Іншыя артыкулы цыкла:
- Гісторыя рэле
- Гісторыя электронных кампутараў
- Гісторыя транзістара
- Гісторыя інтэрнэту
У 1938 годзе кіраўнік Брытанскай сакрэтнай разведкі без лішняга шуму набыў маёнтак плошчай 24 гектары за 80 міляў ад Лондана. Яно было размешчана на скрыжаванні чыгунак, якія ідуць з Лондана на поўнач, і з Оксфарда на захадзе ў Кембрыдж на ўсходзе, і было ідэальным месцам для арганізацыі, якой ніхто не павінен быў бачыць, аднак жа размешчанай у хуткай даступнасці для большай часткі важных цэнтраў ведаў і ўлады Брытаніі. Маёнтак, вядомы як , стала брытанскім цэнтрам узлому шыфраў падчас Другой Сусветнай Гэта, магчыма, адзінае месца ў свеце, вядомае дачыненнем да крыптаграфіі.
Тані
Улетку 1941 гады ў Блетчлі ўжо на ўсю моц вяліся працы па ўзломе знакамітай шыфравальнай машыны Энігма, якая выкарыстоўвалася нямецкімі войскам і флотам. Калі вы глядзелі фільм пра брытанскіх узломшчыкаў шыфраў, то там распавядалі пра Энігму, але мы не будзем тут пра яе распаўсюджвацца - паколькі неўзабаве пасля ўварвання ў Савецкі саюз у Блетчлі выявілі перадачу паведамленняў з новым тыпам шыфравання.
Крыптааналітыкі даволі хутка разгадалі агульную прыроду выкарыстанай для перадачы паведамленняў машыны, якую яны празвалі Тані .
У адрозненне ад Энігмы, паведамленні якой трэба было расшыфроўваць уручную, Тані наўпрост падлучалася да тэлетайпа. Тэлетайп пераўтвараў кожны ўведзены аператарам сімвал у паток кропак і крыжыкаў (падобны на кропкі і працяжнік азбукі Морзэ) у стандартным з пяццю сімваламі на літару. Гэта быў незашыфраваны тэкст. Тані адначасова выкарыстоўвала дванаццаць колцаў для стварэння ўласнага паралельнага патоку кропак і крыжыкаў: ключа. Затым яна дадавала ключ да суадносін, выдаючы зашыфраваны тэкст, які перадаецца па паветры. Склад выраблялася ў двайковай арыфметыцы, дзе кропкі адпавядалі нулям, а крыжыкі - адзінкам.
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Іншая Тані на баку атрымальніка з тымі ж настройкамі выдавала той жа ключ і дадавала яго да зашыфраванага паведамлення, каб выдаць першапачатковае, якое друкавалася на паперы тэлетайпам атрымальніка. Дапушчальны, у нас ёсць паведамленне: "кропка плюс кропка кропка плюс". У лічбах гэта будзе 01001. Дададзім выпадковы ключ: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, так што мы атрымаем зашыфраваны тэкст 10011. Ізноў дадаючы ключ, можна аднавіць першапачатковае паведамленне. Праверым: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, атрымліваем 01001.
Разбор працы Тані палягчаўся тым фактам, што ў раннія месяцы яе выкарыстання адпраўнікі перадавалі налады колаў, якія трэба выкарыстоўваць перад адпраўкай паведамлення. Пазней немцы выпусцілі кодавыя кнігі з папярэдне зададзенымі настройкамі колаў, і адпраўніку трэба было толькі адправіць код, па якім атрымальнік мог знайсці патрэбную настройку кола ў кніжцы. У выніку яны сталі мяняць кодавыя кнігі штодня, з-за чаго Блетчлі даводзілася ўзломваць налады кодавых колаў кожную раніцу.
Цікава, што крыптааналітыкі разгадалі функцыю Тані на аснове размяшчэння якія адпраўляюць і якія прымаюць станцый. Яна злучала нервовыя цэнтры вышэйшага нямецкага камандавання з войскам і камандзірамі вайсковых груп на розных еўрапейскіх ваенных франтах, ад акупаванай Францыі да рускіх стэпаў. Гэта была панадлівая задача: узлом Тані абяцаў прамы доступ да намераў і магчымасцяў ворага на вышэйшым узроўні.
Затым, дзякуючы спалучэнню памылак нямецкіх аператараў, хітрасці і ўпартай рашучасці, малады матэматык прасунуўся значна далей простых высноў аб рабоце Тані. Не бачыўшы саму машыну, ён цалкам вызначыў яе ўнутраную структуру. Ён лагічна вывеў магчымыя пазіцыі кожнага кола (у кожнага з якіх быў свой просты лік), і тое, як менавіта размяшчэнне колаў генеравала ключ. Узброіўшыся гэтай інфармацыяй, у Блетчлі пабудавалі копіі Тані, якія можна было выкарыстоўваць для расшыфроўкі паведамленняў - адразу пасля правільнай налады колаў.
