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人物说 | 威廉·托马斯·图特:站在数学塔尖上“密码救国”

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// 前言//
每一个领域,都拥有百千风流人物。
从开源网络情报诞生至今,亦不乏惊艳卓绝之才。故此本号特设「人物说」专栏,以收录近当代互联网翘楚,道尽情报界“风流人物”。
本期「人物说」将给大家介绍一位密码破译专家——William T. Tutte。

著名数学家和密码破译专家
滑铁卢大学名誉教授加拿大勋章官
作为数学家,是顶尖的。
作为密码学者,是伟大的。


1楼2020-12-17 14:59回复
    天赋异禀的天才少年
    1917年,威廉·托马斯·图特(William T. Tutte)出生在英国纽马克特(Newmarket),一个自19世纪末以来一直以养马和赛马闻名的地方。图特的父母都在纽马克特的FitzroyHouse工作,父亲威廉·约翰(William John)是房地产园艺师,母亲安妮(Annie)是一位管家。

    纽马克特(萨福克郡) 图源:维基百科
    在图特很小的时候,因为父亲工作的变动,一家人一直生活在不同的城镇,直到5岁时他的父亲在纽马克特的拉特兰纹章酒店(Rutland Arms Hotel)找到了工作,一家人再次返回了纽马克特。
    从那时起,图特开始就读于附近的英格兰切夫利(Cleveley)教会小学,在那里他拥有了一本精美的儿童百科全书,在其内容的辅助下,小图特对天文学产生了浓厚的兴趣。

    切夫利乡村学校 图特(最右下) 图源:新市场杂志
    10岁那年,图特参加了中学的奖学金考试,但父母认为离家太远而拒绝让他提前就读。直到一年后,图特再次获得了奖学金,他的父母才听从校长的建议允许他就读于剑桥和县男高。

    剑桥和县男高(约1900年) 图源:Twitter


    2楼2020-12-17 15:03
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      在这所学校里,他的学业表现出色,但当时并不是数学首先激发了他的灵感,他在那时最喜欢的科目是化学。
      直到1935年开始,18岁的图特进入剑桥三一学院攻读本科,他逐渐发现了自己对于数学的兴趣,并加入了三一数学协会。在1938年以化学一等荣誉本科毕业,又在1940年底完成化学硕士学位后,图特正式转到了数学专业。
      在此期间,图特认识了他一生中最重要的三个志同道合的朋朋友:塞德里克·史密斯(Cedric Smith)、伦纳德·布鲁克斯(Leonard Brooks)和亚瑟·斯通(Arthur Stone)。

      1938年剑桥 图源:Iain Strachan
      他们在杜迪尼(HE Dudeney)的著作《坎特伯雷难题》(1931)中发现了一个有关分解矩形的问题,并提出了相关设想。又在1940年《杜克数学杂志》上发表的论文中证明了马克斯·威廉·德恩(最早撰写拓扑学系统理论之一的数学家)的定理,和其他许多新的定理。
      在此期间,第二次世界战争已经开始,他的导师帕特里克·达夫对于他的才华有了新的想法,也因此使他的数学家生涯又有了新的身份变化。


      3楼2020-12-17 15:06
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        机缘巧合的密码破译专家
        1941年1月,应老师的邀请,图特进入了现在颇具传奇色彩的英国密码破解组织Bletchley Park。

        Bletchley Park 图源:CNBC
        在去Blechley Park并加入研究部之前,他接受了伦敦的采访并被派往伦敦接受培训。最初,他研究了意大利海军正在使用的Hagelin密码,因为使用的是一款在市场上能够买到的转子密码机,所以加密机制是已知的,而解密消息仅需要弄清楚机器的设置方式就可以了。
        同年10月,图特被调到一个名为“Fish”的项目中工作。情报信息显示,德国人称无线电传打印机传输系统为“Sägefisch”(锯木鱼),因此英国人将代码“Fish”用作德国电传密码系统代号。而昵称“ Tunny”(金枪鱼)被用于第一个“Fish”链接,随后又被用于Lorenz SZ机器及其加密的流量。

        Lorenz SZ机器 图源:维基百科
        1941年8月,一位德国操作员从雅典向柏林发送了一条用“Fish”加密的电传消息,其中包含约4000封信。由于某种原因,该邮件未正确接收,因此被以相同的设置重新发送,内容完全相同,但字间距和标点符号略有不同。
        知道密码机的结构是破解代码的必要条件,图特在加入“Fish”项目后,通过检查字符中的图案,推断出了机器的内部结构。接着在和同事们的共同研究中,图特最终判定除了机器的具体车轮数,并发现了它们的连接方式,从而完全重新创建了这台机器。

        除去盖子的Lorenz SZ42 图源:维基百科
        但这只是第一步,随后图特开始致力于创建一种算法来解码FISH消息,并成功编写出来。英国邮局后来设计和制造了名为Colossus的计算机来运行解码图特的算法,这项工作的成功使得对Lorenz加密消息的批量解密变得行之有效,对二战的成功做出了巨大甚至决定性的贡献。
        托尼·塞勒(TonySale)在1997年《新科学家》(New Scientist)上的一篇文章中首次描述了这项工作,并称其为“整个战争中最伟大的知识专长”。


        4楼2020-12-17 15:10
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          回归初心的数学教授
          1945年下半年,图特回到了剑桥继续攻读数学博士学位,完成学位后,受HSM Coxeter邀请他前往加拿大加入多伦多大学学院。在多伦多工作的十四年中,他在组合技术领域中脱颖而出,当选为了加拿大皇家学会院士。
          工作之余,图特喜欢远足,他在抵达加拿大后不久便成为加拿大青年旅舍协会的成员。而正是通过青年旅舍运动,他遇到了一生的挚爱:来自奥克维尔的多萝西娅·米切尔,他们于1949年10月结婚。

          1968年,图特在家附近 图源:滑铁卢大学官网
          1962年,Tutte加入成立仅五年的滑铁卢大学学院,他的出现吸引了来自世界各地的组合主义者,不仅有该领域公认的名人,还有那些后来成为了名人的人,他的加入为滑铁卢大学的声誉做出了重大贡献。

          滑铁卢大学的图特 图源:滑铁卢大学
          1975年,图特被加拿大皇家学会授予托里奖章,1982年获得基拉姆奖。
          1985年图特正式从滑铁卢大学退休,但继续担任名誉教授,是该学院的重要成员,在退休之前,他还是《组合理论杂志》的总编辑。

          图特被授予加拿大勋章 图源:滑铁卢大学官网
          1987年,图特被任命为伦敦皇家学会会员,2001年10月,他又在渥太华里多大厅举行的仪式上被选为加拿大勋章官。然而不幸的是,一年后他就因病离开了人世。
          而在图特去世十多年后,在他以前的故乡纽马克特,人们竖立了一座纪念碑,来铭记他的非凡贡献和卓越成就。

          图源:the conversation
          怀虔诚之心,成不朽之事。
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          5楼2020-12-17 15:21
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