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“谜”与“如谜的解谜者”(十二)

2019-02-05花卷

科学Fans 2019年10期
关键词:诺克斯波兰人小雷

花卷

招兵买马

眼看局势一天比一天紧张,事不宜迟,有了“大别野”,丹尼斯顿就张罗着开始装修搬家了。1938年8月15日,第一批密码破译人员正式搬进了布莱切利庄园,总共有180多人,也算是不少了。这么多人,全都挤到那一幢房子里去,好像也有点憋屈。不过房子虽然只有一幢,但是旁边还有那么大一片空地呢。于是丹尼斯顿就开始打起了在空地上“违章搭建”的主意,造了几个棚屋(hut),有点像我们现在建筑工地上的板房。这些棚屋各有各的功能,有的是破译办公室,有的是宿舍,还有些则是食堂、酒吧、娱乐室——反正该有的都有了,比光秃秃一幢房子总归是强多了。

第一批搬到布莱切利庄园的这些人,其中还有几个大家非常熟悉的名字,比如奈杰尔·迪·格雷(Nigel de Grey)和迪尔文·诺克斯(Dillwyn Knox),如果你还记得“德国外长的一封密电”那个故事的话,对,他们就是当初破译德国外交密电的大牛本牛了。

其实,诺克斯也去参加了波兰人召集的那次Enigma破译技术分享会,还和雷耶夫斯基进行了坦诚而深入的交流。我们前面也提到过,英国人并不是没有去研究Enigma,而是没有找到正确的门道,而诺克斯正是在研究Enigma的英国人之一。在会议上,当他发现自己冥思苦想很久都没能想出来的Enigma键盘排列顺序问题,小雷居然早就想出来了,顿时对这位年轻的数学家充满了敬意。而小雷也对这位英国语言学家赞赏有加,因为在之前的一些会议中,英国派过来的人都一问三不知,没有一个能在同一个频道上说话的,波兰人感觉很失望,说这样哪能放心把我们的东西交给你们,你们能不能派点懂的人过来?结果,英国就把诺克斯给整过去了,他在会议上介绍了自己对Enigma的研究,这才让小雷他们感到英国确实还是有能人的。小雷对诺克斯有一段评价是这样写的:

“诺克斯对于所有东西都可以很快理解,就像闪电一样快,看得出英国人确实对Enigma有研究,很多东西就用不着我再解释了,他们是另一种不同类型的专家。”

小雷为什么对诺克斯评价这么高呢?那是因为在听波兰人的分享之前,诺克斯就已经通过他的专业,即語言学和古籍学的方法找到了一些破译Enigma的线索,英国人称为“rodding”法。虽然用的方法不同,但是诺克斯所总结出的一些规律,和小雷所得到的非常相似,正所谓“殊途同归”,所以小雷才说“很多东西用不着我再解释了”,意思就是,英国人其实已经懂了,不需要我多废话了。

然而,诺克斯毕竟没有能够形成一套破译Enigma的完整而有效的方法,跟小雷的成果相比差距还是有点大,也正是从这件事上,诺克斯感受到了数学的威力——小雷的方法,自始至终也只不过是使用了“群论”这一个数学的分支而已,通过算几个公式,就能让Enigma的密钥原形毕露,这简直是太神奇了!于是,从波兰回来之后,诺克斯也开始主张赶紧找一些数学大牛来一起破译密码,你看人家波兰人就是靠数学家搞出这么多东西,咱们也得学习先进经验啊。

诺克斯的想法和丹尼斯顿一拍即合。丹尼斯顿说,这件事儿我早就开始张罗了,我已经联络了剑桥和牛津的几位数学家,他们之前也断断续续地参与了一些我们的工作,只要形势需要,他们马上就可以来布莱切利报到。

