مقالات أخرى في السلسلة:
- تاريخ التتابع
- تاريخ أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية
- تاريخ الترانزستور
- تاريخ الإنترنت
في عام 1938 ، اشترى رئيس الاستخبارات السرية البريطانية بهدوء عقارًا مساحته 24 هكتارًا على بعد 80 ميلاً من لندن. كانت تقع على مفترق طرق السكك الحديدية من لندن شمالًا ومن أكسفورد في الغرب إلى كامبريدج في الشرق ، وكانت المكان المثالي لمنظمة لم يكن من المفترض أن يراها أحد ، ولكنها تقع في متناول معظم المراكز المهمة المعرفة والسلطات البريطانية. الخاصية المعروفة باسم ، أصبح المركز البريطاني لكسر الأصفار خلال الحرب العالمية الثانية. ربما يكون هذا هو المكان الوحيد في العالم المعروف بتدخله في علم التشفير.
توني
في صيف عام 1941 ، كان العمل على قدم وساق بالفعل في بلتشلي لكسر آلة تشفير Enigma الشهيرة التي يستخدمها الجيش الألماني والبحرية. إذا شاهدت فيلمًا عن برامج فك الشفرات البريطانية ، فقد تحدثوا عن Enigma ، لكننا لن نتوسع فيه هنا - لأنه بعد وقت قصير من غزو الاتحاد السوفيتي ، اكتشف Bletchley إرسال الرسائل بنوع جديد من التشفير.
سرعان ما اكتشف محللو الشفرات الطبيعة العامة للآلة التي استخدموها لنقل الرسائل ، والتي أطلقوا عليها اسم "Tunny".
على عكس Enigma ، الذي كان يجب فك رموز رسائله يدويًا ، كان Tunny متصلاً مباشرة بـ teletype. قامت آلة الطباعة عن بُعد بتحويل كل حرف أدخله المشغل إلى سلسلة من النقاط والصلبان (على غرار نقاط مورس والشرطات) بشكل قياسي مع خمسة أحرف لكل حرف. كان نصًا غير مشفر. استخدمت توني اثنتي عشرة عجلة في وقت واحد لإنشاء تيار موازٍ خاص بها من النقاط والصلبان: المفتاح. ثم أضافت مفتاحًا للرسالة ، منتجة نصًا مشفرًا ينتقل عبر الهواء. تمت الإضافة في الحساب الثنائي ، حيث تتوافق النقاط مع الأصفار ، والصلبان تقابل الآحاد:
0 + = 0 0
0 + = 1 1
1 + = 1 0
سيعطي Tunny الآخر الموجود على جانب جهاز الاستقبال بنفس الإعدادات نفس المفتاح ويضيفه إلى الرسالة المشفرة لإعطاء الأصل ، والذي تمت طباعته على الورق بواسطة teletype الخاص بالمستقبل. لنفترض أن لدينا رسالة: "نقطة زائد نقطة نقطة زائد". بالأرقام سيكون 01001. لنضيف مفتاحًا عشوائيًا: 11010. 1 + 0 = 1 ، 1 + 1 = 0 ، 0 + 0 = 0 ، 0 + 1 = 1 ، 1 + 0 = 1 ، لذلك نحصل على النص المشفر 10011. بإضافة المفتاح مرة أخرى ، يمكن استعادة الرسالة الأصلية. دعنا نتحقق من: 1 + 1 = 0 ، 1 + 0 = 1 ، 0 + 0 = 0 ، 1 + 1 = 0 ، 0 + 1 = 1 ، نحصل على 01001.
تم تسهيل عملية تحليل عمل Tunny من خلال حقيقة أنه في الأشهر الأولى من استخدامه ، قام المرسلون بتمرير إعدادات العجلة لاستخدامها قبل إرسال رسالة. في وقت لاحق ، أصدر الألمان دفاتر رموز مع إعدادات عجلة مضبوطة مسبقًا ، وكان المرسل بحاجة فقط إلى إرسال رمز يمكن للمستلم من خلاله العثور على إعداد العجلة المطلوب في الكتاب. انتهى بهم الأمر إلى تغيير دفاتر الرموز يوميًا ، مما جعل Bletchley يضطر إلى اختراق إعدادات عجلة الشفرات كل صباح.
