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图灵:不得解的解密者

来源:西南科技大学文学与艺术学院 作者:罗丹汝

1911年,查塔布尔的深秋。艾赛儿·斯托尼怀上了她与丈夫的第二个孩子。翌年,这个孩子出生了,是个男孩,他的名字叫艾伦·麦席森·图灵(Alan Mathison Turing)。那个时候他的父母不会知道,几十年后这个孩子能取得怎样的成就——他成为了计算机科学之父、人工智能之父,是计算机逻辑的奠基者;他在二战中制造出的解密机器BOMBE,使战争提前两年结束,挽救了超过1600万人的生命。

1%的天赋

在家人和老师同学的眼中,图灵从小就是个与众不同的人。他不喜欢打架与玩具枪,对男孩子们情有独钟的游戏完全不感兴趣。相比身边的孩子喜新厌旧的特性,图灵倒是很乐意沉浸在自我的世界里,在这些领域中,他的聪明让他的父亲留下了深刻的印象。通过一本叫《快乐阅读》的书,他在三周的时间里学会了阅读;并且以更短的时间学会了识数,之后还养成了遇到路灯一定要停下来去认上面的编号的习惯。图灵还喜欢研究地图并且亲身实践地理知识,在他12岁去北威尔士游玩过一段时间之后,他甚至绘制出了一幅雪都尼亚山的地图。图灵传记作者安德鲁·霍奇斯说,“对于图灵来说,地图是个老爱好了,他还喜欢下国际象棋和研究家谱。但是这一切的爱好,在化学面前都显得苍白了。”图灵对药方一直很着迷,特别喜欢自己配制在别人看来很奇怪的墨水。

因为图灵怪异的性格和爱好,他在同学乃至哥哥的眼中,都是个“衣衫不整”“身上墨迹斑斑”“时常咬着手指”的不惹人喜欢的孩子,《艾伦·图灵传》里曾这样描述他:“尤其是他那害羞、犹豫、尖细的声音——不完全是口吃,而是吞吞吐吐,就像在等待一个复杂的程序将他的想法转化成人类语言一样”。据图灵的老师评价,“图灵的聪明只是在数学方面,他生活上简直一塌糊涂”,比如他分不清左右。他只能在自己的左手上打红点,以它为“识别点”来分辨方向。相似的方法也被图灵运用到一次度假收集蜂蜜的经历上:他通过观察蜜蜂的飞行线路来找到交汇点,以此判断蜂巢的位置。

图灵异于常人甚至超于常人的思维,使他显得格外早熟,并且这很能吸引别人的注意力。尽管如此,图灵也还是有着孩童才有的可爱纯真之处。他会把坏掉的木偶埋进地里,希望来年能长出新的来;在母亲为他读书时,只因母亲偷懒跳过一段枯燥的理论论文,图灵便生起气来,大叫“你全给弄糟了”继而跑回房间。据后来图灵的同学南尼回忆到,有一次他和图灵一起玩的时候故意让他赢,但随后图灵马上指出并且吵闹了很久。南尼说:“我现在印象最深的就是,他那么小的时候,就表现出一种正直和智慧,你不能跟他耍任何虚伪的东西。”

但在1921年图灵的母亲回到圣伦纳兹探望儿子后,她惊讶地发现图灵变了。他全然没有了以前的活泼,取而代之的是一种不合群的抑郁与孤僻。图灵母亲十分担心他,正好因为其父工作调动的缘故,图灵和家人在12月回到英国,一切安定下来之后,父母也开始考虑他在英国上学的事情。

一波三折之后,图灵进入了海兹赫斯特学校。而在此时,转动图灵命运齿轮的一件事情发生了。一本叫做《儿童必读的自然奇迹》的书改变了图灵的命运。这本书为年仅10岁的图灵打开了一扇科学的大门,让他大开眼界并开始对科学产生浓厚的兴趣。这本书的作者布鲁斯特认为,“任何东西的存在都有其必然的原因。而且这种原因是源自科学,而非上帝。”

在此基础上,布鲁斯特还谈到了“生物进化”,他“生物就是一种机器”的观点,在图灵幼小的心中埋下了关于生物与机器间的深度关联的种子。《艾伦·图灵传》提到,“艾伦现在已经开始对自己的世界观产生意识了,这种对简朴和自然的向往,不仅体现在化学上,而且体现在今后的很多方面。对他而言,生命本身就是由这些构成的,其他的一切都是多余”。

