The Imitation Game: From Security View

สวัสดีปีใหม่ ปี 2015 นี่เป็น Post แรกของปีนี้ ผมจำได้ว่าเคยเขียน Review หนังเรื่อง 007 Skyfall ไปเมื่อนานมาแล้ว พอย้อนกลับไปดูก็พบว่าเขียนไป 2 ปีที่แล้ว ซึ่งนานพอสมควรละ คงถึงเวลาที่จะรีวิวเรื่องใหม่ละครับ สำหรับหนังที่จะมารีวิวกันในครั้งนี้จะเป็นเรื่อง "The Imitation Game" ซึ่งเป็นเรื่องราวของนักคณิตศาสตร์ Alan Turing ที่ได้สร้างประโยชน์ให้กับโลกนี้อย่างมหาศาลในสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 โดยส่วนตัวตอนแรกไม่ได้สนใจเรื่องนี้เลย เนื่องจากอ่านจากชื่อเรื่องแล้วไม่ได้คาดคิดเลยว่าจะเป็นหนังแนวนี้ แต่พอเห็นรูปจากกระทู้ของ Pantip เท่านั้นล่ะ อยากดูเลย เนื่องจากจำได้ว่าเจ้าเครื่องจักรในรูปนั้นเป็นเครื่อง The Bombe ที่ Alan Turing ใช้ในการถอดรหัสสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 นอกจากนี้ก็ชอบดารานำ 2 คนคือ Benedict Cumberbatch จาก Series Sherlock มาเล่นเป็น Alan Turing และ Keira Knightley จาก Begin Again ที่มารับบทเป็น Joan Clarke

ใครก็ตามที่สนใจเรื่อง Security อยู่แล้วคงจะชอบเรื่องนี้นะครับ เพราะว่าเกี่ยวกับเรื่อง Cryptography (วิทยาการการเข้ารหัส) มากๆ เรื่อง Cryptography นั้นมีความสำคัญมาตั้งแต่สมัยก่อนโดยเฉพาะในช่วงเวลาที่ทำสงครามกัน (บางคนเข้าใจว่า Cryptography เพิ่งมีในยุคนี้ ทำความเข้าใจใหม่นะครับ) ในหนังเรื่องนี้จะเป็นช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ยุคที่การสื่อสารยังทำผ่านวิทยุเป็นหลัก ฝ่ายเยอรมันใช้เครื่อง Enigma ซึ่งเป็นเครื่องที่ใช้ในการเข้ารหัส (Encrypt) ที่เชื่อกันว่าจะไม่มีใครสามารถถอดรหัส (Decrypt) ได้ หากไม่ทราบ Key ที่ถูกต้อง ข้อมูลการสื่อสารทุกอย่างของเยอรมันได้รับการเข้ารหัส เช่น พิกัดในการโจมตี หรือแม้แต่ ข้อมูลดินฟ้าอากาศ ฝ่ายอังกฤษถึงแม้ว่าจะสามารถดัก (Intercept) ข้อมูลได้แต่ก็ไม่สามารถที่จะทำความเข้าใจกับข้อมูลที่ถูกเข้ารหัส (Ciphertext) ได้ ทำให้ตกเป็นฝ่ายเสียเปรียบในการทำสงคราม เพื่อที่จะทำการถอดรหัสข้อมูลให้ได้นั้นประเทศอังกฤษได้รวบรวมคนเก่งๆจากทั่วประเทศมารวมกันที่ Bletchy Park เป็นจุดที่อยู่ระหว่างเมือง Cambridge และ Oxford ที่เลือกจุดนี้ก็เพื่อความสะดวกในการเดินทางของคนเก่งๆที่ดึงมาจาก 2 มหาลัยชื่อดังของเมืองทั้งสองนี่เอง ภาพจากในหนัง Bletchy Park

bletchy park

ปัจจุบัน Bletchy Park ยังมีอยู่นะครับ เปิดเป็น Museum ให้คนทั่วไปเข้าชมได้ ด้านในก็จะมีอุปกรณ์ต่างๆที่ใช้ในสงครามโลกตั้งแต่เครื่อง Enigma จนถึง รถยนต์ เครื่องบินต่างๆ ที่ใช้ในสมัยนั้น อันนี้ภาพที่ไปถ่ายที่ Bletchley Park เมื่อหลายปีก่อน

Bletchley Park

ถัดมานี่คือฉากที่มีการแนะนำ Enigma สุดยอดเครื่องที่ใช้ในการเข้ารหัสในสมัยนั้น

enigma

ในฉากนี้จะอธิบายถึงการทำงานของ Enigma และ Process ในการเปลี่ยน Key ของฝั่งเยอรมัน โดยจะมีประโยคที่ว่า "The German switches the setting everyday promptly at midnight. We usually intercept the first message around 6AM. That give you exactly 18 hours everyday to crack the code"** ประโยคนี้ถือว่ามีความสำคัญสูงในเรื่องของ Cryptography เพราะว่า การเข้ารหัสนั้นเราอาจจะไม่จำเป็นต้องใช้ Algorithm ที่สุดยอดไม่มีใคร Crack ได้ตลอดกาลก็ได้ เราอาจต้องการแค่ Algorithm ที่ไม่สามารถ Crack ได้ในระยะเวลาที่กำหนด ใน Case นี้คือทางเยอรมันเชื่อว่าไม่มีใคร Crack Enigma ได้ภายใน 1 วัน จึงทำการเปลี่ยน Key ทุกๆวัน หลายๆ Protocol ในปัจจุบันเรื่องใช้วิธีการลักษณะเดียวกันคือ Key renegotiation อีกฉากหนึ่งที่น่าสนใจคือในขณะที่ Alan Turing พยายามผลิตเครื่องจักรที่ใช้ในการถอดรหัส Enigma คนในทีมคนอื่นๆ ก็เลือกใช้แรงงานสมองของมนุษย์ในการถอดรหัส โดยในฉากนี้มีประโยคที่กล่าวว่า "We have decrypted a number of German messages by analysing the Frequency of Letter Distribution."