ومن المثير للاهتمام ، أن محللي الشفرات اكتشفوا وظيفة Tunny بناءً على موقع محطات الإرسال والاستقبال. لقد ربطت المراكز العصبية للقيادة العليا الألمانية مع قادة الجيش ومجموعات الجيش على جبهات عسكرية أوروبية مختلفة ، من فرنسا المحتلة إلى السهوب الروسية. لقد كانت مهمة مغرية: لقد وعد اختراق توني بوصول مباشر إلى نوايا وقدرات العدو عالية المستوى.
ثم ، من خلال مزيج من أخطاء المشغلين الألمان ، والعزيمة الماكرة والعنيدة ، عالم الرياضيات الشاب ذهب إلى أبعد من مجرد استنتاجات حول عمل توني. بدون رؤية الآلة نفسها ، حدد هيكلها الداخلي بالكامل. استنتج بشكل منطقي المواضع المحتملة لكل عجلة (كل منها له رقمه الأولي الخاص به) ، وكيف أن ترتيب العجلات بالضبط يولد المفتاح. مسلحًا بهذه المعلومات ، بنى Bletchley نسخًا متماثلة من Tunny يمكن استخدامها لفك تشفير الرسائل بمجرد ضبط العجلات بشكل صحيح.
12 عجلة من مفتاح آلة التشفير لورنز المعروفة باسم توني
هيث روبنسون
بحلول نهاية عام 1942 ، واصل تات مهاجمة تاني ، ووضع استراتيجية خاصة لهذا الغرض. كان يعتمد على مفهوم دلتا: مجموع المقياس 2 لإشارة واحدة في رسالة (نقطة أو تقاطع ، 0 أو 1) مع الإشارة التالية. لقد أدرك أنه بسبب الحركة المتقطعة لعجلات توني ، كانت هناك علاقة بين دلتا النص المشفر ودلتا النص الأساسي: كان عليهما التغيير معًا. لذلك إذا قارنت النص المشفر بالنص الأساسي الذي تم إنشاؤه على إعدادات عجلة مختلفة ، يمكنك حساب دلتا لكل منها وحساب عدد التطابقات. يجب أن تشير أكثر من 50٪ من الزيارات إلى مرشح محتمل لمفتاح رسالة حقيقي. كانت الفكرة جيدة من الناحية النظرية ، ولكن كان من المستحيل وضعها موضع التنفيذ ، حيث تطلبت 2400 تمريرة لكل رسالة للتحقق من جميع الإعدادات الممكنة.
أخذ توت المشكلة إلى عالم رياضيات آخر ، هو ماكس نيومان ، الذي كان يدير قسماً في بلتشلي أطلق عليه الجميع "نيو مانيا". نيومان ، في ظاهر الأمر ، كان خيارًا غير مرجح لقيادة منظمة المخابرات البريطانية الحساسة ، لأن والده من ألمانيا. ومع ذلك ، بدا من غير المحتمل أنه سيتجسس لصالح هتلر ، لأن عائلته كانت يهودية. لقد كان قلقًا للغاية بشأن تقدم هيمنة هتلر في أوروبا لدرجة أنه نقل عائلته إلى الأمان في نيويورك بعد وقت قصير من انهيار فرنسا في عام 1940 ، ولفترة من الوقت فكر هو نفسه في الانتقال إلى برينستون.
ماكس نيومان
لقد حدث أن نيومان كانت لديه فكرة العمل على الحسابات التي تتطلبها طريقة تاتا - من خلال إنشاء آلة. لقد اعتاد بلتشلي بالفعل على استخدام الآلات لتحليل الشفرات. هذه هي الطريقة التي تم بها تصدع إنجما. لكن نيومان ابتكر جهازًا إلكترونيًا محددًا للعمل على تشفير توني. قبل الحرب ، قام بالتدريس في كامبريدج (أحد طلابه كان آلان تورينج) ، وعرف عن العدادات الإلكترونية التي بناها وين ويليامز لعد الجسيمات في كافنديش. كانت الفكرة كالتالي: إذا قمت بمزامنة شريطين مغلقين في حلقة ، يتم التمرير بسرعة عالية ، أحدهما يحتوي على مفتاح والآخر رسالة مشفرة ، واعتبر كل عنصر معالجًا يحسب دلتا ، فيمكن للعداد الإلكتروني أن يجمع حتى النتائج. من خلال قراءة النتيجة النهائية في نهاية كل شوط ، كان من الممكن تحديد ما إذا كان هذا المفتاح محتملاً أم لا.
