Ngày nay, chúng ta hồ hởi và vui mừng trước những bước tiến của máy tính, điện thoại di động, mạng internet, và trí tuệ nhân tạo. Bài viết này, quay trở lại lịch sử, và vinh danh Alan Turing, người đã khai sinh ra điện toán (Automatic Computing Engine - Máy tính tự động)

PHÁ MÃ ENGIMA
Mật mã - Phần 1: ALAN TURING MỞ RA TƯƠNG LAI ĐIỆN TOÁN (AUTOMATIC COMPUTER)
 

MẬT MÃ

Xuyên suốt lịch sử loài người là các cuộc chiến tranh giành quyền lực. Các danh tướng gây dựng nên đế chế hùng mạnh như: Alexander the Great, Ceasar, Genghis Khan, Saladin … đều chiếm ưu thế để chiến thắng dựa trên các yêu tố:

• Công nghệ Hậu cần tốt hơn đối thủ
• Công nghệ Thông tin tốt hơn đối thủ
• Công nghệ Vũ khí tốt hơn đối thủ

Mật mã chính là một phần quan trọng của công nghệ thông tin; Gāius Iūlius Caesār (Ceasar), năm 100 đến 44 TCN, được biết đến là nhà độc tài quân sự, nhưng Ceasar còn được biết đến như là người khai sinh ra mật mã. Trong mật mã học, mã Ceasar, còn gọi là mật mã dịch chuyển, là một trong những mật mã đơn giản và được biết đến nhiều nhất. Ceasar sử dụng mật mã của mình trong việc trao đổi thư tín và truyền quân lệnh. Trong tình huống thư tín bị rơi vào tay quân địch, ví dụ người truyền tin bị quân địch bắt; thông tin không bị lộ: nếu không biết khóa giải mã sẽ không đọc được.

Trong thời đại của mình, mật mã Ceasar là công nghệ thông tin tối tân nhất.

ENIGMA

Thế chiến thứ 2, Đức Quốc Xã cũng sở hữu một công nghệ mật mã tối tân nhất thế giới - Enigma

Máy Enigma

Enigma được ra đời năm 1918 như là 1 sản phẩm thương mại, tới năm 1926 Hải quân Đức đã mua lại nó và sau đó 3 năm, ĐQX sử dụng rộng rãi với mục đích quân sự. Đây là cỗ máy được dùng để mã hoá tất cả những thư tín liên lạc, giữ bảo mật hoàn toàn các thông tin quân sự của Đức.

Một chiếc máy trông như một máy đánh chữ được đặt trong một hộp gỗ, với hệ thống các bánh xe chữ và bảng cáp điện nhằm hoán vị các chữ cái. Với vẻ bề ngoài tưởng chừng như đơn giản, Enigma che giấu khả năng mã hóa vĩ đại của nó. Enigma không phải cỗ máy mã hóa đầu tiên trên thế giới, nhưng là cỗ máy hoàn thiện nhất thế giới. Nó có khả năng tạo ra 159 triệu triệu triệu khả năng khác nhau.

Nếu có 10 người cùng ngồi thử từng thuật toán mã hoá của Enigma, làm việc suốt 24/7 thì phải mất 20 triệu năm mới giải mã được một bức mật hàm. Trong Thế chiến thứ II, quân Đồng Minh chỉ có tối đa 18 tiếng để giải mã, vì cứ sau nửa đêm các cỗ máy Enigma lại được thông báo thay đổi cấu trúc và tạo thành 159 triệu triệu triệu khả năng hoàn toàn khác.

Máy mã hóa Enigma là một sự kết hợp của các hệ thống cơ khí và điện, cơ điện. Các hệ thống cơ khí bao gồm một bàn phím; một tập hợp các đĩa có bánh răng được gọi là rotor cùng một trục quay nhằm mã hóa những chữ cái thành mật mã và một bảng gồm những bóng đèn nhấp nháy thể hiện những chữ cái được mã hóa đó.

Các rotor hình thành trung tâm của một máy Enigma. Mỗi rotor là một đĩa đường kính khoảng 10 cm được làm từ cao su cứng hoặc bakelite với đồng, lò xo, các chân tiếp xúc điện sắp xếp theo một vòng tròn. Mỗi chân tiếp xúc đại diện cho bảng chữ cái, thường là 26 chữ từ A-Z. Các rotor được gắn trên một trục chính với các chân tiếp xúc vào rotor kế bên.

Khi vận hành, các mật mã viên lắp rotor vào máy và xáo trộn theo một trật tự được báo trước bằng cách quay chúng, sau đó chuẩn bị một bảng cáp điện nhằm hoán vị 6 cặp chữ cái 6 lần. Khi Enigma đã sẵn sàng, các mật mã viên bắt đầu nhập những nội dung trong bức điện vào máy. Tương ứng với mỗi ký tự thì bóng đèn phía trên sẽ phát sáng tương ứng. Nhân viên ghi lại tất cả các ký tự sau khi được mã hóa - lúc này là vô nghĩa - sau đó gửi đi bằng mã Morce. Ở phía người nhận, mật mã viên cũng cài đặt các rotor trong chiếc Enigma của mình, chính xác theo mã khóa của bức điện.

