The Imitation Game: “Chỉ có một cỗ máy mới có thể đánh bại một cỗ máy khác”

The Imitation Game là bộ phim được dựng từ một câu chuyện có thật về nhà toán học Alan Turing trong thời kỳ Thế chiến thứ II. Bộ phim được đề cử giải Oscar 2015 cho “Phim hay nhất”. Tuy nhiên khác với nhiều bộ phim chiến tranh khác, cuộc chiến trong The Imitation Game là cuộc chiến nhằm giải mã cỗ máy Enigma, một cỗ máy dùng để mã hóa các thông tin liên lạc của Đức Quốc xã.

Alan Turing, người đặt ra khái niệm máy tính kỹ thuật số và trí tuệ nhân tạo

Alan Turing là một nhà toán học có niềm đam mê với việc giải ô chữ cũng như các loại mã hóa. Ông là người đầu tiên đặt ra khái niệm về một cỗ máy không chỉ có khả năng giải mã, mà nó còn có thể lập trình và tái lập trình. Đó chính là ý tưởng cho chiếc máy tính kỹ thuật số đầu tiên của nhân loại, mặc dù công nghệ lúc bấy giờ chỉ cho phép ông chế tạo một cỗ máy cơ điện để phá giải mật mã của cỗ máy mã hóa vĩ đại nhất trong lịch sử Enigma.

Với triết lí “Chỉ có một cỗ máy mới có thể đánh bại một cỗ máy khác”, thay vì dùng con người để giãi mã Enigma thì Alan tập trung vào chế tạo một cỗ máy khác để đánh bại Enigma, và ông đã thành công.

Alan Turing được xem như là ông tổ của máy tính hiện đại.

Trong The Imitation Game, nhân vật tái hiện Alan Turing cũng cho thấy tầm nhìn của mình với trí tuệ nhân tạo, mặc dù lúc đó mới chỉ là năm 1940. Ông đã có ý tưởng tạo ra một cỗ máy có khả năng suy nghĩ như con người, để ý thức của con người có thể tồn tại mãi sau khi chết. Một phần cũng là vì ông tưởng nhớ đến người bạn thân Christopher đã mất khi còn trẻ.

Turing cho rằng, một con người không khác gì một cỗ máy chỉ khi họ chứng minh được mình là con người. Ông đã tạo ra một trò chơi, mà trong đó người chơi phải phân biệt mình đang nói chuyện với một con người hay là cỗ máy mà ông tạo ra. Đó chính là bài thử nghiệm Turing vô cùng nổi tiếng, mà cho đến nay nó được coi là thước đo chuẩn mực của trí tuệ nhân tạo và máy tính hiện đại.

Alan Turing cũng là một con người đặc biệt, ông bị mắc chứng bệnh gần giống với tự kỷ, khó giao tiếp và chỉ tin vào bản thân mình. Ông cũng là một người đồng tính. Bộ phim đã khắc họa rất rõ nhân vật Turing trong lịch sử. Tuy nhiên phần hấp dẫn nhất là cuộc chiến chống lại cỗ máy mã hóa Enigma.

Cỗ máy mã hóa vĩ đại nhất trong lịch sử

Enigma được coi là thứ vũ khí tối thượng của quân Phát xít Đức trong thế chiến thứ 2. Tất cả các tin điện báo trong chiến tranh đều có thể bị nghe lén bằng một thiết bị thu sóng đơn giản, và tất cả bí mật quân sự có thể bị lộ ra ngoài. Tuy nhiên với cỗ máy Enigma, mặc dù quân Đồng Minh lấy cắp được các thông tin liên lạc nhưng tất cả đều vô nghĩa vì chúng đã được mã hóa trước đi gửi đi. Chỉ khi đưa những câu vô nghĩa này vào một cỗ máy Enigma khác thì mới ra một văn bản hoàn chỉnh.

Đó không phải cỗ máy mã hóa đầu tiên trên thế giới, nhưng là cỗ máy hoàn thiện nhất thế giới. Nó có khả năng tạo ra 159 triệu triệu triệu khả năng khác nhau. Mà nếu có một đội giải mã 10 người làm việc theo cách truyền thống tức là thử từng khả năng một 24/7, thì phải mất 20 triệu năm để thử hết các khả năng đó. Chưa kể cứ sau nửa đêm, tất cả các cỗ máy Enigma được thông báo thay đổi cấu trúc và tạo thành 159 triệu triệu triệu khả năng hoàn toàn khác.