لقد صادف وجود مجموعة من المهندسين ذوي الخبرة المناسبة. كان من بينهم وين ويليامز نفسه. قام تورينج بتجنيد Wynn-Williams من مختبر الرادار في مالفيرن للمساعدة في بناء دوار جديد لآلة فك تشفير Enigma التي تستخدم الإلكترونيات لحساب عدد المنعطفات. ساعده في هذا المشروع ومشروع Enigma آخر ثلاثة مهندسين من محطة Dollis Hill Postal Research: William Chandler و Sidney Broadhurst و Tommy Flowers (تذكر أن British Post كانت منظمة عالية التقنية ، ولم تكن مسؤولة فقط عن البريد الورقي ، ولكن وللتلغراف والهاتف). فشل كلا المشروعين وترك الرجال بدون عمل. جمعها نيومان. لقد عيّن فلاورز مسؤولاً عن فريق كان يبني "مُدمجًا" من شأنه أن يحصي دلتا ويغذي النتيجة للعداد الذي كان وين ويليامز يعمل عليه.
أبقى نيومان المهندسين على بناء الآلات ، وقسم النساء في البحرية الملكية كان يدير آلات الرسائل الخاصة به. عهدت الحكومة بالمناصب القيادية العليا إلى الرجال فقط ، وقد قامت النساء بعمل جيد في العمل كصراف في بلتشلي - فقد شاركوا في كل من نسخ الرسائل وإعدادات فك التشفير. لقد تمكنوا بشكل عضوي من الانتقال من العمل الكتابي إلى العناية بالآلات التي تعمل على أتمتة عملهم. لقد أطلقوا على سيارة جناحهم عبثًا "'، ما يعادله بريطاني [كان كلاهما رسامين - رسامي كاريكاتير يصورون أجهزة معقدة للغاية ومرهقة ومعقدة تؤدي وظائف بسيطة للغاية / تقريبًا. ترجمة.].
سيارة "أولد روبنسون" تشبه إلى حد كبير سابقتها سيارة "هيث روبنسون"
وبالفعل ، فإن "هيث روبنسون" ، الذي يمكن الاعتماد عليه من الناحية النظرية تمامًا ، عانى عمليًا من مشاكل خطيرة. كان الشيء الرئيسي هو الحاجة إلى مزامنة مثالية للشريطين - النص المشفر والنص الأساسي. أي شد أو انزلاق في أي من الأفلام يجعل المقطع بأكمله غير صالح للاستخدام. لتقليل مخاطر الأخطاء ، لم تعالج الآلة أكثر من 2000 حرف في الثانية ، على الرغم من أن الأحزمة يمكن أن تعمل بشكل أسرع. اعتقد فلاورز ، الذي وافق على مضض مع عمل مشروع هيث روبنسون ، أن هناك طريقة أفضل: آلة مبنية بالكامل تقريبًا من مكونات إلكترونية.
تمثال ضخم
عمل توماس فلاورز كمهندس في قسم الأبحاث في البريد البريطاني منذ عام 1930 ، حيث عمل في البداية على التحقيق في الاتصالات غير الصحيحة والفاشلة في التبادلات الهاتفية التلقائية الجديدة. قاده ذلك إلى التفكير في كيفية إنشاء نسخة محسنة من نظام الهاتف ، وبحلول عام 1935 بدأ في الدعوة إلى استبدال المكونات الكهروميكانيكية للنظام ، مثل المرحلات ، بأخرى إلكترونية. حدد هذا الهدف حياته المهنية المستقبلية بالكامل.
