Brillanter Mathematiker Alan Turing entschlüsselte den Zweiten Weltkrieg – und prägte die digitale Zukunft

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Alan Turing war nicht nur ein Kriegsheld, sondern auch der Wegbereiter der modernen Informatik. Vom Entschlüsseln der Enigma-Maschine bis zum Turing-Test – sein Leben war von bahnbrechenden Entdeckungen geprägt. Doch trotz seiner Leistungen endete seine Geschichte tragisch. Ein Blick auf das Leben des Pioniers, der viel zu früh verloren ging.

Im Bereich der Informatik ist Alan Turing eine der wichtigsten Persönlichkeiten der frühen Computer-Historie. Der breiteren Öffentlichkeit ist sein Name wahrscheinlich durch den Begriff Turing-Test bekannt, vielen sicherlich ebenfalls durch den Film „The Imitation Game – Ein streng geheimes Leben“ aus dem Jahr 2014, bei dem Alan Turing vom Schauspieler Benedict Cumberbatch dargestellt wird.

Der Film schildert – wenn auch überdramatisiert – vorwiegend die Lebensphase von Alan Turing, in der er Großbritannien im Zweiten Weltkrieg durch sein Verständnis von Logik und Mathematik bei der Entschlüsselung von deutschen Nachrichten hilft.

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Auch wir wollen das Leben von Alan Turing unter die Lupe nehmen, wobei wir auf Turings Kindheit sowie weitere Aspekte seines Schaffens rund um Mathematik, Logik und Informatik eingehen werden. In einem gesonderten Artikel schauen wir uns die Maschine mit dem Namen Delilah an, die Alan Turing entwickelte, um gesprochene Worte zu verschlüsseln. Da Delilah aber wegen des Endes des Zweiten Weltkriegs auf dem Status eines Prototyps blieb, ist sie ein weniger bekanntes Projekt von Alan Turing.

Kindheit und Schulbildung

Alan Turing war der Sohn von Ethel Sara Turing und Julius Mathison Turing, einem Beamten der Verwaltungsbehörde Indian Civil Service in Indien. Geboren wurde Alan Turing allerdings am 23. Juni 1912 im Londoner Stadtteil Paddington. Seine Eltern pendelten vom Jahr 1912 bis 1916 immer wieder zwischen Großbritannien und Indien – Alan Turing und sein älterer Bruder John waren in dieser Zeit bei Pflegeeltern in Hastings untergebracht. Die Mutter blieb ab 1916 schließlich bei ihren Söhnen.

Schon früh erkannte man die Hochbegabung von Alan Turing, die zudem mit einer starken Wissbegier verbunden war. So soll er sich innerhalb von drei Wochen selbst das Lesen beigebracht haben. Nachdem er zuerst eine private Schule besucht hatte, kam er mit 14 Jahren, im Jahr 1926, auf eine Internatsschule in Dorset, die den Fokus auf Geisteswissenschaften legte. Alan Turing aber befasste sich lieber mit Naturwissenschaften. Er löste etwa Rechenaufgaben, die mit der Infinitesimalrechnung zusammenhingen, ohne letztere überhaupt zu kennen. Im Alter von 16 Jahren las er Veröffentlichungen von Albert Einstein, denen er eigenständig die Theorien von Newtons Bewegungsgesetzen entnahm, obwohl diese in Einsteins Aufzeichnungen nicht separat aufgeführt worden waren.

Collegezeit und die Turing-Maschine

Dadurch, dass Alan Turing sich lieber mit Natur- als mit Geisteswissenschaften beschäftigte, waren seine Abschlusszeugnisse nicht auf einem Niveau, das man von einem Hochbegabten erwarten würde. Daher blieb ihm der Wunsch nach einem Platz am besonders renommierten Trinity College in Cambridge verwehrt. Er begann stattdessen ein Studium am King's College, ebenfalls in Cambridge. Unter seinem Professor, dem Mathematiker Godfrey Harold Hardy, der den damals angesehensten landesweiten Lehrstuhl innehatte, schloss er das Studium 1934 im Alter von nur 22 Jahren erfolgreich ab. Zwei Jahre später veröffentlichte Alan Turing eine Arbeit mit dem Namen „Computable Numbers“.