1931年秋,图灵在剑桥大学国王学院开始了他专攻数学的学习。在这里,优质大学的珍贵资源促使图灵对数学的研究更加深入,他后来在二战中破译“恩尼格玛密码机”的灵感也来自于此。1936年,图灵本想在普林斯顿大学潜心做研究,但在那个混乱多变的年代,他也无法置身事外,逃离漩涡。《艾伦·图灵传》中写道:“1940年的课程无法进行了,他从此再也没能回到纯数学的安全世界……他已经准备好了,即将投入到一个逻辑而机密的事业中,他将扼住世界的命运,进入一个最狂野的梦境。”

二战烟云

1939年9月1日,德国闪击波兰,第二次世界大战爆发,两天后,英国对德宣战。 二战的阴云打断了图灵的正常研究,他应召到英国外交部通信处从事破译敌方密码的军事工作。1939年9月4日,就在英国参战的一天后,图灵前往政府编码与密码学校(GC&CS)即布莱切利庄园报到。其实在此之前图灵就对密码学产生了不小的兴趣。在图灵十四岁那年,他们一家去了法国迪纳度假。这趟法国之旅让图灵喜欢上了法语,对此霍奇斯解释道,“实际上,他是喜欢用法语作为一种密码”。在海兹赫斯特时,图灵就开始用别人看不懂的法语给母亲写明信片了。

1936年,图灵提出了一种抽象计算模型“图灵机”,即由一个虚拟的机器代替人们进行数学运算。年少时候对密码学的兴趣及计算研究为图灵后来的解密工作提供了不少新奇而超前的想法。图灵认为,战争时期最好的加密信息的方式就是把信息转换成二进制数字,然后乘上一个很大的数,最后将乘积作为加密后的信息传递出去。在敌方不知道那个很大的乘数的情况下,解密会因为复杂的因式分解问题而困难重重。事实证明,图灵的这种想法很有先见之明,因为如今大多数这类计算机加密工作就是这样完成的。

此时敌军德国已经在使用恩尼格玛密码机了,它是一种完全不同的加密设备。这种密码机操作简单但加密的信息复杂,德军使用其加密信息,控制与潜水艇之间的军事通信。这些潜水艇,特别是德国引以为傲的U型潜艇,对于驻扎在美国和英国的大西洋舰队极具威胁,盟军需要尽快铲除它们。1939年,根据英国政府尽快解密密码机的原理并将其解密方法简单教授于人的要求,当图灵来到布莱切利庄园后不久,便开始研究恩尼格玛密码机并着手重新设计及改造这些机器。

但研究不总是顺利的,《艾伦·图灵:破译纳粹密码的人》中曾提起过这段时期的艰难,“每天监听站的监听人员将数百条信息转录,这些难以理解的信息在破译者的桌子上越堆越高,收获却甚少”。虽然当时英国手里有两台恩尼格玛密码机,却对它如何运作及如何破解密文束手无措。坎特伯雷大学心理学教授杰克·科普兰在分析这段历史时说道:“要想出破解密码的方法,让人们能够很快看懂密文,而难就难这里。因此我们十分需要聪明的人和天才。”

图灵对密码学的深入研究为他破解恩尼格玛密码机提供了更有创造性的想法。央视《探索发现》节目中提到“当老破译者仍在用坐标纸和卷笔刀时,图灵清楚通过人脑进行的大部分推理可以机械化,用机器来对付机器会怎么样。”在经历过英国政府反对与干涉他的研究、同事们针对他怪异性格和行事方式的嘲讽的艰难岁月后,图灵终于发现了一种通过有限次尝试就可以复原德军密文的方法,他结合自己的“图灵机”构思,于1940年设计并建造了一种解密机械:BOMBE。这个机械能够根据输入的密文以及情报专家们的合理猜测,以极快的速度进行解密尝试,一旦发现了可能的密钥,就会发出通知。更加神奇的是,当德军采用多级密钥来增强加密等级的时候,图灵他们也可以将多台BOMBE环接起来,从而大幅提高解密能力。

灰色生涯的最终归宿

虽然二战在一定程度上使图灵偏离了他原来的研究方向,但在这个时期图灵创造出的战争用图灵机对同盟国的巨大贡献,也验证了他大学时就提出过的图灵机思路的正确性。然而图灵并不满足于此,他认为真正的计算机应该是通用的,是不需要任何外部变动,只要设置不同的程序就可以处理不同问题的机器。