Quá trình dịch được làm ngược lại, từng chữ một và các bóng đèn sáng lên tương ứng với những chữ cái được giải mã. Khi sử dụng, Enigma cần một danh sách các thiết lập hàng ngày và các tài liệu bổ trợ. Các sách mã của Hải quân Đức được in màu đỏ, mực có thể hòa tan trong nước trên giấy màu hồng để có thể dễ dàng hủy nếu có nguy cơ bị bắt giữ. Với khoảng 10 triệu tỉ cách mã hóa khác nhau, Enigma luôn được người Đức tin rằng không ai có thể phá được mật mã của họ.

PHÁ MÃ ENGIMA - ALAN TURING

Trong WWII, Alan Turing là một người tham gia đóng góp quan trọng tại Hut8, Bletchley Park, trong việc phá mật mã của Đức. Ông đóng góp những hiểu biết sâu sắc về việc giải mã cả hai máy Enigma và máy Lorenz, và ông từng là trưởng phòng Hut 8, bộ phận chịu trách nhiệm thu và đọc tín hiệu của hải quân Đức.

Máy bombe của Turing và Welchman

Chỉ trong vài tuần sau khi đến Bletchley Park, Turing đã sáng chế ra một cái máy giải mã cơ-điện giải mã máy Enigma, đặt tên là máy bombe. Máy bombe trở thành dụng cụ chủ yếu dùng để đọc nguồn tin truyền qua lại từ máy Enigma.

Máy Bombe

Máy bombe dò tìm công thức cài đặt của khối quay trong máy Enigma, theo thuật toán nôm na là vét cạn - bruteforce, và nó cần phải có một bộ mã (crib), tức là một dòng chữ chưa mã hóa và một dòng mật mã tương ứng. Với mỗi dự kiến cài đặt của khối quay, máy bombe hoàn thiện một chuỗi các tiến trình suy luận lôgic, dựa vào bộ mã, dùng các cấu kết mạch điện tử đã được lắp ráp. Máy bombe lùng tìm và phát hiện mâu thuẫn khi nó xảy ra, loại bỏ công thức cài đặt gây nên sự mâu thuẫn ấy, rồi tiếp tục lùng tìm một công thức khác, hợp lý hơn. Đa số các công thức cài đặt khả quan đều gây nên sự mâu thuẫn, và bị loại bỏ, chỉ để lại một số ít các công thức khả dĩ để được nghiên cứu chi tiết hơn.

Máy bombe của Turing lần đầu tiên được lắp ráp vào ngày 18 tháng 3 năm 1940. Nhờ nó, mỗi ngày, người Anh giải mã thành công khoảng 3.000 bức điện mật của quân đội Đức chỉ trong vài phút sau khi các dữ liệu chặn thu được nạp vào. Từ thời điểm đó, tất cả các tin nhắn có thể được đọc trong thời gian thực. Có tới 210 bombe Anh được xây dựng trong thời gian chiến tranh và tất cả đã bị phá hủy vào những ngày cuối của cuộc chiến.

Automatic Computing Engine
Mở ra Tương lai điện toán

Từ năm 1945-1947, Alan Turing đã làm việc tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia UK. Tại đây, ông thiết kế máy tính ACE (Automatic Computing Engine - Máy tính tự động). Ngày 19/2/1946, ông đệ trình một bản thiết kế hoàn chỉnh đầu tiên của Anh về máy tính với khả năng lưu trữ lập trình, khởi đầu cho máy tính toán điện tử - điện toán - mà mỗi chúng ta, ngay khi cầm trong tay 1 chiếc smartphone, đọc và thích thú với những dòng thông tin này, chính là đang tận hưởng thành quả của người mở đường Alan Turing.

Tượng đài Alan Turing

TRÍ TUỆ NHÂN TẠO
A.I & Turing Test

Trong thời gian nghỉ ngơi tại Cambridge, Alan Turing tiếp tục làm thêm những công việc trừu tượng, và trong bài viết "Vi tính máy móc và trí thông minh" (Computing machinery and intelligence) - tờ Mind, năm 1950 - ông nói đến vấn đề về "trí tuệ nhân tạo" (artificial intelligence) và đề đạt một phương thức kiểm nghiệm, mà hiện giờ được gọi là kiểm nghiệm Turing (Turing test), một định nghĩa tiêu chuẩn cho một cái máy được gọi là "có tri giác" (sentient) mà các nhà chế tạo A.I mong muốn vượt qua

mới đây, KFK 2060, một con chatbot tự xưng là người đến từ tương lai, tuy là làm mưa làm gió trên mạng xã hội Douban bên Trung Quốc nhưng vẫn chưa vượt qua nổi Turing Test được định nghĩa từ 70 năm trước, bởi chỉ cần tinh ý một chút là đã có thể nhận ra KFK là 1 chát-bót.

nguồn: dev@onyx.vn