Аллан Тьюринг

Самой знаменитой в мире премией за научные заслуги является, несомненно, Нобелевская премия. Она основана известным промышленником и изобретателем Альфредом Нобелем (Alfred Bernhard Nobel; 1833 — 1896). Премию вручают с 1901 года за выдающиеся успехи в области естественных наук: физики, химии, биологии или медицины. Еще две Нобелевских премии вручают за свершения в гуманитарных областях: за достижения в области литературы и за усилия, прилагаемые в борьбе против войн на планете.

Альфред Нобель был человеком своего времени. Того времени, когда наука и техника буквально в течении жизни одного поколения изменили мир. Каждый человек стал жить более счастливо. То есть, и более сыто, и более весело, и гораздо дольше, чем его предки. (Существенное ограничение – это был человек, живущий в Европе или в Америке). А всё человечество сделалось неизмеримо более могучим. (Тогда казалось, что всемогущим). Именно из-за того, что жизнь детей совсем перестала походить на жизнь родителей, возникло понятие прогресса, который ведёт к счастью каждого, а через это и к счастью всех.

Деятельность Альфреда Нобеля существенно способствовала этому самому научно-техническому прогрессу. Изобретённый им динамит, взрывчатое вещество на основе нитроглицерина, как это не покажется странным, первым делом был использован в дорожном строительстве и в прокладке туннелей. Нитроглицериновый порох и боевая взрывчатка были придуманы уже позже и не Нобелем. Поэтому-то богатейший фабрикант Европы решил бо́льшую часть своего состояния использовать на поощрение тех отраслей науки и общественной жизни, которые содействовали бы прогрессу человечества.

Ясно, что список, составленный Нобелем, был весьма субъективен. Поэтому, во-первых, были сделаны попытки расширить этот список новыми областями науки. Начиная с 1969 года, одновременно с перечисленными пятью премиями вручается еще одна, за достижения в области экономики. Деньги для фонда, из которого выплачивается эта премия, выделены Государственным банком Швеции. И, чтобы не путать, премию по экономике называют не Нобелевской, но премией памяти Нобеля. 

Утверждение еще одной нобелевской номинации стало прецедентом. Встал вопрос: а не расширить ли круг полезных наук и искусств, достижения в которых будут представляться к награждению самой знаменитой в мире премией? Но правление Нобелевского фонда решило не добавлять себе работы и «заморозило» дальнейшее увеличение количества номинаций.

Аллан Тьюринг завершает марафонский пробег, Суррей, Великобритания, 1946

Однако, был и второй путь. Число благотворителей, которые хотели, по примеру Нобеля, своими деньгами способствовать развитию науки, техники и культуры, не уменьшалось. Поэтому в настоящее время во многих областях человеческой деятельности имеются свои престижные премии, которые иногда называют аналогами «Нобелевки». А сумма награды в этих премиях иной раз выше суммы Нобелевской премии. Тут и Абелевская премия для математиков, и премия Вольфа, которая в области науки часто считается второй по престижности после Нобелевской премии, и медаль Джона Бейтса Кларка для молодых американских экономистов, и медаль Копли, которой британское Королевское общество награждает лучших по его мнению естествоиспытателей.

В 1966 году для ученых, добившихся больших достижений в области компьютерных наук, была учреждена премия Тьюринга. Учредителем премии стала старейшая, наиболее влиятельная и самая крупная международная организация в компьютерной области, Ассоциация вычислительной техники. Спонсором премии Тьюринга является компания Google, а ее премиальный фонд составляет 1 миллион долларов.

Кто такой Аллан Тьюринг (Alan Mathison Turing; 1912 —1954)? Выдающийся английский математик и криптограф. Про него был снят художественный фильм, «Игра в имитацию». Фильм интересный. Еще бы не быть ему интересным! Расшифровка кода немецкой шифровальной машины «Энигма» – пожалуй, самый увлекательный эпизод из жизни А. Тьюринга. И один из немногих эпизодов Второй мировой войны, когда миллионы жизней были спасены не силой оружия, а силой логики и остротой ума.