تومي فلاورز ، حوالي عام 1940
انتقد معظم المهندسين المكونات الإلكترونية لكونها صعبة الإرضاء وغير موثوقة عند استخدامها على نطاق واسع ، لكن الزهور أظهرت أنه عند استخدامها بشكل مستمر وبطاقة أقل بكثير مما كان متوقعًا ، فإن الأنابيب المفرغة تظهر فعليًا عمرًا طويلاً بشكل مذهل. لقد أثبت أفكاره من خلال استبدال جميع المحطات الطرفية التي تضبط نغمة الاتصال على مفتاح يخدم 1000 سطر بالمصابيح ؛ في المجموع كان هناك 3-4 آلاف منهم. بدأ هذا التثبيت في العمل الحقيقي في عام 1939. خلال نفس الفترة ، جرب استبدال سجلات الترحيل التي تخزن أرقام الهواتف بمرحلات إلكترونية.
اعتقد فلاورز أن Heath Robinson الذي تم التعاقد معه لبنائه كان معيبًا بشكل خطير ، وأنه يمكنه القيام بعمل أفضل بكثير مع المزيد من المصابيح وعدد أقل من الأجزاء الميكانيكية. في فبراير 1943 ، أحضر تصميمًا بديلاً للآلة إلى نيومان. تخلصت الزهور بذكاء من الفيلم بالمفتاح ، مما أدى إلى التخلص من مشكلة المزامنة. كان من المفترض أن تولد الآلة الخاصة به نصًا رئيسيًا سريعًا. كان عليها محاكاة Tunny إلكترونيًا ، من خلال استعراض جميع إعدادات العجلة ومقارنة كل واحد بالنص المشفر ، وتدوين التطابقات المحتملة. وقد حسب أن مثل هذا النهج سيتطلب استخدام حوالي 1500 أنبوب مفرغ.
كان نيومان وبقية قيادة بلتشلي متشككين في الاقتراح. مثل معظم معاصري فلاورز ، شككوا في إمكانية تصنيع الإلكترونيات للعمل على هذا النطاق. علاوة على ذلك ، حتى لو تم تشغيلها ، فقد شكوا في إمكانية بناء مثل هذه الآلة في الوقت المناسب لتكون مفيدة في الحرب.
أعطاه رئيس فلاورز في Dollis Hill الضوء الأخضر لتجميع فريق لبناء هذا الوحش الإلكتروني - ربما لم يكن فلاورز صادقًا تمامًا في وصف كيف أحب Bletchley فكرته (وفقًا لأندرو هودجز ، أخبر فلاورز رئيسه ، جوردون رادلي ، أن المشروع كان عمل بلتشلي الحاسم ، وقد سمع رادلي بالفعل من تشرشل أن عمل بلتشلي كان أولوية مطلقة). بالإضافة إلى فلاورز ، لعب سيدني برودهرست وويليام تشاندلر دورًا كبيرًا في تطوير النظام ، وظفت الفكرة بأكملها ما يقرب من 50 شخصًا ، أي نصف موارد دولليس هيل. استوحى الفريق من السوابق المستخدمة في الاتصالات الهاتفية: العدادات ، ومنطق التفرع ، ومعدات التوجيه والإشارات ، ومعدات للقياسات الدورية لحالة المعدات. كان Broathurst بارعًا في مثل هذه الدوائر الكهروميكانيكية ، بينما كان Flowers و Chandler من خبراء الإلكترونيات الذين فهموا كيفية نقل المفاهيم من عالم المرحلات إلى عالم الصمامات. بحلول أوائل عام 1944 ، كان لدى الفريق نموذج عمل في Bletchley. أطلق على الآلة العملاقة اسم "Colossus" ، وسرعان ما أثبتت قدرتها على التفوق على "Heath Robinson" من خلال معالجة 5000 حرف في الثانية بشكل موثوق.
سرعان ما أدرك نيومان وبقية القيادة في بلتشلي أنهم ارتكبوا خطأ في رفض فلاورز. في فبراير 1944 ، طلبوا 12 كولوسي أخرى ، والتي كان من المفترض أن تكون في الخدمة بحلول 1 يونيو - تم التخطيط لغزو فرنسا في هذا التاريخ ، على الرغم من أن فلاورز لم تكن تعرف ذلك بالطبع. قال فلاورز بصراحة أن هذا كان مستحيلًا ، ولكن بجهد بطولي ، تمكن فريقه من تسليم سيارة ثانية بحلول 31 مايو ، حيث أجرى عضو جديد في الفريق ، آلان كومبس ، العديد من التحسينات.