Dabei geht es um ein abstraktes Modell zum Thema Entscheidungsproblematik, also wichtige, ungelöste Probleme der Mathematik. Der österreichische Mathematiker Kurt Gödel hatte hierzu zuvor eine Arbeit basierend auf einer arithmetischen Sprache veröffentlicht. Turing griff diese auf und erstellte ein mathematisches Modell, bei dem ein Mechanismus abstrakte Zeichenketten verarbeitet – mit nur drei Grund-Operationen.

Dieses Modell wird heute Turing-Maschine genannt und beschreibt eine Maschine, die alle erdenklichen Rechenaufgaben lösen kann, die per Algorithmus lösbar sind. Alan Turing ging dabei von einem beweglichen Schreib-/Lese-Kopf aus, der an einem Band entlangläuft, um Symbole oder Zeichen zu lesen oder zu schreiben. Die drei Operationen sind demnach Schreiben, Lesen sowie das Bewegen des Kopfes. Die Turing-Maschine ist keine greifbare Maschine, sondern ein abstraktes mathematisches Modell, das mit mathematischen Methoden untersucht werden kann. Auf diesen Erkenntnissen basiert der Begriff der Turingfähigkeit oder Turing-Vollständigkeit, womit gemeint ist, dass ein Computer universell programmierbar ist.

Rekrutierung als Kryptografie-Experte

Nachdem Alan Turing 1938 und 1938 an der Universität von Princeton (New Jersey, USA) studierte und dort einen Doktortitel erwarb, beschäftigte er sich 1939 in Cambridge mit den Grundlagen der Mathematik. In Vorlesungen zu diesem Thema, die der Philosoph Ludwig Wittgenstein abhielt, gab es dabei offene Dispute zwischen Turing und Wittgenstein, wobei letzterer die Mathematik für überbewertet hielt. Nach dem Ausbruch des Zweiten Weltkriegs im September 1939 rekrutierte die britische Regierung schließlich Alan Turing als einen von mehreren Vertretern aus dem Bereich Logik und Mathematik. Es ging dabei um Kryptografie, also das Ver- und Entschlüsseln von Nachrichten.

Die Kryptografie war damals im militärischen Alltag für Ver- und Entschlüsselung von telegrafischen Nachrichten relevant. Einerseits musste man nach Methoden forschen, um eigene Nachrichten möglichst sicher zu verschlüsseln und auf der befreundeten Empfängerseite ohne zu großen Aufwand wieder zu entschlüsseln. Andererseits ging es darum, feindliche Verschlüsselungen zu erkennen, zu verstehen und zu entschlüsseln. Das Hauptquartier für diese Bemühungen war ein großer Landsitz mit dem Namen Bletchley Park, etwa 70 Kilometer nordwestlich von London.

Erfolge im Bereich der Entschlüsselung von Enigma

Vor allem Alan Turing war es zu verdanken, dass die Briten die Nachrichten der deutschen Verschlüsselungsmaschinen Lorenz und Enigma knacken konnten. Entscheidend bei den Arbeiten zur Enigma-Entschlüsselung war die sogenannte Turing-Bomb, eine Maschine, die prinzipiell mehrere Enigma-Maschinen in sich vereinigte, sodass dadurch mehrere infrage kommende Schlüssel getestet werden konnten. Somit konnte man durch das Ausschlussverfahren den korrekten Schlüssel herausfinden, mit etwas Glück auch recht rasch. Wegweisend für die Konstruktion des Apparates war das Verständnis dafür, wie die Enigma überhaupt ihre Schlüssel erzeugte.

Turing erkannte ein sich immer wiederholendes Element am Anfang von morgendlichen verschlüsselten Nachrichten und fand schließlich heraus, dass es sich um einen Wetterbericht handelte und das Wort Wetterbericht in jeder Nachricht an der gleichen Stelle anfangs auftauchte. Auf diese Weise ließen sich Teile der Nachrichten decodieren, was schließlich auf die Funktionsweise der Verschlüsselung durch die Enigma deutete. Alan Turing konnte nun mathematische Modelle entwickeln, die es am Ende ermöglichten, die Verschlüsselungsmethode der Enigma zu verstehen und nachzuahmen – die Turing-Bomb war die praxistaugliche Folge dieser Arbeiten.