Схема шифровальной машины Enigma

Прообразом «Энигмы» являлась электромеханическая шифровальная машина, придуманная в начале 1920-х годов в Германии. Изобретатель предполагал использовать такие машины для шифровки банковской переписки. Но очень скоро это изобретение оценили военные и стали применять аналогичные устройства для шифрования сообщений как на оперативном уровне (батальон, полк, дивизия), так и на уровне Генерального штаба.

Собственно, шифровальная машина состояла из следующих частей:

1. Клавиатуры (Keyboard)

2. Штеккерной панели (Plugboard)

3. Шифровальных дисков (Rotors)

4. Отражателя (Reflector)

5. Ламповой панели

Как действовала шифровальная машина?

При нажатии клавиши в сеть отправлялся электрический сигнал. Сигнал проходил через штеккерную панель. Штеккерная панель «перепутывала» в определенном порядке сигналы, поступавшие с клавиатуры. На вход панели поступал сигнал, соответствующий клавише, нажатой на клавиатуре. На выходе, благодаря переключениям, сделанный с помощью штеккеров на штеккерной панели, возникал сигнал, соответствующий совсем другой клавише. Это добавляло ещё один уровень шифрования, дополнительно осложнявший расшифровку. После штеккерной панели сигнал направлялся на несколько шифровальных дисков. Обычно их было три. Каждый из шифровальных дисков сдвигает букву на определённое количество позиций в алфавите. Роторы проворачиваются на один шаг после каждого нажатия клавиши. Тем самым для каждого передаваемого символа обеспечивается свой сдвиг, что ещё сильнее затрудняет дешифровку. Пройдя через шифровальные диски, сигнал достигает отражателя, который перенаправляет его обратно через те же роторы и штеккерную панель. Однако теперь сигнал идёт по совершенно иному пути. Таким образом добавляется ещё один слой шифрования. Из штеккерной панели сигнал поступает на одну из лампочек, которая загорается и демонстрирует букву – результат шифровки. 

Памятник Аллану Тьюрингу в Блечли парк, где он работал в годы Второй мировой войны

Блок дисков обеспечивал сложные перестановки букв передаваемого сообщения. Один диск совершал в определенном порядке попарную перестановку всех букв алфавита, следующий производил еще одну перестановку, следующий – еще... То, какой сигнал появится на выходе блока шифрующих дисков при известном входном сигнале, можно было определить, только зная взаимные положения всех дисков. Таблица соответствия выходных и входных сигналов называлась ключом шифра. Задача дешифровщиков состояла в определении ключа.

При этом любое изменение взаимного положения шифрующих дисков радикально изменяло ключ. Как следствие, всю уже проделанную работу по дешифровке следовало начинать сначала. Немцы регулярно меняли положение дисков. Непосредственно перед изменением об этом сообщали корреспонденту, чтобы и он тоже смог правильно установить диски своей шифровальной машины. После чего секретная переписка могла продолжаться.

Обычно замена ключа производилась в начале суток. Но иногда положение дисков меняли для передачи только одного сообщения. Вообще сообщения старались передавать короткие, чтобы при перехвате в руки дешифровальщиков не попало достаточной информации для расшифровки.

«Война шифров» шла параллельно с реальными боевыми действиями. С началом Второй мировой войны немецкие подводные лодки попытались отрезать Британские острова от стран-союзников и от колоний. Они топили военные и транспортные суда Великобритании. Связь между базами и подводными лодками поддерживалась с помощью шифровальных машин «Энигма». Таким образом, взлом немецких шифров стал для англичан жизненно важной задачей.