Chiếc máy Enigma thật được trưng bày tại viện bảo tàng.

Chiếc máy Enigma trong phim được thiết kế giống y nguyên bản thật, nó là một chiếc máy được đặt trong một hộp gỗ, với bề ngoài gần giống với một chiếc máy đánh chữ và bên trong là hệ thống các bánh xe chữ và bảng cáp điện nhằm hoán vị các chữ cái.

Vậy tại sao cỗ máy này lại có khả năng mã hóa vô địch? Enigma được cấu thành bởi ba bộ phận chính: một bàn phím để nhập bức điện, một bộ mã hóa để biến chữ cái vừa nhập thành mật mã, và một bảng gồm những bóng đèn nhấp nháy thể hiện những chữ cái được mã hóa đó.

Cấu tạo các rotor bên trong.

Nguyên lý của Enigma rất đơn giản. Nhân viên mã hóa nhập các ký tự từ một câu văn hoàn chỉnh vào cỗ máy. Tương ứng với mỗi ký tự thì bóng đèn phía trên sẽ phát sáng tương ứng với một ký tự khác. Nhân viên ghi lại tất cả các ký tự sau khi được mã hóa, lúc này là vô nghĩa, sau đó gửi đi bằng mã Mooc. Nhân viên mã hóa ở đầu bên kia sẽ nhập lại đoạn ký tự đã mã hóa vào một chiếc Enigma khác và nhận được câu hoàn chỉnh.

Chiếc máy có khả năng thay đổi cấu trúc bên trong, mà do đó nó có thể thay đổi hoàn toàn cách mã hóa sau một ngày. Vì vậy nếu có được một chiếc máy Enigma mà không biết cách thiết lập cấu trúc thì cũng không thể nào giải được các ký tự.

Một trong 3 rotor bên trong chiếc máy Enigma.

Để có thể làm được điều này, bộ phận mã hóa của Enigma bao gồm 3 rotor quay chữ có thể đổi chỗ cho nhau. Các bánh xe này chính là trái tim của cỗ máy mã hóa, bằng mỗi cách sắp xếp vị trí của từng bánh xe khớp với nhau, cỗ máy Enigma lại tạo ra một sự hoán đổi ký tự hoàn toàn khác. Với 3 rotor như vậy, có tất cả là 17.576 cách sắp xếp vị trí.

Tuy nhiên đó mới chỉ là nguyên mẫu Enigma đầu tiên và chưa hoàn thiện. Cỗ máy Enigma lúc đó gặp phải hạn chế và dễ bị bắt bài, vì việc mã hóa từ chữ A sang B, có thể suy ngược lại B nghĩa là A. Chính điều này đã giúp các nhà mật thám Ba Lan gần như đã đánh bại được Enigma. Tuy nhiên Phát xít Đức đã kịp thời cải tiến cỗ máy này với hệ thống hoán đổi plugboard.

Hệ thống hoán đổi plugboard, với các kết nối hoán đổi ký tự bằng điện.

Đây là một hệ thống điện, để hoán đổi các chữ cái thêm một lần nữa, tối đa là 6 kết nối. Tuy nhiên điểm đặc biệt của hệ thống này là nó chống lại việc suy ngược các ký tự. Tức là từ A thành B, nhưng ngược lại từ B lại ra C. Hệ thống này đã tăng khả năng mã hóa của Enigma lên con số 100.391.791.500 cách.

Năm 1939, Đức tiếp tục cải tiến Enigma một lần nữa, với việc tăng từ 3 lên 5 rotor và hệ thống hoán đổi plugboard từ 6 lên 10 kết nối. Điều này đã khiến cho cỗ máy mã hóa này có thể tạo ra 159 triệu triệu triệu kết quả. Đó là bất khả thi để có thể giải mã.

Enigma là một cỗ máy vô địch, người Đức tự tin như vậy. Nhưng Turing là người đã giải mã được cỗ máy vô địch đó vơi triết lý “Chỉ có một cỗ máy mới có thể đánh bại một cỗ máy khác”. Ông tạo ra một cỗ máy khác để có thể đánh bại Enigma.

Cỗ máy đánh bại Enigma

Nếu để ý một chi tiết nhỏ ở đầu phim, Turing có nói cỗ máy mà ông thiết kế dựa trên một cỗ máy giải mã trước đó của Ba Lan. Và trên thực tế Turing không phải người đầu tiên cố gắng giải mã Enigma.