استمر التصميم المنقح ، المعروف باسم Mark II ، في نجاح الجهاز الأول. بالإضافة إلى نظام تغذية الفيلم ، فهو يتألف من 2400 مصباح ، و 12 مفتاح دوار ، و 800 مرحلات ، وآلة كاتبة كهربائية.
العملاق مارك الثاني
كانت قابلة للتخصيص ومرنة بما يكفي للتعامل مع مجموعة متنوعة من المهام. بعد التثبيت ، قامت كل واحدة من الفرق النسائية بضبط العملاق الخاص بها لحل بعض المشاكل. كانت هناك حاجة إلى لوحة مفاتيح ، على غرار لوحة مشغل الهاتف ، لإعداد حلقات إلكترونية تحاكي عجلات توني. سمحت مجموعة من المفاتيح للمشغلين بإعداد أي عدد من الأجهزة الوظيفية التي تعالج دفقين من البيانات: فيلم خارجي وإشارة داخلية تولدها الحلقات. من خلال الجمع بين مجموعة من العناصر المنطقية المختلفة ، يمكن لـ "Colossus" حساب الدوال المنطقية التعسفية بناءً على البيانات ، أي تلك الوظائف التي من شأنها أن تعطي 0 أو 1. كل وحدة تزيد من عداد "Colossus". اتخذ جهاز تحكم منفصل قرارات تفريع بناءً على حالة العداد - على سبيل المثال ، لإيقاف وطباعة الإخراج إذا تجاوزت قيمة العداد 1000.
لوحة التبديل لإعداد "Colossus"
لنفترض أن Colossus سيكون حاسوبًا قابلًا للبرمجة للأغراض العامة بالمعنى الحديث. يمكنه بشكل منطقي الجمع بين دفقين من البيانات - أحدهما على شريط والآخر تم إنشاؤه بواسطة عدادات الحلقة - وإحصاء عدد البيانات التي تمت مواجهتها ، وهذا كل شيء. تم تنفيذ الكثير من "برمجة" Colossus على الورق ، حيث نفذ المشغلون شجرة قرار أعدها المحللون: لنفترض ، "إذا كان ناتج النظام أقل من X ، فاضبط التكوين B ونفذ Y ، وإلا نفذ Z."
رسم تخطيطي عالي المستوى لـ "Colossus"
ومع ذلك ، كان "Colossus" قادرًا تمامًا على حل المهمة الموكلة إليه. على عكس كمبيوتر Atanasoff-Berry ، كان Colossus سريعًا للغاية - حيث يمكنه معالجة 25000 حرف في الثانية ، وقد يتطلب كل منها العديد من العمليات المنطقية. يعتبر Mark II أسرع بخمس مرات من Mark I ، بينما يقرأ ويعالج في نفس الوقت خمسة أقسام مختلفة من الفيلم. رفضت توصيل النظام بأكمله بأجهزة الإدخال / الإخراج الكهروميكانيكية البطيئة ، باستخدام خلايا ضوئية (مأخوذة من مضاد للطائرات ) لقراءة الأشرطة الواردة ، وسجل لتخزين إخراج الآلة الكاتبة. أظهر قائد الفريق الذي قام بترميم Colossus في التسعينيات أنه لا يزال بإمكانه التفوق بسهولة على جهاز كمبيوتر يستند إلى Pentium عام 1990 في عمله.
أصبحت آلة معالجة الكلمات القوية هذه مركزًا لمشروع لكسر كود Tunny. قبل نهاية الحرب ، تم بناء عشرة أخرى من طراز Mark IIs ، وختمت الألواح قطعة واحدة شهريًا من قبل العمال في مصنع بريد في برمنغهام ، الذين لم يكن لديهم أي فكرة عما كانوا يصنعونه ، ثم تم تجميعهم في Bletchley. سأل مسؤول غاضب من وزارة التموين ، بعد تلقيه طلبًا آخر للحصول على ألف صمام خاص ، عما إذا كان عمال البريد يطلقون النار عليهم على الألمان. بهذه الطريقة الصناعية ، وليس عن طريق التجميع اليدوي لمشروع فردي ، لن يتم إنتاج الكمبيوتر التالي قبل الخمسينيات من القرن الماضي. أمرت الزهور كل عملاق بالعمل ليل نهار حتى نهاية الحرب لحماية الصمامات. وقفوا بهدوء متوهجين في الظلام ، يسخنون الشتاء البريطاني الرطب ، ينتظرون بصبر التعليمات حتى يأتي اليوم الذي لم تعد هناك حاجة لهم فيه.