А. Тьюринг решил эту задачу. Он разработал алгоритм перебора вариантов, который позволял расшифровывать перехватываемые шифровки. На основе этого алгоритма было построено первое электромеханическое счетное устройство, которое по заранее заданной программе производило необходимый перебор вариантов и делало это гораздо быстрее человека. Принцип счетной машины, работающей по заранее заданной программе, был разработан А. Тьюрингом еще до войны. В 1936 году он формализовал понятие алгоритма. А. Тьюринг придумал абстрактную вычислительную машину, которую с тех пор так и называют, «Машиной Тьюринга». Машина Тьюринга – универсальная модель компьютера общего назначения, который может производить любые вычисления по заранее заданной программе. Большинство современных компьютеров являются счётными машинами, работающими по принципу, который предложил Алан Тьюринг. Нечего и спорить о том, что они сделали наш разум во много раз сильнее и производительнее.

К счастью, Энгельс не написал такой книги

Сами компьютеры тоже значительно «поумнели». Искусственный интеллект из области фантастики и философских рассуждений переместился в сферу практики. Например,  две иллюстрации в этой статье нарисованы искусственным интеллектом. Вы сможете определить, какие это иллюстрации? Ещё в одной из иллюстраций искусственный интеллект позволил определить, что за картина изображена на обложке («Юнгштурм», художник Иван Сергеевич Куликов, 1929), и тут же обрадовал неправильным сообщением о том, что юнгштурм был молодёжным подразделением НСДАП, а не коммунистической партии Германии. Что же, любому интеллекту свойственно ошибаться. Искусственному тоже.

Возвращаясь к герою этой статьи. Именно А. Тьюринг первый задумался над вопросом «Может ли машина мыслить?» В 1950-м году он опубликовал статью под таким вызывающим названием.

Статья начинается, пожалуй, с формулировки одного из главных философских вопросов, которые ставило перед собой человечество:

«Я собираюсь рассмотреть вопрос: могут ли машины мыслить. Но для этого нужно сначала определить смысл терминов «машина» и «мыслить».»

Может показаться странным, но вопрос этот, довольно абстрактный, стал очень важен в то же время в другой стране. И, можно сказать, что его правильное решение спасло много жизней. Расскажем об этом подробнее.

После Второй мировой войны товарищ Сталин задумал устроить Третью мировую, с применением атомного оружия. А для этого, первым делом следовало сплотить ряды и наказать всяких разгильдяев-интеллигентов. Для этого в конце 1940-х годов партийные философы начали непримиримую борьбу с буржуазным влиянием на сознание советского человека.

Для начала проехались по театральным критикам, по кинорежиссёрам, по композиторам. Опера «Великая дружба» В. Мурадели была, конечно, совершеннейшая верноподданическая гадость. Но, оказывается, товарищ Мурадели не учёл взглядов товарища Сталина на вопрос взаимодействия кавказских народов. И опера, которой готовили всесоюзную премьеру, стала предметом разгромного осуждения. Товарищ Мурадели покаялся и был прощён, однако кое-кто поплатился и работой, и свободой. 

Потом взялись за науку. Лысенковщина, то есть расправа «народного академика» Т. Д.  Лысенко с вредителями генетиками, которые распространяли неправильные философские взгляды в биологии, прошла в целом успешно. Многие враги были изгнаны из науки, а иногда из жизни. Советской биологии этот успех марксистско-ленинской философии дорого стоил. Так же, как победа нацистской идеологии нанесла огромный ущерб немецкой физике. Но ни у кого не было желания в этом разбираться. Лагерный закон «не тебя дерут – не подмахивай» уже начал своё победное шествие по университетам и академическим институтам.

Аллан Тьюринг. Портрет, нарисованный искусственным интеллектом

Оглядевшись окрест, философы-разбойники обратили внимание на математиков, которых раньше трогать опасались. Ведь эти блаженные такими заумными вещами занимаются – не подступишься! Но тут прошёл слух, что кто-то из математиков и примкнувших к ним электротехников начал разрабатывать считающие машины. Точь-в-точь как это делалось на буржуазном Западе. Это очевидно противоречило всем вызубренным философским доктринам. Ни Маркс, ни Энгельс, ни Ленин не разрешили вопрос о том, может ли машина мыслить. А товарищ Сталин точно знал, что машина мыслить не может, машина ездить должна. Так что его реакция на эти споры казалась однозначной.

