Průkopníci informačního věku (6.): Alan Turing

Hardware |

Víte, kdo se může pyšnit titulem „otec moderní informatiky“? Zajímá vás, kdo stojí za základy moderní počítačové architektury a zásadně se podílel na prolomení šifry Enigma? Zavítejte s námi do historie!

Průkopníci informačního věku (6.): Alan Turing




Víte, kdo se může pyšnit titulem „otec moderní informatiky“? Zajímá vás, kdo stojí za základy moderní počítačové architektury a zásadně se podílel na prolomení šifry Enigma? Zavítejte s námi do historie!

 

„Pan Turing se musel potýkat s tehdejšími zákony a my to nemůžeme vrátit. Zacházelo se s ním nespravedlivě a já jsem potěšen, že teď můžu vyjádřit, jak mě to mrzí, a mohu se omluvit.“ Tato slova řekl v minulém roce britský ministerský předseda Gordon Brown v oficiální omluvě britské vlády, která se týkala tragického osudu britského matematika Alana Turinga. O očištění Turinga žádala vládu petice, kterou inicioval počítačový odborník John Graham-Cumming. Za pouhý měsíc se k ní připojilo 26 tisíc lidí včetně řady vlivných britských vědců a spisovatelů. Jméno „otce moderní informatiky“ se tak opět dostalo na přední stránky světového tisku. Přesto není od věci si životní cestu tohoto obdivuhodného muže připomenout.

Alan Turing se narodil 23. června 1912 v Londýně. Jeho otec byl pracovníkem státní správy v Indii (tehdy britské kolonii), matka byla irského původu a mezi jejími předky bylo několik význačných přírodovědců. Rodiče žili v Indii (kam se Turing ani jeho o tři roky starší bratr nikdy nepodívali), takže své dětství trávil především ve společnosti chův a vychovatelů. Ve čtrnácti letech byl přijat na internátní Shelborne School v Dorsetu.

Ta však přinesla zklamání. Nesmělý, neohrabaný chlapec měl problémy s vyjadřováním i koordinací pohybů a brzy se stal terčem posměchu a šikany. Z tohoto důvodu se spolužáků stranil a unikal do vysněných světů. Zatímco v anglickém jazyce a latině měl takřka nejhorší výsledky, v matematice a přírodních vědách vynikal. Učitele matematiky několikrát udivil svou schopností vyřešit složité příklady nikoli podle běžných a vše­obecně uplatňovaných postupů, nýbrž na základě vlastní úvahy. Později se Turing seznámil s Christopherem Morcomem, který se rovněž zajímal o přírodní vědy a který se stal jeho jediným skutečným přítelem. Vedli spolu dlouhé diskuze o vědeckých teoriích a objevech, o Einsteinově teorii relativity a kvantové mechanice. Díky tomuto přátelství se v Turingovi podnítila intelektuální zvídavost, radost z objevování, ale zároveň mělo pro něj i hluboký citový dopad – uvědomil si svou odlišnost spočívající nejen v chování charakteristickém pro tzv. Aspergerův syndrom, ale i homosexuální orientaci. „Byla to jeho první láska,“ napsal Andrew Hodges, autor jedné z prvních a dodnes uznávané Turingovy biografie. „Patřil k ní pocit podlehnutí a zjitřené pozornosti…“

Když Christopher v roce 1930 zemřel na tuberkulózu, byla to pro mladého Turinga nečekaná rána, z níž se dlouho nedokázal vzpamatovat. Aby uctil památku milovaného přítele, rozhodl se, že půjde v jeho stopách. Že se bude věnovat vědecké činnosti, což jeho příteli, který již před ním získal stipendium na univerzitě v Cambridge, náhlá smrt znemožnila.

Turingův stroj

Rok nato byl Turing napodruhé přijat na King´s College v Cambridgi, kde se započala jeho obdivuhodná vědecká kariéra. Ústřední téma, které matematiky v těch letech ovládalo, se týkalo problému nerozhodnosti (Entscheidungsproblem), což byl pojem zavedený německým matematikem Davidem Hilbertem. Tento problém spočíval v otázce, zda existuje postup (algoritmus), který by uměl rozhodnout, jestli je dané matematické tvrzení v daném formálním jazyce pravdivé nebo nepravdivé. Kurt Gödel vyjádřil domněnku, že takový postup neexistuje, což vyvolalo mezi matematiky pozdvižení.

Jestliže se dosud teoreticky předpokládalo, že lze nalézt odpověď na všechny matematické otázky, Gödel se domníval, že musí existovat určité množství otázek, jež stojí mimo dosah logického důkazu, takzvané nerozhodnutelné otázky. Protože matematika byla dosud považována za všemocnou disciplínu, bylo toto zjištění pro většinu matematiků šokující. Disku­tovalo se zejména o tom, jak identifikovat nerozhodnutelná tvrzení.

Šestadvacetiletý Turing do této debaty přispěl článkem O vyčíslitelnosti (On Computable Numbers), který se záhy stal jedním z nejvlivnějších matematických textů první poloviny 20. století. Kladl si v něm otázku, jak je to s výpočetními postupy. Zda je možné podle každého výpočetního algoritmu také dovést výpočet ke konci. Jinými slovy, Turing problém vyčíslitelnosti rozložil na jednotlivé kroky. Aby identifikoval nerozhodnutelné otázky, navrhl koncept abstraktního stroje, jehož základní vlastnosti jsou jádrem všech moderních počítačů. Toto zařízení, označované jako Turingův stroj, je zkonstruováno tak, aby provádělo matematické operace neboli algoritmy v pevně stanoveném sledu kroků. Mají-li se například vynásobit dvě čísla, je instrukce k této operaci vložena do stroje v podobě papírové pásky, přičemž výsledná hodnota se zapíše na jinou pásku, která slouží k další operaci.