Ngay từ năm 1934, các nhà toán học Ba Lan thông qua việc kết nối 6 máy mật mã Enigma, đã giải được một phần mật mã. Marian Rejewski, một nhà toán học tại Cục mật mã Ba Lan đã dựng lại hệ thống phân tích mật mã dựa trên toán học, nhằm giải mã được Enigma.

Cỗ máy Christopher trong phim.

Tuy nhiên Marian Rejewski chỉ sử dụng hệ thống thuật toán thuần túy dựa trên xác suất của các ký tự xuất hiện, để đoán ra cách thức cài đặt bộ mã hóa bên trong của Enigma.

Sau đó, bước đột phá của Rejewski là vào năm 1938 khi ông chế tạo ra cỗ máy Bombe (nghĩa là quả bom theo tiếng Pháp). Đây là một cỗ máy chạy bằng điện và cơ, có thể thử tất cả các khả năng xảy ra của chuỗi ký tự mã hóa trong 2 giờ. Nó hoạt động dựa trên những xác xuất có sẵn trước đó mà Rejewski tìm ra, sau đó dừng lại ở những kết quả có ý nghĩa dựa theo những từ khóa tiếng Đức.

Cỗ máy giải mã của Turing.

Tuy nhiên sau khi Phát xít Đức cải tiến cỗ máy Enigma thì Bombe đã hoàn toàn bất lực. Mặc dù vậy từ cỗ máy này, Turing đã cải tiến nó và tạo ra cỗ máy giải mã “Christopher”. Tuy nhiên đây là một chi tiết hư cấu trong phim, trên thực tế cỗ máy này là một chiếc Bombe của người Anh và được đặt tên là “Victory”.

Victory là một cỗ máy cơ điện, nó hoạt động hoàn toàn bằng điện và các bánh xe cơ khí. Cả chiếc máy này lẫn chiếc Bombe đầu tiên đều hoạt động bằng cách mô phỏng lại các cách sắp xếp rotor cũng như hệ thống hoán đổi plugboard của một chiếc Enigma thật. Victory có thể hoạt động tương đương 36 cỗ máy Enigma.

Phía sau của cỗ máy với các kết nối dây điện phức tạp dựa trên thuật toán của Turing.

Tuy nhiên cỗ máy của Turing hoàn thiện hơn nhờ vào việc không sử dụng những từ khóa nhất định, mà dựa theo thói quen và cách dùng từ của người Đức. Trong bộ phim chúng ta thấy chi tiết quyết định giúp Turing chiến thắng trò chơi này, đó là tìm ra từ khóa thường lặp lại trong một điện tín dự báo thời tiết buổi sáng của Đức, đó chính là từ “Hitler”. Tuy nhiên trong các ghi chép lịch sử không hề có chi tiết này, và cỗ máy Turing đã đánh bại Enigma chính nhờ thuật toán hợp lý của ông.

Tạm kết

The Imitation Game là một trong những bộ phim khoa học hay nhất từ trước đến nay. Mặc dù nhiều tình tiết bị hư cấu, nhưng nó cũng góp phần khiến bộ phim trở nên hấp dẫn hơn, chứ không chỉ mang tính chất dựa trên cốt truyện có thật.

Bộ phim không chỉ cho chúng ta thấy một trận chiến không có súng đạn nhưng cũng vô cùng khốc liệt, chiến thắng của Turing đã giúp chấm dứt chiến tranh với chiến thắng thuộc về phe Đồng Minh sớm hơn 2 năm so với dự đoán.

Mà bộ phim còn cho thấy triết lý của Turing là đúng “Chỉ có một cỗ máy mới có thể đánh bại một cỗ máy khác”. Vậy khi mà còn người phát triển trí tuệ nhân tạo đến mức hoàn thiện, liệu chúng ta có đủ sức đánh bại những cỗ máy này hay không? The Imitation Game không chỉ là tầm nhìn về sự phát triển của máy tính và trí tuệ nhân tạo, mà còn là sự cảnh báo sức mạnh của một cỗ máy có thể quyết định chiến thắng hay thất bại trong một cuộc chiến như thế nào.

Tham khảo: sciencenews, wiki (1), wiki (2), wiki (3), wiki (4)

>>Máy gia tốc hạt lớn sẽ giải mã bí ẩn của vũ trụ như thế nào?