Те немногие учёные, которые подбирались к созданию электронных вычислительных машин (ЭВМ) оказались в серьёзной опасности. Бо марксистско-ленинская философия никаких Тьюрингов не признаёт. Только хардкор, только «Анти-Дюриг»!

И тут на абстрактный вопрос «Может ли машина мыслить?» был дан правильный ответ.

В то время СССР обзавёлся ядерной бомбой и теперь полным ходом велись работы по созданию термоядерного оружия. Той самой водородной бомбы, одной которой хватит на то, чтобы превратить, скажем, Нью-Йорк в пресловутый радиоактивный пепел. Спасибо товарищу Сахарову. С другой стороны, другие коллективы учёных, упакованных в секретные институты, ковали ракеты-носители для переноса термоядерных зарядов на другую сторону земли. Спасибо товарищам Королёву и Келдышу.

К счастью оказалось, что для решения этих двух очень нужных советской стране задач ЭВМ крайне необходимы. Бог с ней, с марксистско-ленинской философией, но на арифмометре «Феликс» ни термоядерную реакцию не рассчитаешь, ни межконтинентальной ракетой управлять не сможешь. Не обойтись без электронных вычислительных машин! Буржуазного слова «компьютер» тогда в СССР не знали. Впрочем, и в США оно только нарождалось. Так вот, руководители ядерного и космического проектов пожаловались куратору, Лаврентию Павловичу Берия, что философы мешают, прямо за руки хватают. Товарищ Берия сказал резвым идеологам: «Кыш!» и прогнал их под лавку. Вот такое было найдено большевистское решение сложных философских вопросов.

Следует заметить, что товарищ Сталин трактовал слово «машина» сосем не правильно. Под термином «машина» имеется в виду машина Тьюринга, то есть идеальный прообраз компьютеров. И Тьюринг поставил вопрос следующим образом: можно ли запрограммировать компьютер так, чтобы никакой сторонний наблюдатель не смог по результатам работы, отличить, кто эту работу выполнил, человек или вычислительная машина. Ответ на этот вопрос дается положительный. То есть, искусственный интеллект – не придумка фантастов, а вполне достижимая реальность. Хотя это не совсем интелект.

Премией Тьюринга награждают как раз тех, кто, приближая эту реальность, трудится в области информатики. Среди лауреатов премии Тьюринга – разработчики компиляторов с «древних» и славных языков программирования, Алгол и Фортран, а также Николас Вирт, придумавший язык программирования «Паскаль». Языки программирования сделали профессию программиста массовой. С их помощью написать программу для компьютера мог каждый. Создатели других языков программирования также попали в число лауреатов премии Тьюринга.

Лауреатами премии Тьюринга стали и те, кто придумал и обустроил Интернет. Высокую награду получили изобретатели главного протокола Интернета, TCP/IP. Тим Бернерс-Ли, который придумал протокол обмена мультимедийной информацией HTTP, благодаря чему появились Интернет-браузеры, получил премию Тьюринга в 2016 году. В 2002 году лауреатами премии Тьюринга стали криптографы, которые придумали систему шифрования с открытым ключом RSA. Эта система – основа современной компьютерной криптографии, благодаря которой стал возможен обмен секретной информации по открытым сетям Интернет. А её название – это аббревиатура фамилий трёх её разработчиков, Рональда Райвеста (Ronald L. Rivest), Ади Шамира (Adi Shamir) и Леонарда Эдлмана (Leonard Adleman).

Премия Тьюринга – очень уважаемая награда среди дерзких погонщиков микропроцессоров и повелителей нейронных сетей. Тех, благодаря кому, время в который раз ускорилось, уплотнилось, и мы получили реальную возможность прожить не одну жизнь, а сразу несколько.