1941年3月的一个深夜,布莱切利园的灯光依旧通明,图灵和他的团队正屏息等待“炸弹机”的运行结果,机器突然停止——又一个恩尼格玛密码被成功破译
在伦敦西北80公里处的布莱切利园,一群身着西装、看似普通文员的男女,正进行着一场无声的智力战争。他们的武器不是枪炮,而是数学、逻辑和一台名为“炸弹机”的奇特设备。这场战争的胜负,将直接影响第二次世界大战的进程。
01 完美密码,恩尼格玛机的神话
恩尼格玛机看起来像一台带键盘的古怪打字机,但其内部却隐藏着极为精密的机械加密系统。这台机器最初是为商业通信设计的,后来被德国军方改造,成为二战期间最重要的加密工具。
恩尼格玛机的核心是三个(后来增加到四个)可替换的转子,每个转子有26个位置,代表字母表中的26个字母。当操作者按下某个字母键时,电流会通过这些转子,经过复杂的路径加密后,点亮另一个字母的指示灯。
这台机器的精妙之处在于,每按一次键,转子就会自动转动一个位置,这意味着即使连续输入同一个字母,加密后的结果也会不同。三个转子的组合就有26×26×26=17576种可能,再加上转子顺序可调、插线板可重新连接,总的加密组合达到了一亿五千九百万百万种。
德国人坚信恩尼格玛是“不可破译的”。他们按照规定每天更换密钥,即使敌人获得了一台恩尼格玛机,没有当天的密钥设置,依然无法解密任何信息。这种自信使得德军高级指挥官们放心地通过无线电传送最机密的作战计划。
02 波兰奠基,数学家的早期突破
早在1932年,波兰密码局的三位年轻数学家马里安·雷耶夫斯基、耶日·鲁日茨基和亨利克·齐加尔斯基就已经开始研究商业版恩尼格玛机的破译方法。他们利用数学中的群论和排列组合理论,找到了恩尼格玛系统的弱点。
波兰密码学家发明了“卡片索引”方法和一种名为“炸弹”的机械装置,能够快速测试可能的转子设置。这种早期的“炸弹”由六台互连的恩尼格玛机组成,能自动排除大量错误的转子设置,大大缩短了破译时间。
然而,1939年德国增强了恩尼格玛机的安全性,增加了转子的数量和插线板的复杂度,使得波兰的方法失效。幸运的是,在波兰沦陷前,他们将所有的研究成果分享给了英国和法国的情报机构。
这段历史让我想起学术研究中的传承——每个突破都建立在前人工作的基础上。波兰数学家的贡献如同基石,没有他们的开创性工作,英国后来的成功将会困难得多。
03 图灵革新,炸弹机的设计突破
当艾伦·图灵加入布莱切利园时,他面临的是一个看似不可能完成的任务。这位曾在普林斯顿大学与爱因斯坦、哥德尔等学术巨匠共同工作过的数学家,决定从全新的角度解决这个问题。
图灵意识到,与其寻找恩尼格玛机的普遍弱点,不如利用德军操作员的行为模式和通信中的固定格式。例如,德军在每天的固定时间发送天气预报,这些电报中必然包含“wetter”(天气)这个词。这类已知的明文为破译提供了关键线索。
基于这一洞察,图灵设计了更为先进的“炸弹机”。这种电动-机械装置高约两米,宽二点四米,形似一系列并列的立柜。每个立柜中有36组恩尼格玛机转子,能同时测试多种可能的转子设置。
炸弹机的工作原理是基于“矛盾证明”——它快速测试所有可能的转子设置,一旦发现矛盾(即解密结果不符合逻辑),就立即排除该设置。这种方法大幅提高了破译效率,从之前需要数周时间缩短到几小时甚至几分钟。
04 团队协作,破译工作的系统工程
破译恩尼格玛密码远不止是图灵一个人的功劳。布莱切利园聚集了数学家、语言学家、国际象棋冠军、填字游戏专家等各领域的精英。这种跨学科的合作模式,在当时是前所未有的。
值得一提的是,布莱切利园的工作队伍中约有75%是女性。她们中许多来自牛津和剑桥大学,担任着译码员、分析师和炸弹机操作员的关键角色。这些女性的贡献长期被历史忽视,但她们的工作对破译成功至关重要。
多学科团队的合作模式让我联想到现代科技公司的产品开发——设计师、工程师、市场专家共同协作,才能创造出优秀的产品。布莱切利园的成功,正是这种协同效应的早期典范。
到1943年,布莱切利园已经拥有49台炸弹机,每天运行24小时,每台机器每分钟可以测试数以千计的可能的转子设置。这种规模化的破译能力,使得盟军能够近乎实时地读取德军的加密通信。
05 战场影响,从大西洋到诺曼底
恩尼格玛破译的成功对二战多个战场产生了决定性影响。在大西洋海战中,德国U型潜艇采用“狼群战术”攻击盟军商船队,几乎切断了英国的生命线。通过破译德国海军的恩尼格玛通信,盟军商船队能规避U型潜艇的埋伏点。
据统计,1941年春季,盟军商船损失从每月50万吨骤降至15万吨。这种转变的关键因素就是布莱切利园提供的及时情报,使护航船队能安全通过大西洋。
最著名的例子或许是1944年诺曼底登陆前的“保镖行动”。盟军通过恩尼格玛破译,确认希特勒相信了盟军将在加来而非诺曼底登陆的假情报。这使得德军将精锐部队部署在错误的地点,为登陆成功创造了条件。
丘吉尔将布莱切利园的情报称为“金蛋”,并严格保护这个秘密来源。他甚至知道德军空袭考文垂的计划,但为了保护恩尼格玛已被破译的秘密,不得不忍痛不采取特殊防御措施。
06 科技遗产,从密码分析到现代计算机
图灵在布莱切利园的工作,直接启发了他对通用计算机的思考。1945年,他设计了自动计算引擎,虽然当时未能完全建成,但其设计理念影响了后来的计算机发展。
图灵在1936年提出的图灵机概念,为现代计算机科学奠定了理论基础。而在布莱切利园的实践经验,使他看到了将这些理论转化为现实的可能性。炸弹机本质上是一台专用的计算设备,它展示了机器自动执行复杂逻辑运算的强大能力。
战后,图灵在曼彻斯特大学继续从事计算机研究工作,提出了著名的“图灵测试”,为人工智能研究开辟了新道路。他的工作直接影响了早期计算机如曼彻斯特宝贝机的开发。
今天,当我们使用智能手机、笔记本电脑时,我们正在享受图灵和他的同事们开创的计算革命的成果。从密码分析到通用计算,这条技术发展路线改变了整个人类社会的发展轨迹。
图灵和他的同事们的工作直到1970年代才逐渐公之于众。历史学家估计,布莱切利园的密码破译工作使二战提前了至少两年结束,拯救了约1400万人的生命。
然而,图灵个人的结局却充满悲剧。1952年,他因同.性.恋行为被定罪,并被迫接受化学阉割。1954年,41岁的图灵食用浸过氰化物溶液的苹果身亡,结束了他短暂而辉煌的一生。
2013年,英国女王伊丽莎白二世向图灵追授特赦,承认他“应受世人铭记和认可的不平凡成就”。从被定罪到获得赦免,这段路走了61年,但图灵的思想遗产早已融入我们生活的方方面面——每当我们与计算机交互,每当我们享受数字技术带来的便利,我们都在与这位天才对话。