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密碼戰:二戰時,數學家如何改變戰爭走向

第二次世界大戰即將開打,數百萬人將因此喪生。在一個隱藏在波蘭政府大樓內部深處的密室裡,三個人瘋狂地破譯德國密碼。如果他們成功,數百萬人的生命將得到拯救;如果他們失敗了,納粹將永遠統治世界。

第一次世界大戰後,波蘭終於獲得了獨立。但該國知道敵人在其邊界附近等待。似乎他們的鄰居想要奪回波蘭人奮力保衛的土地。波蘭領導人知道他們需要比敵人領先一步。為了做到這一點,他們需要破譯加密的敵方通訊。這將使他們能夠為任何事情做好準備。不幸的是,在1919年波蘇戰爭期間,俄羅斯軍隊入侵該國時,戰爭比預期來得早。但由於他們的遠見卓識,波蘭成立了密碼局。為該組織工作的人員都是天才,他們能夠輕鬆破譯俄羅斯人的神秘資訊。自第一次世界大戰以來,俄羅斯人就沒有改變他們的加密策略,因此波蘭密碼學家能夠輕鬆攔截和破譯俄羅斯的軍事通訊。這讓他們始終領先一步,1921年在華沙戰役中,波蘭宣佈戰勝入侵軍隊。

波蘭密碼局在贏得戰爭中發揮的重要作用並沒有被忽視。很明顯,在未來的任何衝突中,破譯密碼都是獲勝的關鍵。波蘭有這種遠見對世界其他地區來說是幸運的,因為軸心國即將席捲歐洲。世界將陷入混亂,數百萬人將失去生命。然而,如果沒有波蘭接下來採取的行動,盟軍可能已經輸掉了戰爭,我們現在都將生活在納粹獨裁統治中。

1924年,波蘭人截獲了德國海軍在其通訊中使用的一種新型加密資訊。這顯然讓波蘭感到擔憂,因為第一次世界大戰期間德國對他們並不是很友好。更糟糕的是,德國的軍隊正以指數級的速度增長。人們認為,無論德國人計劃如何,新的加密都可能是個壞訊息。波蘭密碼局立即著手破譯這個新的恩尼格瑪密碼。當德國密碼似乎無法破解時,密碼學家就知道有麻煩了。在此之前,他們幾乎能夠攔截和破譯任何他們能接觸到的德國通訊。

波蘭團隊直到現在才遇到破解德國密碼的問題。他們後來發現這一切都與德國人開發的一種名為恩尼格瑪機器有關。恩尼格瑪機器本身並不新鮮。它是在第一次世界大戰結束時由一位名叫亞瑟·謝爾比烏斯的德國工程師發明的。它實際上是一種商業密碼機,軍方已經對其進行了修改,以使他們的密碼更難破解。機器接收訊息並將它們打亂成隨機字母串。如果沒有謎機來解讀訊息,加密的訊息就無法破譯。加密過程中有多個階段會更改字母並隨機化程式碼。波蘭人和歐洲其他國家都知道他們有麻煩,除非他們能弄清楚如何破解德國人使用的密碼。

密碼戰:二戰時,數學家如何改變戰爭走向

來自英國、法國和波蘭的語言學家團隊夜以繼日地研究如何破譯恩尼格瑪。但他們就是無法破解它。這是波蘭密碼局意識到也許他們一直在接近解密方法都是錯誤的。也許無法使用他們和其他所有地區一直使用的語言學方法來破解密碼。在瀏覽了他們的選項並集思廣益後,波蘭軍方決定將無線電情報辦公室新增到密碼局。他們的新任務很簡單:以任何必要的方式破解恩尼格瑪。密碼局現在由格維多·蘭傑少校和Ciężki上尉領導。Ciężki深信為了破解恩尼格瑪,波蘭人需要擺脫語言學的方法,引入數學家。破解加密資訊的關鍵不是隱藏在字母中,而是隱藏在數字中。Ciężki在波茲南大學教授了一門關於密碼學的課程,他在課堂上遇到了三位在該領域表現出色的學生。他們的名字是雷耶夫斯基、喬治和亨利·齊加爾斯基。這三個人都已經開始使用數學來破解密碼。他立即將他們帶到密碼局,並讓他們破解恩尼格瑪。

