Появиха се документи за Delilah – тайното изобретение на Алън Тюринг

На 8 май 1945 година, в Деня на победата в Европа, когато цяла Великобритания празнува капитулацията на Германия, Алан Тюринг и неговият помощник Доналд Бейли се разхождат спокойно в провинцията. Те са работили заедно цяла година в секретна лаборатория за електроника дълбоко в английската провинция. Бейли, млад електроинженер, не знаел почти нищо за паралелните дейности на своя ръководител. Виждал само как Тюринг от време на време се качва на велосипеда си и тръгва на 10 мили по селските пътища към друго секретно съоръжение – Блетчли Парк, което по-късно се оказва център на най-голямата военна операция за разбиване на кодове в историята.

По време на една спирка за почивка на горска поляна Бейли не се сдържа да не попита:

„Е, войната свърши – сега е мирно време, сега можеш да ни разкажеш всичко“.

„Не бъди глупав.“

отговорил му Тюринг

Както си спомня Бейли 67 години по-късно, това е бил краят на разговора. Днес работата на Тюринг по разбиването на шифри вече не е тайна. Той е признат за един от основателите на компютърните науки и пионер в областта на изкуствения интелект. Доскоро обаче постиженията му в областта на електротехниката оставаха в сянка.

През ноември 2023 година всичко се променя – на лондонски търг за почти половин милион долара е продадена огромна колекция от военни документи, наречена „документите Бейли“.

Архивът съдържа десетки листове с ръкописни бележки на учения за свръхсекретния инженерен проект Delilah, с който Тюринг се занимава от 1943 до 1945 година. Системата, кръстена на библейската измамница на хората е първата преносима разработка за криптиране на глас. Сред документите се намират и записки на речта на Тюринг. Записките оцеляват само благодарение на Бейли, който грижливо ги съхранява до смъртта си през 2020 година след като надживява Тюринг с 66 години.

След като научава за предстоящата продажба на документите, Британското правителство незабавно забранява изнасянето им от страната. Властите обявяват архива за важна част от националното наследство и решават, че то трябва да бъде запазено „за британски купувач“. Преди продажбата през ноември аукционната къща се обърна към специалисти за помощ при идентифицирането на документите. Така „Документите Бейли“ отвориха нова, непозната досега страница в биографията на великия Тюринг.

През годините на войната Тюринг прави важен преход от теория към практика.

Документите показват развитието му от предвоенните изследвания в областта на математическата логика и теорията на числата до потапянето в света на електронните схеми и инженерните изчисления. Тогава той осъзнава, че следващата граница на криптографията ще бъде криптирането на речта. Съществуващите по това време шифровъчни машини – японската Purpur, британската Typex и известните немски Enigma и Teletip SZ42 – работят само с печатен текст. Командирите обаче се нуждаели от по-удобен начин за комуникация, така че сигурната гласова комуникация станала приоритет за военните разработчици.

Първата система за шифроване на реч, SIGSALY, създадена от Bell Labs по поръчка на американската армия през 1942-1943 гoдина е изумителна по своите размери. Машината е тежала повече от 50 тона и е заемала цяла стая. Тюринг, запознат със системата си поставя амбициозната цел да намали нейния размер. Така се появява Delilah – компактна технология от три устройства с размер на кутия за обувки всяко. С общо тегло от едва 39 килограма, включително захранването, тя лесно може да се побере в камион, окоп или дори в голяма раница.

Тюринг започва работа по проекта през 1943 година в барака в Хенслоуп Парк – секретно военно съоръжение в английската провинция. Първите две години са много плодотворни.

Ученият се настанил в стара вила, хранел се във военната столова и според спомените на командира на подразделението „бързо се присъединил към екипа“. През 1944 година екипът се допълва от млад специалист – наскоро завършилия Бирмингамския университет Доналд Бейли, който има бакалавърска степен по електроинженерство. Двамата бързо намират общ език и работят по „Delilah“ до есента на 1945 година. В тази малка общност на Блетчли Парк и Хенслоуп Тюринг бил наричан от всички просто „професор“.

Възхищавах се на оригиналността на мисленето му – разказва Бейли през 90-те години. – „Той ми предаде толкова много знания, че все още се чувствам благодарен.“ На свой ред Бейли учи Тюринг на практическите аспекти на работата в лабораторията. Когато за първи път видял схемите на шефа си, които приличали на „паяшко гнездо“, младият инженер му дал истински курс по сглобяване на електронни схеми за млади бойци.