letter frequency analysis

มันคืออะไร? **Frequency of Letter Distribution หรือเทคนิคการทำ Letter Frequency Analysis ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้ในการถอดรหัสของการเข้ารหัสที่เป็น Substitution Cipher (Enigma มีพื้นฐานการเข้ารหัสแบบ Polyalphabetic Substition Cipher) โดยหลักการพื้นฐานของ Letter Frequency Analysis คือการนับการความถี่ของตัวอักษรแล้ว map เข้ากับความถี่ของตัวอักษรในข้อมูลที่ถูกเข้ารหัสที่มีสัดส่วนความถี่ที่ใกล้เคียงกัน เช่น ในข้อมูลที่ถูกเข้ารหัสด้วยวิธีการ Substition Cipher นั้นมีตัวอักษร "G" มากสุด เมื่อถอดรหัสด้วย Letter Frequency Analysis แล้วมีโอกาสที่จะเป็นตัวอักษร "E" สูงมากเนื่องจากในภาษาอังกฤษตัวอักษร "E" มีโอกาสพบมากที่สุด อีกฉากที่ชอบคือในห้องเรียนตอน Turing ยังเด็ก Turing มีการเขียนข้อความที่เข้ารหัสส่งให้เพื่อนแต่โดนคุณครูจับได้และเปิดอ่าน ซึ่งคุณครูอ่านไม่รู้เรื่องเพราะไม่เข้าใจว่าข้อความถูกเข้ารหัสอยู่ รูปด้านล่างเป็นข้อความใน Note ของ Turing

letter

จากตัวอักษรในกระดาษจะพบว่านี่เป็น Cipher ชนิด Monoalphabetic Substitution Cipher นะครับ ดูง่ายมากเพราะการเข้ารหัสแบบนี้คือการสลับตัวอักษรกัน ในตัวอย่างนี้ 2 แถวบนเป็นข้อความที่ถูกเข้ารหัสแล้ว ส่วน 2 แถวล่างคือข้อความที่ไม่ได้ถูกเข้ารหัส การแทนที่ของตัวอักษรเป็นแบบง่ายๆ ดูจากคำว่า "SEE" (คำแรกของข้อความที่ไม่ได้ถูกเข้ารหัส) คือคำว่า "WII" (คำแรกของข้อความที่ถูกเข้ารหัส) นั่นหมายถึงว่า "E" ถูกแทนด้วย "I" และ "S" ถูกแทนที่ด้วย "W" ถ้าสังเกตตัวอื่นจะเห็นว่า "E" จะถูกแทนด้วย "I" ทั้งหมด ซึ่งลักษณะของ Substition Cipher ที่เป็น Monoalphabetic ถ้าเป็น Substitution Cipher ที่ซับซ้อนกว่านี้ เช่น Polyalphabetic Substitution Cipher ตัว "E" อาจจะไม่ได้ถูกแทนด้วย "I" ทั้งหมดก็เป็นได้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของตัว "E" ด้วย (ถ้างงแนะนำว่าไปอ่านเพิ่มเกี่ยวกับ Vigenère cipherนะครับ) ถัดมาในหนังระหว่างที่มีการใช้ Christopher ถอดรหัส ผลปรากฎว่า เครื่องใช้เวลานานมากจนโครงการของ Turing เกือบถูกยกเลิก สาเหตุก็คือ Key (หรือ Setting Combination) ของ Enigma มีจำนวนมากนั่นคือ 159×10^18 นั่นเองหากใช้เครื่องจักรหาทุก Combination ก็ยังจะใช้เวลานานมากอยู่ดี ก่อนที่จะ Crack Enigma Code ได้สำเร็จ Turing ได้ไอเดียจากการคุยกับ Helen (เพื่อนของ Joan ไม่แน่ใจว่าเรื่องจริงเป็นแบบในหนังหรือไม่)

helen

ซึ่งทำให้สามารถใช้เทคนิคที่เรียกว่า Known Plaintext Attack (ทราบบางส่วนว่า Plaintext คือคำว่าอะไร) จนในที่สุดก็ปรับแต่ง Christopher ให้เน้นหา Key ที่ทำการ Decrypt แล้วได้คำนั้นออกมา (คำว่า weather เนื่องจากเยอรมันมีการรายงานสภาพอากาศทุกวันตอนเช้า) ซึ่งวิธีการนี้ทำให้ย่นระยะเวลาลงไปมาก จนในที่สุด Alan ก็สามารถถอดรหัส ได้และนำมาซึ่งชัยชนะในสงครามโลกครั้งที่ 2

ป.ล. เครื่องที่ใช้ในการถอดรหัสนั้นมีชื่อว่า The Bombe ซึ่งในหนังจะใช้ชื่อว่า Christopher เดาว่าเพื่อให้หนังดูดราม่าหน่อยๆแหละ