Na základě tohoto idealizovaného stroje, simulujícího podstatu lidské mysli, Turing vytvořil představu stroje, jehož vnitřní chod by se dal měnit tak, aby mohl vykonat všechny funkce všech představitelných Turingových strojů. Pomocí této hypotézy, „univerzálního Turingova stroje“, pak dokázal, že Gödel se nemýlil. Že existují matematické operace, nevyčíslitelné funkce, které nemohou být napodobeny logickými operacemi jeho zařízení.

Ačkoli tento výsledek přinesl matematikům zklamání, na oplátku Turing formuloval další velmi důležité poznatky. Především byl univerzální Turingův stroj teoretickým projektem počítače, založeného na programování. Prozření, že programy a čísla se jedny od druhých neliší, přineslo dalekosáhlé důsledky, které vědecká obec začala plně doceňovat až podruhé světové válce. Vedle toho mladý badatel přišel s teorií, že krok za krokem prováděná analýza toho, co to je logická operace a co to znamená provádět výpočet, se může hodit k popisu činnosti mozku, čímž se stal průkopníkem umělé inteligence.

Co se týče problému nevypočítatelnosti, je třeba dodat, že nezávisle na Turingovi dospěli ke stejnému výsledku američtí matematici Alonzo Church a Emil Post. Jejich přístup byl sice odlišný, ale vedl ke stejnému závěru: matematiku nelze uchopit žádným konečným systémem axiomů, matematika se skládá ze dvou částí: vyčíslitelné a nevyčíslitelné, z konečna a nekonečna.

Prolomení „nerozluštitelné“ šifry

Že se ve válce o vítězi nerozhoduje pouze na bojištích, ale také v jejich zákulisí, dnes nikoho neudiví. Zásadní význam mají informace, které si nepřátelská vojska předávají. Ty ale není snadné získat. Instrukce a rozkazy velitelům na frontách bývají zasílány v co největším utajení, k čemuž slouží nejrůznější metody šifrování, zabezpečující, aby se strategické informace nedostaly do nepřátelských rukou. Nacis­tické Německo od počátku disponovalo kryptografickými přístroji Enigma, jejichž šifry byly všeobecně považovány za nerozluštitelné.

Stěžejním úkolem tajného týmu v Ble­tchley Parku, jehož byl Turing členem bylo prolomení Enigmy. Turing byl tímto intelektuálním dobrodružstvím nadšen. Válečná doba se paradoxně stala nejšťastnějším obdobím jeho života. Navrhl postu­py, které ve spojení s tajnými informacemi od polských kryptoanalytiků a informacemi získanými britským námořnictvem a výzvědnými službami nakonec umožnily prolomení šifry. Jedním ze způsobů, které vedly ke zdárnému výsledku, bylo využití výpočetního elektromechanického zařízení, jemuž se říkalo „bomba“. Několik postupně vylepšovaných verzí těchto bomb, které navrhli Alan Turing společně s Gordonem Welchmanem, představovalo jeden z rozhodujících kroků pro dešifrování Enigmy.

Pro zajímavost uveďme, že tým kryptoanalytiků v Bletchley Parku osobně navštívil i britský premiér Winston Churchill. O tom, jakou důležitost neválečnému úsilí rozluštění německé šifry přikládal, svědčí jeden z Churchillových příkazů: „K okamžitému vyřízení. Zajistěte, aby v Bletchley dostali vše, co žádají, s nejvyšší možnou prioritou, a ohlaste mi, že se tak stalo.“ Díky této podoře bylo koncem roku 1942 zřízeno nové pracoviště severně od Bletchley Parku, vybavené takřka padesáti „bombami“, na nichž se pracovalo doslova ve dne v noci.

Vedle rozlomení Enigmy, což je jeden z nejpozoruhodnějších výkonů v dějinách kryptoanalýzy, uspěl tým britských kryptoanalytiků i v dešifrování italských a japonských tajných zpráv. Zpravodajské informace z těchto tří zdrojů se označovaly jménem Ultra. Díky nim získaly armády Spojenců výhodu na všech bojištích, v severní Africe, ve středomoří a zejména při spojenecké invazi na evropský kontinent, kdy v měsících předcházejících dni D poskytovaly zprávy rozšifrované v Bletchley takřka přesný obraz rozložení německých vojsk podél francouzského pobřeží.

Dnes je nepopiratelné, že intelektuální výkon týmu v Bletchley byl jedním z významných faktorů spojeneckého vítězství. O tom svědčí i slova sira Harryho Hinsleye, který se domnívá, že bez rozluštění Enigmy by válka skončila až v roce 1948. Turingovy zásluhy při luštění náročných šifer byly v podstatě stejně důležité jako zásluhy nejvýznamnějších britských polních maršálů a admirálů. Jen se o nich dlouhá léta nevědělo. Podrobnosti o prolomení Enigmy, o tomto milníku v dějinách počítačů a informatiky, byly zveřejněny až dvacet let po Turingově smrti…

Pokračování článku naleznete na sesterském magazínu CIO BusinessWorld.














Komentáře