Tras la introducción al mundo de la inteligencia artificial del pasado artículo, ha llegado el momento de poner nombre y apellidos a los ideólogos de esta portentosa tecnología. De entre todos ellos, ya sea por su excepcional historia, el contexto histórico en el que le tocó vivir o simplemente por la brillantez de sus ideas, destaca Alan Turing. Para conocer de la mejor forma sus ideas, innovaciones y personalidad debemos antes conocer un poco del momento histórico en el que vivió este gran matemático, lógico, científico de computación, criptógrafo, filósofo, biólogo teórico, maratoniano y corredor de ultradistancia británico. (Su currículum debía de ir encuadernado a doble cara).
Durante la Segunda Guerra Mundial la critografía tomó una vital importancia, en la que el cifrado y descifrado de códigos se convirtió en otro frente más de batalla. De entre todos ellos destacaba el sistema usado por Alemania, que tuvo en jaque a los aliados hundiendo los barcos con material procedentes de Estados Unidos. Para ello Alemania tenía estratégicamente distribuidos submarinos a lo largo y ancho del Atlántico, que empleaban para comunicarse entre sí los códigos generados por uno de los inventos más fascinantes de la época, la máquina Enigma. Esta soberbia obra de ingeniería era capaz de generar billones de combinaciones posibles con las que codificar un mensaje, permitiendo a los Alemanes comunicarse sin miedo a que sus transmisiones fueran interceptadas, factor que determinó muchas de sus victorias en el campo de batalla.
Funcionamiento de la máquina Enigma
Tratémos pues de entender la complejidad del artilugio Enigma. Esta máquina fue inventada por un ingeniero alemán que tras la Primera Guerra Mundial quiso aplicar la tecnología de esa época a la estrategia militar. Cabe destacar que inicialmente esta máquina fue comercializada al público, resultando uno de los puntos débiles de la estrategia alemana, ya que se disponía de otras máquinas con las que tratar de desencriptar los mensajes. Pero, no todo es tan sencillo como disponer de un ejemplar de la máquina. Enigma es un dispositivo electromecánico que emplea la codificación Vigenère, basada en un cifrado de sustitución polialfabético. Dejando aparte las definiciones más puristas, amadas y odiadas por matemáticos y estudiantes al mismo tiempo, el funcionamiento de este cifrado estriba en sustituir unas letras del alfabeto por otras de un alfabeto código.
Así, por ejemplo, si nuestro alfabeto código es el alfabeto normal desordenado, cuando queramos transmitir una A, transmitiremos una D, repitiendo el mismo proceso con todas las letras. Obviamente esto resulta muy simple, y muy débil, ya que puede ser descifrado a base de prueba y error tras no muchos intentos. Es por ello que este código no se empleó con uno, sino varios alfabetos cambiantes. Consecuentemente, este cifrado es conocido por su fácil comprensión y rápida implementación, además de parecer irresoluble, propiedades que le hicieron valedor del apodo de código indescifrable.
Basándose en este código los ingenieros alemanes perfeccionaron Enigma. La máquina consistía en una serie de teclas como las de un ordenador con las letras del alfabeto, que en realidad eran interruptores mecánicos que accionaban los dispositivos eléctricos y hacían mover unos cilindros rotatorios en su interior. De cara al operador resultaba bastante sencillo, al teclear las letras del mensaje una letra del alfabeto de la máquina se iluminaba y era apuntada para transmitirla vía radio. (Algo similar a esto)
Ahora saquemos lápiz, papel y calculadora. Cuando un militar alemán se disponía a enviar un mensaje cifrado debía de posicionar de una determinada forma los tres rotores de los que contaba la máquina. Cada uno de ellos tenía 26 cables que se conectaban a las letras del teclado, pero con la particularidad de que tras cada pulsación el primer cilindro giraba un veintiseisavo de vuelta, consiguiendo con ello que el alfabeto con el que se codificaba la siguiente letra fuese distinto al de la ya tecleada. Pero esta maquina iba más allá. Con cada 26 vueltas del primer cilindro, el segundo cilindro rotaba una, y lo mismo sucedía con el tercer cilindro, que tras 26 rotaciones del segundo se desplazaba una posición. Para su mejor compresión basta con imaginarse el funcionamiento de un reloj analógico con su segundero, minutero y horas. De manera que si tenemos en cuenta todas las posibles combinaciones, la máquina de tres rotores intercambiables entre sí era capaz de codificar con
| (26·26·26 posiciones)·( 3! posibles combinaciones de los rotores )=105.456 |
alfabetos diferentes. Pero ojalá la cosa hubiera quedado ahí. Adicionalmente el sistema contaba con 6 cables de conexión que permitían introducir modificaciones mediante la conexión de dichos cables a 26 conectores de la máquina (las 26 teclas de las letras), lo que producía 100.391.791.500 maneras distintas de conectar los cables.
Los cuales unidos a los 105.456 alfabetos, hacen un total de
| (26·26·26 posiciones)·( 3! posibles combinaciones de los rotores )=105.456 |
posibilidades de codificación. Iba a ser necesario mucho papel y sobre todo mucho tiempo para descifrarlo. Tiempo del que no disponían ya que el código empleado por los alemanes cambiaba periódicamente. Conocida la posición inicial de los rotores resultaba simple decodificar el mensaje, pero si no era necesario ir probando los miles de millones de posibles disposiciones. Por ello, era esencial distribuir periódicamente entre todos los operadores del ejército alemán un cuaderno de “claves del día” que recogía las condiciones iniciales para cada jornada y que consignaba el orden en que se colocaban los tres rotores en la máquina, la posición inicial de cada uno de ellos y la posición de los cables del clavijero. A fin de evitar que todas las comunicaciones del día estuviesen codificadas por la misma clave —cuánta más cantidad de mensajes codificados con una misma clave más factible es descifrarla— los alemanes decidieron usar la “clave del día” sólo para codificar una “clave de mensaje”, con la que comenzaban cada uno de sus mensajes y que variaba de uno a otro. Pese a que parezca sorprendente, fue éste uno de los puntos débiles del sistema que permitieron su descifrado, así como la interceptación de algunos de estos libros.