1939年9月3日,英国对德国宣战,整个国家一下子就进入了战争状态。丹尼斯顿心想,这仗都打起来了,我要的人总该到位了吧,我们得开足马力干活啊。于是,就在一天后的9月4日,之前他们在剑桥大学联络过的三位数学家就带着行李坐上火车来到了布莱切利,准备全身心地投入以破译Enigma为代表的密码破译工作。这三个人,一个叫戈登·维尔赫曼(Gordon Weichman),一个叫约翰·杰弗里斯(John Jeffreys),最后一个,叫艾伦·图灵(Alan Turing)。

布菜切利庄园的1号棚屋,现在用来展出密码和无线电通信相关的藏品。

现在剑桥大学国王学院的计算机房就是以图灵命名的。

年轻时的艾伦·图灵

天才往事

看到“图灵”这个名字,你一定猜到了,破译Enigma的又一位主角终于登场了,真的是激动人心呀!艾伦·图灵于1912年6月23日出生于伦敦,不过他妈妈其实是在印度怀上他的——别误会,图灵可不是什么印度移民二代,人家祖上可是正经发源自苏格兰的贵族,后来搬到英格兰发展,但是运气不太好,在英国内战中没捞到便宜,反倒把自己家族整得元气大伤,一蹶不振。再后来,图灵家族的一位祖先跑去了印度开拓殖民地,在那边好像混得不错,回国之后被封了个爵位,图灵家族总算是复兴了。

我们说,学霸都不是凭空诞生的,基因还是很重要啊。图灵的爷爷——约翰·罗伯特·图灵(John Robert Turing),那也是个如假包换的学霸,不但考上了剑桥大学三一学院的数学系,而且以第11名的优秀成绩毕业。要知道,三一学院堪称剑桥大学的头牌学院,哪是一般人能考得进去的。有点遗憾的是,图灵爷爷毕业之后没有从事数学研究,而是去研究神学了,要不然,图灵家族可以早几十年就出个数学家了。

图灵他爸——尤里乌斯·图灵(Julius Mathison Turing)似乎没继承到爷爷的数学天赋,但是学霸的家族基因总有地方开花,人家依然考上了牛津大学基督学院,成了一名文科高材生。大学毕业之后,尤里乌斯·图灵参加了公务员考试,他考的是印度高级文官(Indian Civil Service),这个职位是干啥的呢?我们知道印度当时是英国的殖民地,殖民地当然得有人去管理,这个职位就是去管理殖民地的,算是个外派村官吧。尤里乌斯考上了没有呢?不但考上了,而且还考了第7名,那是相当厉害了,因为据说这个职位比外交官还难考。尤里乌斯之所以能考上这个职位,那也是因为他肚子里真的有料,他对印度的语言、文化、历史、法律样样精通,这样的人还考不上那也太离谱了。

既然考上了印度文官,那肯定就是要去印度出差略。尤里乌斯在印度熬了10年,总算是混成了一个领导干部,他回到英国之后认识了一个叫艾赛尔·斯托尼(Ethel Stoney)的姑娘,不久就结了婚。艾赛尔也是大户人家出身,她爸是给印度修铁路的首席工程师——好像这俩人都跟印度有不解之缘。1908年,尤里乌斯和艾赛尔又回到了印度,并在那边生下了大儿子约翰·图灵,而到了怀老二的节骨眼上,尤里乌斯觉得印度这地方还是太落后了,还是得回老家英国生娃才行,顺便,娃们也得回英国才能好好读书是吧。

于是,艾伦·图灵就出生在了英国,他哥也跟着回到了英国。然而,图灵的爸妈还得回印度上班,只好把两个娃寄养在别人家里,然后一走就是好几年,想想也真的挺惨的。据说图灵小时候很聪明,但是性格古怪、不合群,好像觉得别的小孩都太幼稚了,懒得搭理他们。上学之后,图灵对数学和自然科学都非常感兴趣,但是学校似乎没好好培养他,好在他自己读了很多书,据说16岁的时候就能看懂爱因斯坦的著作——说出来也不怕你们笑话,爱因斯坦的著作我现在都看不懂。

