Кто расшифровал энигму во время второй мировой войны

Содержание

Выдающееся наследие Алана Тьюринга: мастер математического анализа и криптоанализа

5 февраля 2019 года зрители восьмисерийного документального проекта BBC Icons: The Greatest Person of the 20th Century (Символы: величайшие личности XX века) выбрали выдающегося математика Алана Тьюринга за величайшую личность XX века. Это решение могло быть частично вызвано тем, что Тьюринг сам был британцем, как и многие зрители BBC. Однако в программе также упоминались другие знаменитые английские фигуры, включая Уинстона Черчилля и Маргарет Тэтчер, которые, несмотря на свою известность, не смогли набрать достаточное количество голосов, чтобы одержать победу даже в категории политиков, не говоря уже о общем зачете. Далее мы расскажем об ученом, который стал известен благодаря своему вкладу в разоблачение немецкой шифровальной машины Энигма во время Второй мировой войны и трагической судьбе — он покончил жизнь самоубийством после того, как был осуждён и подвергнут жестокому принудительному лечению за свои сексуальные предпочтения.

Почему выбор пал именно на Алана Тьюринга? Вероятно, наиболее простой и очевидный ответ заключается в том, что британцы выбирали своего соотечественника не только за его математические достижения, являвшиеся основой компьютерной эпохи, но и за его героизм во время Второй мировой войны, что значительно содействовало победе союзников над фашистской Германией. Однако выделить Тьюринга можно и за другую важную характеристику — его история является одной из самых трагичных среди известных личностей XX века, поскольку он понёс тяжелые последствия за свою ориентацию в обществе, которое не могло принять его такую.

Хотя родина все же отметила его достижения через награду орденом — но сделала это втайне. С другой стороны, общество судило его за гомосексуализм и принудительно лечило в условиях, приведших Тьюринга к самоубийству в возрасте 42 лет, тогда как многие ученые могут сохранять свою продуктивность еще несколько десятилетий.

Настоящеe происхождение и академические трудности

Резюмируя детские воспоминания Тьюринга, прежде всего, стоит отметить, что Алан родился в 1912 году. Его отец был из шотландской аристократии, тогда как его мать пришла с ирландскими и английскими корнями, что делает его наследие несколько неоднозначным — продвижение по линии английской культуры для него было неочевидным. Тем не менее, его детство оказалось довольно типичным для мальчиков из обеспеченных британских семей: он учился в частной школе Шерборна. Однако гуманитарные науки совершенно не интересовали Алана, что вызывало озабоченность со стороны администрации учебного заведения: директор в своих письмах родителям подчеркивал, что обучение в частной школе становится бесполезным для него, так как он явно предпочитал точные науки. Итогом этого стало то, что Тьюринг не смог набрать достаточное количество баллов на выпускных экзаменах и вместо заветного места в Тринити-колледже оказался в Королевском колледже Кембриджа.

Именно в школе он завёл дружбу с Кристофером Моркомом, с которым у него завязались первые в жизни романтические отношения. Увы, дружба была недолгой, так как Морк умер от туберкулеза, оставив Тьюринга в глубокой печали.

Читать еще: Елизавета Глинка (Доктор Лиза) - биография, новости, личная жизнь. Причина смерти доктора лизы.

Широкий спектр интересов, но низкая успеваемость в гуманитарных науках

Кроме упомянутых трудностей, выдающиеся способности Алана начали проявляться еще в раннем возрасте. В шесть лет он поступил в школу святого Михаила в Гастингсе, где директор сразу же предсказал ему блестящее будущее. Тем не менее, в 13 лет его отправили в частную школу Шерборн, где вскоре стало очевидно, что учреждение не может предоставить ему место, подходящее для изучения точных наук — это заведение было больше ориентировано на гуманитарные дисциплины.

В ходе своего обучения, если он хотел продолжить учебу в частной школе, Тьюринг должен был стремиться к образованию в области гуманитарных наук. Или, если бы он сосредоточился исключительно на «научных знаниях», то это обучение становилось полной потерей времени, как выражался директор. Холодная война между Тьюрингом и руководством школы продолжалась до самого окончания его обучения: в 15 лет он легко решал крайне сложные математические задачи, несмотря на отсутствие преподавания математического анализа.

Проблемы с успеваемостью в гуманитарных науках негативно сказались на его итоговых результатах — он не смог набрать достаточно баллов, чтобы попасть в Тринити-колледж, и был вынужден пойти в Королевский колледж в Кембридже. В эти годы Тьюринг активно занимался поиском решений сложнейших математических проблем своего времени.