¿Cómo descifraron Enigma?
A pesar de todo el esfuerzo de los alemanes, tanto los criptoanalistas polacos como más tarde sus colegas ingleses, consiguieron vulnerar la Enigma. La derrotaron. Una derrota, eso sí, más achacable a los errores de los operadores que la manejaban que a la máquina per se. Tras estas filtraciones la Kriegsmarine, la marina alemana decidió aumentar a 8 rotores la colección de rotores y de 6 a 10 cables, ascendiendo a un total de aproximadamente 159 trillones de combinaciones. Fue entonces cuando el visionario Alan Turing, que ya llevaba trabajando en el servicio de inteligencia británico desde el inicio de la guerra, desarrolló su Bombe.
Este colosal dispositivo replicaba la acción de varias máquinas Enigma cableadas una con la otra, explotando algunas debilidades de redundancia en el algoritmo de cifrado. Los operadores (habitualmente las operadoras, de hecho) de la Bombe la alimentaban con mensajes cifrados capturados y texto no cifrado que sospechaban que estaba contenido en el mensaje (como, por ejemplo, la palabra alemana Wetterbericht, ‘informe meteorológico’). La Bombe procedía a recorrer muy rápidamente las posibles configuraciones de Enigma, desechando todas las combinaciones imposibles y, con un poco de suerte, llegaba a la solución correcta a tiempo para descifrar las comunicaciones alemanas.
El desarrollo de la Bombe, maravilla tecnológica donde las haya, sentó las bases de las máquinas programables de propósito general, es decir, las bases de la computación. Pese a lo llamativo de la afirmación, no estaríamos ofendiendo a la verdad si dijésemos que hoy estamos leyendo esto a través de un ordenador gracias a los desarrollos de Alan Turing. El matemático inglés demostró que su máquina era capaz de resolver cualquier problema matemático que pudiera representarse mediante un algoritmo. De hecho, las máquinas de Turing siguen siendo el objeto central de estudio en la teoría de la computación. Además, con el paso del tiempo se estudió en profundidad la relevancia del invento, concluyendo que ayudó a reducir la duración de la Segunda Guerra Mundial en 2 años.
Una vez pasada la guerra Alan prosiguió su investigación en computación y fundamentó las bases de la inteligencia artificial y la ciencia cognitiva, siendo uno de los primeros en preguntarse : ¿Pueden las máquinas pensar? Tanto fue así que todavía se emplea hoy el famoso Test de Turing, que nos permite evaluar si una inteligencia artificial es capaz de pensar por si misma y comportarse como un humano. (Si os gustaría conocer más sobre este test hacérmelo saber, es muy interesante y avanzado para su época).
Tras los grandes logros realizados para ayudar a los aliados a vencer en la II Guerra Mundial, Turing vio su carrera profesional truncada cuando fue procesado por su orientación sexual. Alan denunció un robo en su casa y en uno de los interrogatorios que le realizó la policía confesó su homosexualidad, por lo tanto se le imputaron los cargos de “incidencia grave y perversión sexual”, ya que en aquella época en Reino Unido era ilegal. Turing no se defendió de los actos de los que fue acusado y por lo tanto fue condenado, haciéndole elegir entre ir a la cárcel o sufrir una castración química mediante un tratamiento hormonal. Finalmente Turing eligió la segunda opción por miedo a ir a prisión.
La castración química produjo grandes alteraciones físicas en todo su cuerpo conduciéndolo a una disfunción eréctil. Dos años después de ser condenado a sufrir esta castración Turing falleció al morder una manzana que contenía cianuro en su interior. No se sabe con seguridad, pero los indicios indican que se trató de un suicidio. Finalmente, con la posteridad de los hechos la reina Isabel II exoneró oficialmente al matemático, anulando todos los cargos en su contra. Además, se crearon premios como el Premio Turing, considerado el Nobel de la computación, que tratan de reflejar y agradecer la influencia de este brillante científico.
Bibliografía
- Fallos por parte de los alemanes que ayudaron a descifrar el código
- Expresión formal del cifrado Vignère
- Más información sobre el funcionamiento de Enigma
- Libro recomendado sobre la vida de Alan Turing: Más que un Enigma. Lectura recomendable, vida del célebre matemático narrada desde la visión de su madre, con una nota discordante por parte de su hermano al final.
- Película basada en su vida : The Imitation Game
AUTOR
Sergio Morell Ortega
Estudiante de Ingeniería de Telecomunicaciones
Valencia
Una respuesta
[…] En 1939, el servicio de inteligencia británico fundó el centro Bletchley Park, una instalación militar situada en Buckinghamshire , Inglaterra. En esta instalación se llevaron a cabo las labores de descifrados de códigos alemanes durante la Segunda Guerra Mundial.Para que os hagáis una idea del trabajo que desempeñaban, aquí Alan Turing creó la primera computadora Colossus , la cual permitió romper los códigos de la máquina alemana Enigma (más información en el artículo de mi compañero: Descifrando Enigma). […]