Die Entwicklung der Sprachverschlüsselungsmaschine Delilah, die wir in einem separaten Artikel unter die Lupe nehmen, musste nicht mehr komplettiert werden, wahrscheinlich auch daher, weil die Erfolge zur Enigma-Entschlüsselung vermutlich für ein früheres Ende des Zweiten Weltkriegs sorgten. Kurios ist, dass die Arbeiten von Alan Turing zur Kryptografie erst in den 1970er-Jahren bekannt wurden – bis dahin war dies alles streng geheim, selbst Freunde von Alan Turing waren ahnungslos.

Pionierarbeit im Bereich der Informatik und der Turing-Test

Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs arbeitete Alan Turing von 1945 bis 1948 im Londoner National Physical Laboratory, wo er am Bau des damals schnellsten Computers der Welt „ACE“ (Automatic Computing Engine) beteiligt war. 1948 wechselte er an die Universität von Manchester, wo er 1949 der stellvertretende Direktor der Computerabteilung wurde.

1950 entwickelte er einen Test, den er Imitation Game nannte. Diesen Test schlug er dafür vor, festzustellen, ob eine Maschine eine ähnliche Denkfähigkeit wie ein Mensch besitzt – es war also eine Art Detektor für künstliche Intelligenz, die es damals noch nicht einmal ansatzweise gab, sodass es sich freilich um theoretische Überlegungen handelte. Laut dem Imitation Game, das später etwas vereinfacht und als Turing-Test bekannt wurde, wird anhand von Fragen bewertet, ob man die Antworten einer Maschine noch von der Kommunikation mit einem echten Menschen unterscheiden kann. Ist dies nicht der Fall, so sollte dies als maschinelle Intelligenz bezeichnet werden.

Mit einem 1952 von Turing selbst geschriebenen Schach-Algorithmus scheiterte er allerdings und verlor ein Test-Spiel gegen einen Kollegen. Da es damals noch keine Computer gab, die sein Programm ausführen konnten, berechnete er seinen jeweils nächsten Schachzug manuell, was bis zu 30 Minuten dauerte. Danach beschäftigte sich Alan Turing noch mit der theoretischen Biologie, bei der biologische Phänomene mathematisch beschrieben werden – doch viel konnte er wissenschaftlich nicht mehr erreichen.

Tragisches Lebensende

1954 verstarb Alan Turing im Alter von nur 41 Jahren am 7. Juni 1954, gut zwei Wochen vor seinem 42. Geburtstag. Alle Indizien sprechen dabei für einen Suizid. Die mutmaßlichen Hintergründe seines Todes sind aus heutiger Sicht, sofern man in einer modernen Gesellschaft lebt, erschreckend. Denn Alan Turing war homosexuell und wurde daher 1952 angeklagt, da dies damals in Großbritannien und den meisten westlichen Ländern eine Straftat war. Dabei verlor Turing seine Befugnisse für geheime Projekte sowie die Aussicht, jemals wieder für den Staat arbeiten zu dürfen. Die Strafe bestand aus Gefängnis oder einer chemischen Kastration. Turing entschied sich für Letztere und benötigte in der Folge eine Behandlung mit Hormonen. Er erkrankte schließlich an einer Depression und beging dann den mutmaßlichen Suizid.

Ob letztlich die Hormone, die ganzen Umstände rund um seine Verurteilung oder bereits sein voriges Leben, bei dem er seine Homosexualität verbergen musste, ursächlich für die Depression waren, dürfte aus menschlicher Sicht unerheblich sein. Am Ende ist der ursprüngliche Name des Turing-Tests, nämlich Imitation Game, auf tragische Weise doppeldeutig, da Alan Turing im öffentlichen Bereich eine andere Person imitieren musste als die, die er war, und am Ende mutmaßlich daran zerbrach. Die Welt hatte somit 1954 einen hochbegabten, oft auch als genial bezeichneten Wissenschaftler aus gesellschaftspolitischen Gründen viel zu früh verloren. 2009 entschuldigte sich der damalige Premierminister Gordon Brown im Namen der Regierung für die damalige Behandlung, und Queen Elizabeth begnadigte Alan Turing posthum an Weihnachten des Jahres 2013, nachdem ein per Petition eingereichtes Begnadigungsgesuch gegenüber der britischen Regierung im Jahr 2011 noch abgelehnt worden war. (sb)

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