是金子总会发光,1931年,图灵考上了剑桥大学国王学院,1934年毕业,一年之后,他就发了一篇超级重磅的论文,借此当选了国王学院院士。1936年,圖灵又发表了一篇超超超级重磅的论文,里面提到了一种通用计算机模型,也就是后来我们说的“通用图灵机(Universal Turing machine)”。通用图灵机这个东西该怎么解释呢?你可以这么认为吧,通用图灵机可以计算的问题,我们现在用的计算机也可以计算;通用图灵机计算不了的问题,我们现在用的计算机也计算不了——换句话说,现代计算机本质上就是一种通用图灵机。用现代电子计算机之父约翰·冯·诺依曼(John von Neumann)的话说,现代计算机的核心概念正是来源于图灵的这篇论文。

你看,20多岁大学刚毕业的小伙子,就写出这么牛的论文,这不是天才是啥?1936年9月,图灵远渡重洋去美国普林斯顿大学读博士——对,本科毕业直接读博,而且才两年就拿到学位了,那些十年毕不了业的博士生们估计都要被气死了。在普林斯顿读博期间,图灵除了研究数学之外,还顺便研究了一下密码学——他小时候其实就对这个有兴趣,这次是系统地深造了一下——可能也是因为这个原因,他才会有兴趣上丹尼斯顿的“贼船”,毕竟以图灵这种脾气古怪的人,才不会听军队的摆布呢。

人生转折

1938年夏天,图灵拒绝了美国那边的工作机会,毅然决然地回到了祖国——不过,他可真不是什么爱国青年,他只是一心想要回到剑桥国王学院当个老师专心带学生搞研究,但是他回来之后才发现,欧洲的局势已经绷得越来越紧了,好像随时都有可能打起来。图灵刚一回来,就接到了消息说一个叫政府密码学校的地方想要雇佣他去做一些特别机密的事情——当然,这就是丹尼斯顿他们招募数学家计划的一部分。

丹尼斯顿是怎么知道图灵的呢?我们之前也说过,丹尼斯顿利用原来“40号房间”的一些关系网,也就是在“40号房间”工作过的剑桥、牛津的一些校友,让他们推荐一些牛人过来——有点像现在的内推招聘的感觉。图灵也正是一位剑桥的校友推荐给丹尼斯顿的,至于为什么会推荐图灵,可能是因为他在某些聚会上谈论过自己对密码学的兴趣,又或许是因为他的数学成就特别出名,反正他就这样上了丹尼斯顿的“猎头”名单。

战争一触即发,在这个节骨眼上,说实话,能有个正经的职位帮政府或者军队做事,其实是一件好事——要不然,一旦打起仗来,壮丁们都要被抓去上前线冲锋陷阵的,现在你有机会躲在大后方做情报工作,那就等于拿了一块免死金牌呗。图灵是个聪明人,而且他也确实对密码学很有兴趣,于是他回国之后,马上就参加了政府密码学校的一些培训,热身运动先做起来。

1939年7月,波兰人把所有关于Enigma的资料都交给了英国和法国,丹尼斯顿和诺克斯把这些资料带回来之后,赶紧叫上图灵来讨论一下。图灵一看,哟,波兰人还挺能干的嘛,连群论都用上了,不过像图灵这种大神级别的人物,一下子就指出了波兰人的问题——他们的破译方法过于依赖不安全的指标组了,而指标组的弱点,德国人随时都可以通过改进操作规程来消除掉。

图灵为什么这么说呢?我们回忆一下小雷的方法,最早就是建立指标组的循环替换模式,然后以此为切入点,找到一些弱指标组(比如AAA、BBB)的特征,再以此为线索来进一步推导出每日密钥。我们可以看出,小雷的这个方法,弱指标组的存在是一个基本前提,如果找不到弱指标组,或者德国人禁止使用弱指标组,那么后面的步骤就没办法继续下去了。图灵认为,这样的方法有点“脆弱”,必须找到一种更强大更万能的方法才能“以不变应万变”。

(那么,图灵有没有找到一种更好的方法呢?图灵进入布莱切利庄园之后,又发生了哪些有趣的故事呢?我们下期继续讲。)

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