Награда за разгадку шифра Энигма

Когда Тьюрингу исполнилось 24 года, он предложил формализацию понятия алгоритма с помощью абстрактной модели вычислительной машины, ныне известной как машина Тьюринга. В дополнение к математическим интересам, Тьюринг также глубоко изучал криптографию, что в конечном итоге привлекло внимание британских спецслужб, нуждающихся в талантливых математических умах для дешифровки крайне сложных германских шифров.

Ему была поставлена задача разгадать секрет немецкой шифровальной машины Энигма, с помощью которой кодировалась информация, передаваемая нацистскими войсками — армией, флотом и авиацией.

Тьюринг разработал теоретическую основу для машины, предназначенной для расшифровки кода Энигмы, её назвали Bombe.

На протяжении всей Второй мировой войны Тьюринг добился замечательных успехов в области криптоанализа — его усилия позволили полностью расшифровать код Энигмы, включая более сложные версии, используемые германским флотом. В 1942 году он также приступил к расшифровке кода Лоренц, который применялся для передачи сообщений высшего командования нацистской Германии.

Благодаря работам Тьюринга и его команды была разработана одна из первых электронно-вычислительных машин в мире, получившая название Колосс. Эта машина произвела успешную расшифровку кода Лоренц, что обеспечило союзников жизненно важной информацией о взаимодействии высшего командования гитлеровской Германии и существенно сократило время войны, как минимум на несколько месяцев. В 1945 году, в условиях строгой конфиденциальности, Алан Тьюринг был награждён орденом Британской империи королем Георгом VI за выдающиеся достижения в военной службе.

Немецкие усовершенствования к Энигме

Во время войны немецкие шифровальщики постепенно осознали и устранили недостатки двойного шифрования, что вызвало необходимость применить более продвинутые методы расшифровки. Тьюринг вместе со своей командой включился в этот процесс.

С использованием информации, предоставленной польскими криптографами, Тьюринг начал проводить анализ сообщений, закодированных с использованием Энигмы, с помощью собственного компьютера. В рамках своих исследований он пришёл к предположению о наличии в каждом сообщении некого шаблона — конкретного фрагмента открытого текста, который неизменно вписывался в одно и то же место во всех сообщениях.

Читать еще: Сколько стоит донорское мужское яичко. Сколько стоит яйца мужской

Например, это был прогноз погоды в Атлантике, который каждый день записывался в определенном формате. Используя оборудование для определения местоположения на прослушивающих станциях, криптоаналитики могли понять, откуда пришло сообщение. Если координаты совпадали с местоположением метеостанции, очень вероятно, что в тексте содержится слово wettervorhersage (прогноз погоды).

Другой интересной зацепкой для Тьюринга было ограничение, наложенное машиной Энигма на самодублирование букв: к примеру, буква S не могла быть зашифрована как S.

Совершенство шифра Энигма

Несмотря на все вышеуказанные недостатки, взламывать коды Энигмы было почти невозможно. Из-за нехватки времени и рабочих ресурсов не хватало возможностей для проработки всех возможных комбинаций. Каждое новое сообщение шифровалось по-разному в зависимости от настроек машины Энигма.

Таким образом, даже если бы удавалось угадать одно ключевое слово или подсказку, для взлома кода нужно было сократить вероятности до 158 962 555 217 826 360 000 к 1 — именно столько было различных комбинаций настройки машин Энигма.

К тому же необходимо было взламывать новые коды каждый день, что было необходимо из-за изменения настроек в полночь.

Польская предыстория в криптологии

Ключ к разгадке Энигмы нашёл польский математик Мариан Реевский, окончивший секретные курсы по криптографии в возрасте 27 лет. Несмотря на то, что он не работал в одиночку в польском Бюро шифрования, именно ему доверили именно работы по расшифровке Энигмы I. Он сразу начал изучать уязвимости ключей сообщений, выбирая из ежедневных шифрограмм первые шесть букв и создавая таблицы соответствий.

Сначала ему удалось выявить четыре повторяющиеся последовательности букв в шифрах. Затем, учитывая, что в Энигме было только три ротора и начальная настройка состояла из трёх букв латинского алфавита, Реевский смог подсчитать количество возможных кодовых комбинаций. Оно оказалось значительно меньше, чем многие могли бы предположить: 3!²⁶³ против 26!. Это дало шанс в течение года составить полный каталог всех цепочек.

С открытиями Реевского стало ясно, что общее число кодовых комбинаций оказалось в 3 824 262 831 196 002 461 538 раз меньше, чем предсказывалось ранее.

