта в Доллис-Хилл, пригороде Лондона.

Тьюринг не был частью команды Ньюмана, но придумал статистический подход, получивший название «Тьюрингери», с помощью которого обнаруживались любые отклонения от равномерного распределения символов в потоке зашифрованного текста. В результате была построена машина, которая с помощью фотоэлектрических головок могла сканировать два рулона перфорированной бумажной ленты и сравнивать все возможные изменения в двух последовательностях. Машина получила название «Хит Робинсон» в честь британского художника-карикатуриста, который, как и Руби Голдберг в Америке, любил изображать сложные, но бессмысленные механические устройства.

В течение почти десятилетия Флауэрс был увлечен конструированием электронных схем на лампах, которые он и другие британцы называли valves («вентили»). В 1934 году, когда он работал инженером телефонного подразделения почтамта, Флауэрс создал экспериментальную систему, в которой использовалось больше трех тысяч ламп для контроля соединений тысячи телефонных линий. Он первым предложил использовать электронные лампы для хранения данных. Тьюринг предложил пригласить Флауэрса для помощи в изготовлении «Бомб», а затем представил его Ньюману.

Флауэрс понял, что единственный способ достаточно быстро дешифровать закодированные сообщения немцев — попытаться сохранить по крайней мере одно из них во внутренней электронной памяти машины, а не сравнивать два рулона перфорированной бумажной ленты. Такая память потребовала бы использования 1500 электронных ламп. Сначала руководители из Блетчли-Парка были настроены скептически, но Флауэрс настоял на своем, и в декабре 1943 года, всего через одиннадцать месяцев, он закончил первый вариант Colossus. А к 1 июня 1944 года была готова еще более громоздкая версия, использующая 2400 электронных ламп. В первом декодированном перехваченном сообщении говорилось, что Гитлер не посылает дополнительные войска в Нормандию, и оно подтвердило информацию из других источников, уже поступившую к генералу Дуайту Эйзенхауэру, готовому вот-вот начать вторжение в Нормандию. В течение года было произведено еще восемь Colossus.