حجاب الصمت
أدى الحماس الطبيعي للدراما المثيرة التي ظهرت في بلتشلي إلى المبالغة في الإنجازات العسكرية لهذه المنظمة. من السخف للغاية التلميح إلى كيفية قيام الفيلم بذلك "[لعبة التقليد] أن الحضارة البريطانية كانت ستزول لولا آلان تورينج. "العملاق" ، على ما يبدو ، لم يكن له تأثير على مسار الحرب في أوروبا. كان أكثر إنجازاته انتشارًا هو إثبات أن خداع هبوط نورماندي عام 1944 قد نجح. أشارت الرسائل التي تم تلقيها عبر توني إلى أن الحلفاء نجحوا في إقناع هتلر وأمره بأن الضربة الحقيقية ستأتي شرقًا ، في ممر كاليه. معلومات مشجعة ، لكن من غير المحتمل أن يكون انخفاض مستوى الكورتيزول في دماء قيادة الحلفاء قد ساعد في كسب الحرب.
من ناحية أخرى ، لا يمكن إنكار التقدم التكنولوجي الذي أدخله Colossus. لكن العالم لن يعرف ذلك لفترة من الوقت. أمر تشرشل بتفكيك جميع كولوسي التي كانت موجودة في نهاية اللعبة وإرسال سر أجهزتهم معهم إلى مكب النفايات. نجت سيارتان بطريقة ما من حكم الإعدام هذا ، وظلا في صفوف المخابرات البريطانية حتى الستينيات. ولكن حتى ذلك الحين ، لم ترفع الحكومة البريطانية حجاب الصمت عن العمل في بلتشلي. لم يكن حتى السبعينيات أن أصبح وجودها معروفًا للجمهور.
يمكن وصف قرار الحظر الدائم لجميع المناقشات المتعلقة بالعمل الجاري في بلتشلي بارك بأنه مفرط في الحذر من جانب الحكومة البريطانية. لكن بالنسبة للزهور ، كانت مأساة شخصية. حرمًا من كل مزايا ومكانة مخترع Colossus ، فقد عانى من عدم الرضا والإحباط عندما تم حظر محاولاته المستمرة لاستبدال المرحلات بالإلكترونيات في نظام الهاتف البريطاني باستمرار. إذا تمكن من إثبات إنجازه بمثال "العملاق" ، فسيكون لديه التأثير اللازم لتحقيق حلمه. ولكن بحلول الوقت الذي أصبحت فيه إنجازاته معروفة ، كان فلاورز قد تقاعد لفترة طويلة ولم يستطع التأثير على أي شيء.
عانى عدد قليل من المتحمسين للحوسبة الإلكترونية المنتشرين في جميع أنحاء العالم من مشاكل مماثلة مع السرية المحيطة بالعملاق ونقص الأدلة على جدوى هذا النهج. قد تظل الحسابات الكهروميكانيكية هي الشيء الرئيسي لبعض الوقت. ولكن كان هناك مشروع آخر من شأنه أن يمهد الطريق لصعود هيمنة الحوسبة الإلكترونية. على الرغم من أنه كان أيضًا نتيجة لتطورات عسكرية سرية ، إلا أنه لم يتم إخفاؤه بعد الحرب ، بل على العكس ، تم الكشف عنه للعالم بأكبر قدر من الثقة ، تحت اسم ENIAC.
ماذا تقرأ:
• جاك كوبلاند ، أد. العملاق: أسرار حواسيب فك التشفير في بلتشلي بارك (2006)
• توماس إتش فلاورز ، "تصميم العملاق" ، حوليات تاريخ الحوسبة ، يوليو 1983
• أندرو هودجز ، آلان تورينج: The Enigma (1983)
المصدر: www.habr.com