在經歷了數月的挫折之後,進展甚微,團隊終於得到了喘息的機會。法國盟友掌握了高度機密的德國檔案。其中一份檔案是恩尼格瑪機器的手冊。波蘭人已經假設德國人正在使用某種裝置來編碼他們的資訊,但不知道它是什麼,也不知道它是如何工作的。但這一切即將改變。法國人與英國人和波蘭人分享了這本手冊,他們立即開始使用它來找出德國人用來編碼資訊的確切方法。既然年輕的波蘭密碼團隊有了手冊,他們就能夠在如何生成程式碼方面取得進展。是瑪麗安·雷耶夫斯基終於弄明白了恩尼格瑪機器內的轉子和連線是如何工作來打亂資訊的。這使得密碼局能夠製造德國恩尼格瑪機器的複製品。他們終於離破解密碼更近了。

然而,該團隊發現僅僅擁有機器是不夠的,因為破解加密訊息花費了太多時間。雷耶夫斯基也為此制定瞭解決方案。他和團隊製造了一種稱為“炸彈”的機電機器,可以加快解密過程。 學家們終於做到了。他們破解了恩尼格瑪,可以快速破譯德語資訊。

但隨後發生了令人難以置信的令人沮喪的事情。德國人要麼發現他們的資訊不再安全,要麼有人向他們洩露了資訊,因為他們在他們的機器上添加了另一套加密裝置。波蘭密碼團隊再次陷入黑暗。1936年,隨著第二次世界大戰迫在眉睫,德國人開始更頻繁地更改恩尼格瑪機器中轉子的設定。以前轉子是數月保持不變的。然後,當他們確實發生變化時,波蘭數學家找出新設定並再次開始破譯訊息只是時間問題。然而現在,德國人每天都在更換機器中的轉子,波蘭人跟不上。密碼局似乎又回到了起點。不僅轉子不斷變化,而且德國人還在機器的鍵盤上添加了另一層加密,增加了資訊編碼方式的數量。雷耶夫斯基和他的團隊日以繼夜地工作以調整他們自己的機器,這將使他們能夠再次破譯德國之謎。

他們的辛勤工作得到了回報,到1938年,波蘭密碼局可以解碼大約75%的德語資訊。然而,德國人不斷在他們的程式碼中新增加密層。雷耶夫斯基和他的團隊跟上變化,並圍繞新的編碼層開發了方法。1939年,他們可以破解大約95%的德語資訊的密碼。然後不可思議的事情發生了。隨著1939年的進展,波蘭密碼局破譯了越來越多來自德國的軍事通訊,這些通訊表明戰爭迫在眉睫。他們知道他們的國家將被入侵,而且由於歐洲其他地區正在認真對待新的納粹威脅,波蘭人需要做出艱難的選擇。

他們是否應該緊緊抓住他們自己完成的所有辛勤工作?或者他們應該將他們的密碼團隊、解密器送到國外,交給法國人和英國人嗎?隨著9月1日臨近,入侵即將開始,波蘭人做出了決定。密碼局將他們所有的工作和機器交給了,法國密碼主管古斯塔夫·伯特蘭和英國密碼團隊的負責人阿拉斯泰爾·丹尼斯頓。一旦法國人和英國人獲得了密碼局的資源,他們就意識到波蘭人在破譯納粹資訊方面比他們領先了數年。造成這種情況的主要原因是雷耶夫斯基、喬治和亨利·齊加爾斯基在他們的方法中使用的數學密碼破解。

在過去的幾年裡,法國人和英國人繼續使用語言基礎來嘗試破解恩尼格瑪密碼,但進展甚微。正是波蘭人的資訊和機器使軸心國使用的程式碼在未來取得突破。納粹繼續修改他們的機器和加密,但波蘭團隊為法國人,更重要的是英國人提供的基礎,使他們能夠製造出有助於結束戰爭從而挽救數百萬人生命的機器。這臺機器是布萊切利公園的Colossus計算機,它讓艾倫·圖靈和他的團隊能夠破譯軸心國在二戰期間使用的恩尼格瑪。

密碼局的工作還讓英國團隊最終破解了德國洛倫茲密碼,該密碼更加複雜,並在戰爭快結束時才被納粹使用。如果圖靈和他的團隊沒有波蘭數學家建立的基礎,戰爭可能會以截然不同的方式結束。即使盟軍贏得了第二次世界大戰,也需要更長的時間,而且傷亡人數也會更多。幸運的是,由於波蘭的密碼破解者,這並沒有發生。

隨著二戰的結束,密碼局的英雄們幾乎被遺忘了,大家只關注計算機科學之父艾倫·圖靈破譯的德國密碼的故事。最近,波蘭政府努力使瑪麗安·雷耶夫斯基、耶日·羅茨基和亨利克·齊加爾斯基的成就為世界所知。他們的貢獻終於得到了認可,甚至在布萊切利公園外為他們設立了一塊牌匾。

分類: 遊戲
時間: 2021-12-05

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