Осознав, что их шифры могут быть расшифрованы, немецкие криптографы начали значительно чаще менять конфигурацию поворота роторов машины. Осенью 1938 года принцип шифрования был изменен таким образом, что понимание шифров стало невозможным по прежним методам. Однако Реевский со своими коллегами разоблачили этот прием, который состоял в так называемом удвоении ключа и был фактически криптографической ошибкой.

Спустя несколько месяцев после проверки эффективности своих методов поляки создали устройство под названием Бомба Реевского, получившее свое имя не то из-за характерного тиканья при работе, не то в честь круглый пирожных, которые очень любил Мариан. Данное устройство проводило поиск по заданному шаблону, с учетом того, что парам первой и четвертой, второй и пятой, третьей и шестой букв шифрованного текста соответствовали одинаковые буквы текста нешифрованного.

Именно приобретенные наработки Мариана Реевского стали основой криптологической успешной деятельности Алана Тьюринга. Хотя нельзя сказать, что Тьюринг просто присвоил себе чужие трудозатраты. Да, поляки в 1939 году передали свои наработки британским разведчикам, когда Третий Рейх вторгся в Польшу, но к тому времени методика Реевского уже не могла полностью применяться для работы с Энигмой.

Странные вопросы о природе узоров

Почему корова имеет пятнистую окраску? Почему зебра полосатая? Какова причина узоров на крыльях бабочек? Удивительным образом, на эти вопросы мы можем найти ответы благодаря Алану Тьюрингу, который в 1952 году применил математические модели для объяснения явлений, заставляющих живые организмы иметь такие окраски.

Читать еще: Как маленький еврейский мальчик 3 года прятался от нацистов в Бухенвальде, и как сложилась его жизнь

Тьюринг предложил концепцию наличия в коже двух химических элементов: один из них активирует процесс пигментации, а другой останавливает его. Он использовал уравнения для описания взаимодействия этих химических элементов, что приводит к образованию пятен и полос на шкуры животных.

Также Тьюринг выдвинул гипотезу о том, что живое и неживое могут быть связаны через химические реакции. Эта мысль была проверена с течением времени и, наконец, доказана. Экспериментальные исследования спустя полвека подтвердили существование так называемых структур Тьюринга, которые проявляются в природе: полосы на шкурах зебр и тигров, расцветка чешуи рыб, а также пятна на коровах, гепардах и жирафах. Некоторые исследователи высказали мнение, что характерная форма человеческого мозга и позвонков также может быть связана с принципами, предложенными Тьюрингом.

Трагический финал жизни Тьюринга

В феврале 1952 года квартира Алана Тьюринга стала жертвой ограбления. Это событие оказало фатальное влияние на биографию выдающегося математика. Грабитель оставил записку с угрозами, если Тьюринг решит обратиться в полицию. Действительно, так и получилось. Полиция, вместо того чтобы расследовать преступление, обвиняла Тьюринга в нарушении общественной морали, так как грабитель был его любовником.

Тьюринг открыто признал свою гомосексуальность. Суд предложил ему крайне жестокий выбор: тюремное заключение или гормональную терапию эстрогенами. Алан выбрал второе.

В результате в его отношении была проведена отставка с выполнения секретной работы и запрет на преподавание. За ним было открыто дело в службе безопасности Англии. Угнетённый Тьюринг, переживший разрушение своей карьеры и здоровья, выбрался в Европу.

К сожалению, в 1954 году великий математик был найден мёртвым от отравления цианистым калием. Историки до сих пор ведут споры о том, было ли это самоубийство. Рядом с телом Тьюринга нашли недоеденное яблоко, которое многие считают причиной его смерти, хотя никаких исследований на наличие цианида в нем не проводилось. Есть предположение, что Тьюринг мог случайно отравиться, проводя эксперименты с химией в домашних условиях.

Друг Алан Тьюринг прокомментировал его смерть: «Его убило государство, которое он спас».

В 2013 году Тьюринг был посмертно реабилитирован. Его именем был назван закон в Великобритании, который позволяет помиловать тех мужчин, осуждённых в период с 1885 по 1967 год за гомосексуальные отношения.

Алан Тьюринг не боялся следовать своим идеям. Он задавался вопросами: если бы эксперимент увенчался успехом, что я мог бы сделать уже сегодня, чтобы это осуществить? Его пример вдохновляет нас — важно, чтобы наши идеи становились осязаемыми. Не позволяйте трудностям и скептицизму окружающих остановить вас. И будьте открытыми к тем, кто отличается от вас.

Желаем вам успехов и побед!