จากอินิกมา สู่ อัจฉริยะ ผู้สร้างคอมพิวเตอร์ ถอดรหัสลับนาซี

จากหนังดี น่าดูเรื่อง The Imitation Game

เครื่องอินิกมา (อังกฤษ: Enigma machine) เป็นเครื่องรหัสโรเตอร์ (rotor cipher machine) ไฟฟ้า-กลแบบร่วมใด ๆ ซึ่งใช้ในการเข้ารหัสและถอดรหัสสารลับ วิศวกรชาวเยอรมัน อาร์ทูร์ แชร์บีอุส ประดิษฐ์อีนิกมาเมื่อสิ้นสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง แบบแรก ๆ ใช้ในเชิงพาณิชย์ตั้งแต่ต้นคริสต์ทศวรรษ 1920 และกองทัพและราชการหลายประเทศรับมาใช้ ที่โดดเด่นที่สุด คือ นาซีเยอรมนี ก่อนและระหว่างสงครามโลกครั้งที่สอง มีการผลิตแบบอีนิกมาต่าง ๆ จำนวนมาก แต่แบบกองทัพเยอรมันเป็นแบบซึ่งเป็นที่รู้จักมากที่สุด

อีนิกมาเป็นเครื่องเข้ารหัสข้อมูลที่เยอรมันใช้ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เยอรมันสื่อสารข้อมูลทางวิทยุเป็นหลัก เพื่อความสะดวกรวดเร็ว ข้อมูลที่ส่งทางวิทยุนั้นเป็นสื่อสาธารณะที่ใครๆ ก็ได้ยินได้ เยอรมันจึงจำเป็นจะต้องแปลงข้อมูลเหล่านั้นด้วยอีนิกมาให้อยู่ในรูปที่อ่านไม่รู้เรื่องก่อน อีนิกมาเป็นรหัสลึกลับน่าสนเท่ห์อย่างชื่อ และเป็นเครื่องมือที่เยอรมันมั่นใจอย่างเหลือเกินว่าจะไม่มีใครทำลายได้สำเร็จ เรามารู้จักว่าอีนิกมาทำงานอย่างไร และทำไมเยอรมันจึงได้เชื่อมั่นในเครื่องมือนี้ถึงขนาดนี้ และ การที่อังกฤษสามารถถอดรหัสอินิกมาได้ ถือเป็นจุดเปลี่ยนของโฉมหน้าของสงครามเลยทีเดียว

อีนิกมาปรากฎโฉมครั้งแรกในปี 1918 โดยเป็นสินค้าชิ้นหนึ่งของบริษัทรักษาความปลอดภัยที่วางขายในท้องตลาด ผู้คิดค้นอีนิกมาคือ Arthur Scherbius ซึ่งได้ออกแบบให้อีนิกมาใช้งานง่าย มีหน้าตาคล้ายเครื่องพิมพ์ดีดที่มีแป้นตัวอักษรให้กด เวลากดตัวอักษร เช่น Q ตัวอักษรจะผ่านการแปลงรูปเป็นตัวอื่นเช่น U เป็นต้น ในเครื่องมีแผงไฟที่แสดงตัวอักษรที่ถูกแปลงแล้ว (ในที่นี้คือ U) ที่จะสว่างวาบขึ้น ผู้ใช้เครื่องนี้จะต้องจดตัว U เพื่อเอาไปใช้ส่งข้อมูลต่อไป ดังนั้น HELLO อาจกลายเป็น BXCYR เป็นต้น 

สังเกตว่าตัว L สองตัวนั้นแปลงได้ต่างกันไปในการกดแต่ละครั้ง (ในแป้นพิมพ์นั้นไม่มีตัวเลข การส่งตัวเลขจึงต้องใช้การสะกดเอา เช่น 3321 เป็น DREI DREI ZWO EINS) 


อีนิกมาไม่ประสบความสำเร็จในการขาย แต่กองทัพเยอรมันให้ความสนใจ และตั้งแต่ปี 1923 อีนิกมาก็ไม่มีวางขายอีกต่อไป แต่กลายเป็นเครื่องมือใช้ในหน่วยทหารแทน 

