2023年图灵“贝利文件”近50万美元拍卖，揭秘其绝密“黛利拉”语音加密项目

项目背景与文件拍卖

2023年11月，图灵的一大批战时文件 —— 绰号为 "贝利文件" —— 在伦敦拍卖，成交价近50万美元。这批此前不为人知的文件中有许多是图灵的手写稿，讲述了他从1943年到1945年的绝密 "黛利拉" 工程项目。当英国政府得知这些文件将被拍卖时，迅速采取行动禁止其出口，称这些文件 "是我们国家历史的重要组成部分"，并表示 "英国买家应该有机会购买这些文件"。

图灵与黛利拉项目

1945年5月8日，欧洲胜利日，德国军队无条件投降，第二次世界大战的欧洲部分宣告结束。艾伦·图灵和他的助手唐纳德·贝利以英国人特有的安静方式庆祝胜利，一起进行了一次长途散步。他们在英格兰乡村深处的一个秘密电子实验室并肩工作了一年多。贝利对图灵作为密码破译者的其他经历知之甚少，只知道图灵时不时会骑着自行车前往约10英里外的布莱切利园。后来，贝利和全世界都了解到，布莱切利园是一场规模宏大、史无前例的密码破译行动的总部。

战争期间，图灵意识到密码学的新前沿将是语音加密。当时现有的战时密码机都是用于加密打字文本的，然而，文本并非指挥官最便捷的通信方式，安全的语音通信是军方的需求之一。贝尔实验室的开创性SIGSALY语音加密系统体积巨大，图灵对其很熟悉，并希望将语音加密设备小型化。最终的成果黛利拉由三个小单元组成，仅重39公斤，适合放在卡车、战壕或大背包中携带。

1943年，图灵在英格兰汉斯洛普公园的一个尼森棚屋里秘密搭建了工作台，开始研发黛利拉。如今，汉斯洛普公园仍然是一个高度机密的情报站点。1944年，图灵迎来了年轻的助手贝利，两人成为了好朋友，一起为黛利拉项目工作，直到1945年秋天。一年后，随着欧洲战争接近尾声，图灵和贝利成功让一个原型系统投入运行。贝利将黛利拉系统描述为 "最早基于严格密码学原理的系统之一"。

语音加密系统工作原理

图灵的语音加密系统的灵感来源于现有的文本密码机。像德国复杂的SZ42这样基于电传打字机的密码机，通过添加一串模糊的电报字符来加密电传打字机的输出。图灵将这种生成模糊密钥并将其添加到明文中的原理应用到了语音加密的新领域。

在SZ42内部，密钥由一个由12个轮子组成的密钥生成器产生。接收方机器中的轮子与发送方的轮子同步，因此会产生相同的字符。采用类似的原理，黛利拉将模糊密钥添加到语音中。黛利拉的密钥生成器包含5个旋转的轮子和图灵设计的一些精密电子设备。与SZ42一样，接收方的密钥生成器必须与发送方的同步。图灵和贝利提到，同步两个密钥生成器的问题给他们带来了 "巨大的困难"，但他们克服了这些问题和其他困难，最终使用温斯顿·丘吉尔的演讲录音展示了黛利拉的功能，成功地对其进行了加密、传输和解密。

加密 - 解密过程首先对音频信号进行离散化处理，即模数转换。然后，将黛利拉密钥中的数字与这些数字相加，采用 "不进位" 加法有助于混淆消息。得到的数字序列就是语音信号的加密形式，会自动传输到接收端的另一台黛利拉机器。接收端的黛利拉机器从接收到的传输中减去密钥，然后将得到的数字转换为电压，以重现原始语音。结果听起来有 "嘶嘶" 声，并且充满背景噪音，但通常可以听懂。

但战争即将结束，军方对该系统并不感兴趣。战争结束后不久，图灵被英国国家物理实验室聘用，负责设计和开发电子计算机，黛利拉项目的工作也随之停止。贝利说，黛利拉 "进一步发展的潜力有限"，"很快就被遗忘了"。然而，它提供了很高的安全性，并且是第一个成功展示的紧凑型便携式语音加密设备。此外，图灵在电气工程领域的两年沉浸经历对他后来设计电子计算机起到了很大的帮助。

图灵的实验室笔记本与相关研究

图灵在黛利拉项目上花费的两年时间产生了贝利文件，包括一本实验室笔记本、大量散页和一本装满纸张的活页夹。

这本青灰色的四开本实验室笔记本，大部分内容是图灵的手写笔记，详细记录了他几个月的工作。图灵记录的第一个实验是测量多谐振荡器发出的脉冲，多谐振荡器是图灵至关重要的密钥生成器的关键组件。如今，人们对多谐振荡器在密码学中的应用非常感兴趣。图灵的密钥生成器包含8个多谐振荡器电路和5轮组件。

实验室笔记本中记录的后续实验测试了黛利拉所有主要部件的性能。在1944年3月贝利到来之前，图灵大约独自工作了项目的前六个月，笔记本中直到密钥生成器测试部分的内容都是图灵的手写笔记，此后，记录实验的工作就交给了贝利。

带宽定理与图灵的研究

在一堆图灵潦草手写的散页中，有一页标题为 "带宽定理"。黛利拉实际上是一个带宽定理的应用，这个定理如今被称为奈奎斯特 - 香农采样定理。图灵对该定理的证明潦草地写在两张纸上，很可能他是为了贝利而写下这个证明的。该定理规定了如果要准确重现声波，采样率需要达到多少，它控制着黛利拉将声波转换为数字的过程。

1943年，图灵在与SIGSALY项目相关的工作中在贝尔实验室工作了一段时间，之后回到英国并开始了黛利拉项目。很可能他和克劳德·香农讨论过采样率的问题。

图灵的“红色表格”笔记

战争期间，汉斯洛普公园设有一个大型无线电监测部门。操作员轮班不断在电波中搜索敌方消息，锁定传输后，会填写一份陆军印发的 "红色表格"，并迅速送到布莱切利园的密码破译者手中。

战时英国书写纸供应短缺，图灵拿了大量红色表格，在空白的反面潦草地写下了关于黛利拉的大量笔记。在一捆图灵在角上编号的红色表格中，他考虑了一个电阻 - 电容网络，进行了一系列计算，还附上了他所谓的 "傅里叶定理" 的证明，这表明这些页面可能是给贝利的教程。

图灵为电气工程师举办的讲座

活页夹的封面上用金色字母压印着 "沃尔索尔女王玛丽学校"，里面塞满了贝利在图灵于汉斯洛普公园举办的一系列晚间讲座上做的手写笔记。这些笔记可以合理地命名为《图灵为电气工程师举办的高等数学讲座》，长达180页，是目前已知图灵最广泛的非密码学作品。

传统观念认为图灵是一位纯粹的数学家，生活在与实际工程相距甚远的领域。然而，我们现在知道，战后图灵自己设计了一台电子计算机，名为自动计算引擎（ACE），还为曼彻斯特大学的 "婴儿" 计算机设计了编程系统及其穿孔纸带输入/输出的硬件。"婴儿" 计算机于1948年年中诞生，是第一台真正的存储程序电子计算机。两年后，图灵的ACE原型机运行了它的第一个程序，该原型机后来被商业化，成为了英语电气公司的DEUCE。当时，有几十台DEUCE被购买，图灵的计算机在数字时代的头几十年里成为了主要的工作设备。