Краткая история цифровизации - Мартин Буркхардт

Однако время не располагает к платоническим любовным историям. Над Европой витает предчувствие приближающейся войны. Все государства понимают, что выиграть ее одним лишь героизмом не удастся – потребуются знания и материалы. В боях на невидимом фронте у Германии есть криптографическое супероружие «Энигма» – аппарат, который делает прослушивание радиограмм вермахта практически невозможным. «Энигма» уже использует технологии радиопередачи и код Морзе, однако по своей сути она всё еще относится к доцифровой эпохе. Основной принцип ее работы был сформулирован еще Леоном Баттистой Альберти, философом эпохи Возрождения: с помощью двух вращающихся дисков буквы в сообщении заменялись другими, например «А» заменялась на «Р», а «С» – на «В», и настоящий «АС» становился непонятным «РВ».

Несмотря на примитивность этого шифра «Энигма» считалась практически непобедимой: дело в том, что оператор постоянно изменял положение дисков, то есть для поиска верного «алфавитного порядка» требовалось не просто подобрать нужную последовательность из 26 последовательных замен, а перебрать все квинтиллионы возможных комбинаций. Чтобы взломать шифр, британская разведка лихорадочно искала ученых, готовых взяться за эту задачу. Как же разведчики вышли на Алана Тьюринга?

В 1936 году 24-летний Тьюринг опубликовал статью о теоретической проблеме разрешимости, сформулированной Давидом Гильбертом, и предложил ее практическое решение. Исходный вопрос Гильберта заключался в том, возможно ли создание «детектора правды» – алгоритма, который, задавая бинарные вопросы, за определенное количество шагов мог бы доказать истинность любого логического утверждения. Решение Тьюринга было оригинально тем, что он не стал углубляться в запутанные металогические рассуждения, а отдал задачу на откуп искусственному интеллекту – машине, которая, судя по всему, была задумана как продолжение его детской идеи по созданию непроливающейся перьевой ручки. Описанная машина действительно представляла собой устройство для записи, состоящее всего из трех элементов: бесконечной ленты, разделенной на ячейки, головки записи-чтения, которая могла считывать и перезаписывать содержимое каждой ячейки, и программы, которая указывала головке в левую или правую соседнюю ячейку она должна сместиться, как должно измениться ее состояние и как должно измениться содержание текущей ячейки.

Такая схема упрощала многие задачи, например подсчет чего-либо можно было реализовать следующим образом: «Считай число из ячейки, передвинься вправо и прибавь к считанному числу единицу. Запиши результат в то поле, где ты находишься». Так как время работы машины было ничем не ограничено, она была в состоянии решить любую механическую задачу, если, конечно, та не предполагала использование какого-то нового вида чисел. Машина Тьюринга представляла собой не что иное, как формализованное бэббиджевское доказательство существования Бога, а попутно еще и была решением проблемы разрешимости Гильберта – ну или, если точнее, показала ее неразрешимость: если время вычислений не ограничено, то алгоритм никогда не остановится, поэтому не сможет вынести суждение об истинности или ложности.

Математическое доказательство, приведенное Тьюрингом, может показаться нам непонятным, однако с описанным феноменом мы сталкиваемся постоянно: это тот самый момент, когда наш компьютер зависает.

Статья Тьюринга впечатлила математическое сообщество, и молодого ученого позвали учиться в Америку. После защиты своей докторской диссертации он вернулся в Англию, где был тут же приглашен на работу в Школу правительственной связи – подразделение английской разведки, ответственное за взлом шифров. Здесь он впервые столкнулся с тем, что тогда называли «компьютером» – множеством молодых и низко оплачиваемых секретарш, которые сидели за столами в огромных залах и выполняли простейшие арифметические и копировальные операции. Под «программным обеспечением» тогда тоже понималось нечто иное – бумажные карточки с переменными настройками «Энигмы», использовавшиеся немецкими подводниками-радистами. Чтобы ценные сведения не попали к противнику, сами карточки и чернила на них были сделаны из материала, который растворялся в воде в случае затопления подводной лодки. С учетом этого проект «Энигма» идеально подходил Тьюрингу. Здесь его окружали самые разные «ботаники»: фанаты кроссвордов, исследователи иероглифов, палеонтологи и другие ученые «не от мира сего», которые не удивлялись даже тому, что Тьюринг приезжал на работу на велосипеде и в противогазе.

Несмотря на свои чудаковатости, криптоаналитики смогли быстро добиться успеха. Немецкие радисты имели обыкновение шифровать свои сообщения одними и теми же словами, а также начинали почти каждое из них приветствием «Хайль Гитлер», что дало достаточно зацепок для расшифровки радиограмм. В этой работе Тьюринг показал себя не только как гениальный математик, но и как изобретатель дешифрующего устройства, которое окрестили «бомбой».

Однако в 1942 году случилось страшное: немцы добавили к «Энигме» еще 12 роторов, что многократно усложнило расшифровку. Единственная возможность справиться с новым шифром заключалась в том, чтобы существенно ускорить вычислительный процесс, то есть автоматизировать ту работу, которую прежде делали big room girls, девушки за письменными столами в огромных залах. Тут Тьюринг вспомнил о своей встрече с Томми Флауэрсом, молодым инженером Британской почты. Флауэрс тогда показал Тьюрингу автоматические реле собственной конструкции, которые очень впечатлили Алана, потому что напомнили ему его разработки. Флауэрса пригласили в Блетчли-Парк, где находилась Школа правительственной связи, и он присоединился к созданию «Колосса» – чудо-машины для расшифровки «Энигмы». Флауэрс отвечал за техническое оснащение, а Тьюринг – за статистические и математические расчеты. При этом Флауэрсу удалось добиться скорости считывания данных с бумажной ленты в 30 миль в час или 5000 знаков в секунду, что заменяло труд 500 сотрудников. «Колосс» использовал булевы переключатели, описанные в магистерской работе Клода Шеннона, и кодировал буквы пятибитным кодом. 1500 (а в более поздних версиях – 2500) электронных ламп позволяли машине обрабатывать букву всего за одну двухсотмиллионную долю секунды, что ускоряло расшифровку одной радиограммы с нескольких недель до нескольких часов.

Несмотря на то что проект «Колосс» был невероятно успешным и в конечном счете сыграл решающую роль в исходе войны, все воспоминания о нем были стерты после окончания боевых действий. Чтобы машины не попали в руке враждебной коммунистической власти, их уничтожили, а остатки захоронили в выведенных из эксплуатации угольных шахтах. Алана Тьюринга наградили орденом Британской империи, однако взяли с него обязательство не распространяться о работе в военные годы. Он поселился в Манчестере, где возглавил первую компьютерную лабораторию страны и приступил к строительству компьютера на радиолампах. С этого начался проект всей его жизни – создание искусственного интеллекта. Пусть его машина и не отличалась божественной красотой, это не давало ему повода отступиться от идеи создать высший разум, о котором он писал в письмах матери Кристофера: «Почему мы не можем жить и общаться друг с другом как души людей? Зачем нам вообще нужно тело?»