ข้อดีของอีนิกมาคือใช้งานง่าย เข้าใจง่าย ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องรู้ว่าข้างในเครื่องอีนิกมาทำงานอย่างไร ก็รู้ว่าพิมพ์อะไรเข้าไป ก็จะออกมาเป็นอีกอย่างให้เราเอาไปใช้ได้ คนใช้อีนิกมาไม่ต้องผ่านการฝึนฝนอะไรมาก เพียงอ่านหนังสือออกและเรียนรู้การปรับค่าเริ่มต้นของล้อหมุน (ที่ทำง่ายๆ ด้วยมือ) ก็ใช้ได้แล้ว

ส่วนใหญ่ภารกิจที่ Enigma มีส่วนร่วมมากคือ ภาระกิจของเรือดำน้ำ U-boat ซึ่งทำให้เรือดำน้ำ U-boat จมเรือฝ่ายสัมพันธมิตรได้มากมาย จึงทำให้ฝ่ายสัมพันธมิตรต้องเร่งทำการแกะรหัสของเครื่อง Enigma นี้ให้ได้ แต่ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายนัก เพราะ นาย Arthur Scherbius ได้อ้างว่า ถ้านำคน 1000 คนมาทำการสุ่มถอดรหัส โดยใช้อัตรา 4 ทางเลือก ต่อ 1นาที ต้องใช้เวลาถึง 900 ล้านปี ในการจะถอดรหัสได้ เป็นการเพิ่มความั่นใจแก่กองทัพนาซีเยอรมันเป็นอย่างมาก



รูปเครื่อง อีนิกมา+แป้นพิมพ์ 

หลักการทำงาน

ส่วนสำคัญของารทำงานของเครื่อง Enigma คือ ส่วน Scrambler Unit ซึ่งจะทำหน้าที่เข้ารหัส และถอดรหัส โดยประกอบด้วย Rotor 3 ตัว (ซึ่งเพิ่มเป็น 4-5 ตัวในภายหลัง) ทำหน้าที่เปลี่ยนเส้นทางเดินของกระแสไฟฟ้า และทุกครั้งที่กระแสไฟฟ้าผ่าน Rotor จะทำการหมุนและไปทำให้ตัวอักษรนั้นปลี่ยนไปด้วย (ดังรูปภาพ) และเมื่อครบทั้งสาม Rotorแล้ว จะเข้าส่วนที่เรียกว่า Reflector เป็นส่วยสำคัญในการให้เครื่อง Enigmaนี้ซับซ้อนยิ่งขึ้น จะทำหน้าเปลี่ยนเส้นทางกระแสไฟฟ้าให้ย้อนกลับไปในส่วน แสดงผล (Lamb board) และก่อนที่จะแสดงผลจะผ่าน Rotor ทั้งสามตัวเหมือนเดิม

โดย Rotor แต่ละตัวมีความเร็วในการหมุนไม่เท่ากัน คือ เมื่อตัวที่ 1 หมุนครบ 26 ครั้ง (A-Z) ตัวทีสองจะหมุนไป 1 ครั้ง และถ้าตัวที่ 2 หมุนครบ 26 ตัวที่3 ก็จะเลื่อนไป ไป ครั้ง เป็นแบบนี้ไปเรื่อยๆ โดยเราสามารถ จะเลือกแบบของวงล้อได้ โดยทั้วไป เครื่อง Enigma จะมีวงล้อให้เลือก 5 ตัว (I-V) และยังมีรูปแบบการทำงานของ reflector อีก 2 แบบ (B,C)

เหตุผลที่enigmaต้องมีRotor เพื่อให้ตัวอักษรตัวเดียวกัน แปลงเป็นตัวอักษรไม่เหมือนกันในการเข้ารหัสครั้งถัดไป หากเราไม่ทำอย่างนี้แล้ว ฝ่ายสัมพันธมิตรจะเดาการแปลงตัวอักษรได้ง่ายขึ้นด้วยการนับความถี่ของแต่ละตัวที่ปรากฏ เช่น E คือตัวอักษรที่ใช้บ่อยที่สุดในภาษาอังกฤษ หากเราเห็นตัว P ปรากฏบ่อยที่สุดในข้อมูลที่แปลงแล้ว เราอาจเดาได้ว่า P คือ E เป็นต้น