Година по-късно, когато войната в Европа била към своя край, съвместните им усилия се увенчали с успех – прототипната система била готова за работа.

По оценка на Бейли устройството „напълно оправдало очакванията“ и било „една от първите системи, изградени на строги криптографски принципи“. При разработването на системата за криптиране на глас Тюринг използва опита си с машини за шифриране на текст. Той се интересува особено от германската шифровъчна машина SZ42, която екипът му разбива в Блетчли Парк. Тази машина се различава значително от известната Енигма. Докато Енигма предавала шифровани букви в морзовата азбука чрез светлинно табло, SZ42 била директно свързана с телетип и използвала 5-битов телеграфен код. Този подход е позволявал да се шифроват не само букви, но и числа с препинателни знаци.

SZ42 е организирана на прост принцип: върху изходния текст се наслагва верига от маскиращи символи – ключът. Например при криптирането на немската заповед ANGREIFEN UM NUL NUL UHR (Атака в нула часа) машината използвала маскираща последователност Y/RABV8WOUJL/H9VF3JX/D5Z. Тя последователно добавяла 5-битови кодове на знаци: първата буква от текста „A“ със знака „Y“, втората буква „N“ със знака „/“ и т.н. Изходът бил криптираното съобщение PNTDOOLLHANC9OAND9NK9CK5.

Delilah криптирала речта по подобен начин, само че вместо маскиращи символи се използвала поредица от псевдослучайни числа. Те се генерирали от специално устройство, в което пет въртящи се диска работят заедно със сложна електронна схема. Както и в SZ42, устройствата в двата края на комуникационната линия трябваше да произвеждат едни и същи ключове по едно и също време. В разсекретен доклад Тюринг и Бейли признават, че синхронизирането на осцилаторите се е оказало една от най-трудните задачи.

Процесът на криптиране започва с преобразуване на аудиосигнала в последователност от числа – това, което днес се нарича аналогово-цифрово преобразуване.

Всяко число съответства на напрежението на сигнала в определен момент от време. Към тези числа се добавят стойностите от ключовата последователност. При добавянето се е използвал специален метод – цифрите, които е трябвало да бъдат преместени към следващата цифра са били изхвърляни, което е подсилвало криптирането. Получената поредица от числа представлявала криптиран речеви сигнал, който се предавал на приемащата Delilah. След това се осъществявал обратният процес: изваждане на ключа и превръщане на числата обратно в звукови вибрации.

Качеството на възпроизведената реч оставяла много да се желае – в звука имало свистене и шумове, въпреки че думите все пак можели да се разберат. Имало и технически неизправности – в доклада си Тюринг и Бейли, с характерния британски хумор споменават „внезапни изпуквания, напомнящи изстрел от пушка“. Въпреки това системата е успешно тествана със запис на речта на Уинстън Чърчил, което доказва, че е работеща система.

До края на войната обаче военното ръководство губи интерес към проекта. Скоро след победата работата по Delilah е прекратена.

Двугодишното потапяне на Тюринг в електротехниката не е било напразно – натрупаният опит му е бил полезен при проектирането на електронни компютри. Този период от работата му е илюстриран с материали от „документите Бейли“: лабораторен дневник, много разпръснати листове и перлата на колекцията – дебела папка с пръстеновиден механизъм.

В намерения лабораторен дневник със зеленикаво-сиви страници Тюринг записва подробно всичките си експерименти. Първите записи на негова ръка описват работата с мултивибратор – устройство, което създава електрически импулси с определена форма. Тюринг изучава тези импулси с осцилоскоп. Следващата страница, озаглавена „Измерване на функцията на Хевисайд“ съдържа резултатите от измерванията на напрежението в различни части на тази схема.

Мултивибраторите се оказали ключов елемент от проекта – те били част от ключовия генератор, най-важната част от Delilah. В допълнение към петте механични диска генераторът включвал осем такива електронни схеми. Заедно с допълнителните устройства те осигурявали висока степен на случайност при създаването на ключа за криптиране. Интересно е, че и днес мултивибраторите продължават да се използват в криптографията.

По-нататък в документите са описани тестове на други части на Delilah: системата за импулсна модулация, хармоничен анализатор, вериги за обработка на сигнали, радиочестотни компоненти и антени. До март 1944 година когато Бейли се присъединява към проекта, всички записи се водят от самия Тюринг. След пристигането на асистента това задължение преминава върху него. Документите Бейли разкриват един различен Тюринг – записките от лекциите на Тюринг на практика представляват учебник по висша математика за конструктори на електронни схеми, макар че днес, разбира се са безнадеждно остарели.