正当图灵计划好一切想来建造自己心目中的、真正的图灵机“ACE”时,科学界内却并不看好他的方案,所以没多少人愿意帮他。而大洋彼岸的美国,同样是设计计算机器的冯·诺依曼的想法却得到许多人的青睐。由于英国拓扑学最著名的倡导者纽曼和剑桥物理学家威廉姆斯等人倾向于诺依曼的设计风格,不久后,以诺依曼为首的队伍建立起来,他们预备建造一台通用计算设备“ENIAC”。在这方面,图灵有着超前的思维和极强的设计能力,连在逻辑设计取得第一步进展的纽曼在给诺依曼的信中,也承认“图灵的报告很多东西比你的更难理解”。奈何英国国力受战争影响严重衰败,资源和人才都不足以支持图灵完成他的计划。反而是美国因为充足的资金、后备人才和强大的创造能力率先制造出世界上第一台通用计算机ENIAC。

而当诺依曼等人仍在摆弄“ENIAC”,着急为其完善后置工序时,图灵已经在此基础上开始深入研究起程序设计理论、计算机加密系统、神经网络等更加突破时代的东西了——倾向于独立工作,不受外界影响是图灵的准则。在此期间,他发表了著名的《计算机器与智能》论文,文中提出了一些那个时代看来遥不可及且无人相信的理论:“在某种意义上,机械是有‘智能’的,这种‘智能’并不见得一定与人类所理解的‘智能’一致。”

在此基础上,为了消除人们心中对机器的偏见,图灵提出了著名的“图灵测试”,来更好地阐释机械与智能间的联系。“图灵测试”简单来说就是测试者在不知被测试者身份(机器或人类)的情况下利用如键盘等设备通过向其提问判断对方是人类或机器,多次测试后,若有超过30%的测试者不能确定被测试者究竟是人类还是机器,那么这台机器就通过了图灵测试,并“被认为具有人类智能”。图灵预测在20世纪末,一定会有电脑成功通过图灵测试。比图灵的预测稍晚的2014年,6月7日举行的“2014图灵测试”大会上,主办方的英国雷丁大学宣称,俄罗斯人弗拉基米尔·维西罗夫创立的人工智能软件尤金·古斯特曼通过了图灵测试——它通过和人们聊天,成功让33%的人相信它是一个13岁的男孩而不是一台不能思考的机器。

图灵还预言“几十年后,就会出现能够在纯粹逻辑领域击败人类的计算机,比如下棋”,而2017年阿尔法狗以3比0打败排名第一的世界围棋冠军柯洁,也成功实现了这一预言。

当每个人都把图灵视为科学巨星,电视、电台、报纸都纷纷采访他的时候,一个“丑闻”爆发了。1952年1月底,图灵去到警局报案,称自己的住处失窃,并指认小偷——自己的“朋友”阿诺德·穆雷。警察仔细调查过后发现,正处于偷窃罪缓刑期的穆雷在与图灵相识之后,便与他亲密起来,两人成为了“伴侣”。图灵对此毫不隐瞒,甚至对此提供了一份详细的陈述报告。可20世纪中期的英国政府受美国“赤色恐惧”影响,不加审查便草率控告图灵有罪。他被迫选择坐牢或荷尔蒙疗法,而为了自己的研究,图灵只能选择进行“化学阉割”,并持续了一年。1954年6月7日,图灵被发现死于家中的床上,旁边放着一个咬了一口的沾有氰化物的苹果,年仅41岁。警方调查结论为自杀。外界人猜测图灵是在精神与物质的双重摧残下,选择以这样的方式了结自己的生命。

2012年12月,霍金等11位重要人士致函英国首相卡梅伦,要求为图灵平反。终于在2013年12月24日,英国女王向图灵颁发了一份迟到多年的皇家赦免。英国司法部长宣布,“图灵的晚年生活因为种种原因而被迫蒙上了一层阴影,我们认为当时的判决是不公的,这种歧视现象如今也已经遭到了废除。为此,女王决定为这位伟人送上赦免,以此向其致敬”。

历史中的解密者再伟大,也终解不了自己。在图灵看来,后人再多的惊叹称赞、再多的唏嘘惋惜,远不及当时好友克里斯托弗对他说的一句“无人看好的人,反而能达到无人能及的成就”时的体谅与理解。图灵生为解密,可他也是谜,茫茫时光,谁来解他?

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