อีนิกมามีขนาดเล็ก พกพาไปไหนสะดวก จึงสะดวกกับการใช้งานทางทหารอย่างยิ่ง นอกจากนั้น หน่วยทหารแต่ละกองยังสามารถตั้งรหัสให้เข้าใจได้แต่ในพวกเดียวกัน (เช่นเฉพาะกองทัพเรือ เฉพาะกองทัพอากาศ) ซึ่งทำได้ด้วยการตั้งค่าลูกล้อให้ต่างกันไป ตอนที่สงครามโลกครั้งที่สองเริ่มระอุนั้น กองทัพเยอรมันก็ใช้งานอีนิกมาอย่างกว้างขวางแล้ว

ตลอดช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เยอรมันได้พัฒนาอีนิกมาอยู่เสมอ เช่นเพิ่มล้อหมุนจาก 3 เป็น 5 และทำให้ล้อหมุนนี้วิ่งไปลำดับใดก็ได้ คือจะตั้งค่าให้ล้อไหนจะเป็นล้อชั่วโมง ล้อนาที ก็ได้ ซึ่งทำให้การถอดรหัสยากขึ้นไปอีก ไม่เพียงเท่านั้น เยอรมันจะเลือกใช้ล้อหมุนเพียงสามตัวจากห้าตัวที่มีอยู่ การจะแกะรหัสด้วยการเดาจึงต้องเดาทั้งลูกล้อไหนที่จะใช้ และใช้ในลำดับใด ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ เยอรมันจึงเชื่อมั่นว่าไม่มีใครจะแกะรหัสอีนิกมาออกได้เลย

และผู้นี้คืออัจฉริยะ ผู้สร้างคอมพิวเตอร์ ถอดรหัสลับนาซี แอลัน แมธิสัน ทัวริง

 แอลัน แมธิสัน ทัวริง (Alan Mathison Turing) (23 มิถุนายน พ.ศ. 2455 (ค.ศ. 1912) - 7 มิถุนายน พ.ศ. 2497 (ค.ศ. 1954)) เป็นนักคณิตศาสตร์, นักตรรกศาสตร์, นักรหัสวิทยา และวีรบุรุษสงคราม ชาวอังกฤษ และเป็นที่ยอมรับว่าเป็นบิดาของวิทยาการคอมพิวเตอร์

เขาได้สร้างรูปแบบที่เป็นทางการทางคณิตศาสตร์ของการระบุขั้นตอนวิธีและการคำนวณ โดยใช้เครื่องจักรทัวริง ซึ่งตามข้อปัญหาเชิร์ช-ทัวริงได้กล่าวว่าเป็นรูปแบบของเครื่องจักรคำนวณเชิงกลที่ครอบคลุมทุกๆ รูปแบบที่เป็นไปได้ในทางปฏิบัติ

ในระหว่างสงครามโลกครั้งที่สอง ทัวริงมีส่วนสำคัญในการแกะรหัสลับของฝ่ายเยอรมัน โดยเขาเป็นหัวหน้าของกลุ่ม Hut 8 ที่ทำหน้าที่ในการแกะรหัสของเครื่องอินิกมาที่ใช้ในฝ่ายทหารเรือ

หลังจากสงครามเขาได้ออกแบบเครื่องคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถโปรแกรมได้เครื่องแรกๆ ของโลกที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์แห่งชาติ และได้สร้างเครื่องคอมพิวเตอร์ขึ้นจริงๆ ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ รางวัลทัวริงถูกก่อตั้งขึ้นเพื่อยกย่องเขาในเรื่องนี้

นอกจากนั้นแล้วการทดสอบของทัวริงที่เขาได้เสนอนั้นมีผลอย่างสูงต่อการศึกษาเรื่องปัญญาประดิษฐ์ ซึ่งในขณะมีถกเถียงที่สำคัญว่า:เป็นไปได้หรือไม่ที่จะกล่าวว่าเครื่องจักรนั้นมีสำนึกและสามารถคิดได้

ชื่อของแอลัน ทัวริง ยังถูกพาดพิงถึงในเนื้อเรื่องของเกมคอมพิวเตอร์แนวสยองขวัญชื่อว่า "เอาท์ลาสท์" (Outlast) โดยในเนื้อเรื่องที่ถูกสมมุติขึ้นมานี้กล่าวว่า ทัวริงเป็นผู้ร่วมก่อตั้งองค์กร เมอร์กออฟ ร่วมกับ ดร.รูดอล์ฟ เวอร์นิค ซึ่งเป็นตัวละครสมมุติในเนื้อเรื่องของเกม