12 колаў ключа машыны, якая выкарыстоўвае шыфр Лорэнца, вядомай, як Тані
Хіт Робінсан
Да канца 1942 года Тат працягваў атакаваць Тані, распрацаваўшы для гэтага адмысловую стратэгію. Яна была заснавана на канцэпцыі дэльты: сума па модулі 2 аднаго сігналу ў паведамленні (кропкі ці крыжыка, 0 ці 1) з наступным. Ён зразумеў, што з-за перарывістага руху колаў Тані існавала сувязь паміж дэльтай зашыфраванага тэксту і дэльтай тэксту ключа: яны павінны былі мяняцца сумесна. Так што калі параўнаць шыфраваны тэкст з ключавым тэкстам, створаным на розных настройках колаў, можна вылічыць дэльту для кожнага і падлічыць колькасць супадзенняў. Колькасць супадзенняў, якая моцна перавышае 50%, павінна адзначыць патэнцыйнага кандыдата на рэальны ключ паведамлення. У тэорыі ідэя была добрай, але яе немагчыма было ўвасобіць на практыцы, паколькі гэта патрабавала зрабіць 2400 праходаў для кожнага паведамлення, каб праверыць усе магчымыя наладкі.
Тат прынёс гэтую задачу іншаму матэматыку, Максу Ньюману, які кіраваў аддзелам у Блетчлі, які ўсё звалі «ньюманіяй». Ньюман, на першы погляд, быў малаверагоднай кандыдатурай на кіраўніцтва адчувальнай брытанскай разведвальнай арганізацыяй, паколькі яго бацька быў родам з Нямеччыны. Аднак здавалася малаверагодным, што ён будзе шпіёніць у карысць Гітлера, паколькі яго сям'я была габрэйскай. Ён так моцна быў занепакоены прагрэсам дамінавання Гітлера ў Еўропе, што перавёз сваю сям'ю ў бяспечнае месца, у Нью-Ёрк, неўзабаве пасля калапсу Францыі ў 1940-м, і нейкі час сам думаў аб пераездзе ў Прынстан.
Макс Ньюман
Так атрымалася, што ў Ньюмана была ідэя аб працы над разлікамі, якія патрабаваліся метаду Тата – з дапамогай стварэння машыны. У Блетчлі ўжо прывыклі выкарыстоўваць машыны для крыптааналізу. Менавіта так была ўзламаная Энігма. Але Ньюман задумаў пэўную электронную прыладу для працы над шыфрам Тані. Да вайны ён выкладаў у Кембрыджы (адным з яго студэнтаў быў Алан Ц'юрынг), і ведаў пра электронныя лічыльнікі, пабудаваныя Ўінам-Уільямсам для падліку часціц у Кавендышы. Ідэя была ў наступным: калі сінхранізаваць дзве замкнёныя ў пятлю плёнкі, якія пракручваюцца з вялікай хуткасцю, на адной з якіх будзе ключ, а на іншай — зашыфраванае паведамленне, і лічыць кожны элемент апрацоўшчыкам, які падлічвае дэльты, то электронны лічыльнік мог бы сумаваць вынікі. Прачытаўшы выніковы рахунак у канцы кожнага прабегу можна было вырашаць, патэнцыйны гэты ключ, ці не.
Здарылася так, што група інжынераў з адпаведным вопытам якраз існавала. Сярод іх быў і сам Уін-Уільямс. Ц'юрынг завербаваў Уіна-Уільямса з радарнай лабараторыі ў Мэлверне, каб той дапамог стварыць новы ротар для машыны, якая расшыфроўвае Энігму, які выкарыстоўвае электроніку для падліку паваротаў. Яму з гэтым і іншым праектам, які адносіўся да Энігмы, дапамагалі тры інжынеры з Паштовай даследчай станцыі ў Доліс-Хіл: Уільям Чандлер, Сідні Бродхерст і Томі Флаўэрс (нагадаю, што Брытанская пошта была высокатэхналагічнай арганізацыяй, і адказвала не толькі за папяровую пошту. і за тэлеграфію і тэлефанію). Абодва праекты праваліліся і мужчыны засталіся без справы. Ньюман сабраў іх. Ён прызначыў Флаўэрса вядучым каманды, якая стварала «камбінуючую прыладу», якая павінна была падлічваць дэльты і перадаваць вынік на лічыльнік, над якім працаваў Уін-Уільямс.
Ньюман заняў інжынераў пабудовай машын, а Жаночы аддзел каралеўскага флота - кіраваннем яго машынамі для апрацоўкі паведамленняў. Урад давяраў высокія кіруючыя пасады толькі мужчынам, а жанчыны добра спраўляліся, працуючы аперацыяністкамі ў Блетчлі - яны займаліся як транскрыпцыяй паведамленняў, так і дэкадавальнымі наладамі. У іх вельмі арганічна атрымалася перайсці ад канцылярскай працы да клопату аб машынах, якія аўтаматызавалі іх працу. Сваю падапечную машыну яны легкадумна назвалі.“, брытанскім эквівалентам [абодва былі ілюстратарамі-карыкатурыстамі, якія адлюстроўвалі надзвычай складаныя, грувасткія і заблытаныя прылады, якія выконвалі вельмі простыя функцыі / заўв. перав.].
Машына Стары Робінсан, вельмі падобная на свайго папярэдніка, машыну Хіт Робінсан
І сапраўды, «Хіт Робінсан», у тэорыі дастаткова надзейны, на практыцы пакутаваў ад сур'ёзных праблем. Асноўнай была неабходнасць ідэальнай сінхранізацыі двух плёнак - шыфраванага тэксту і тэксту ключа. Любое расцяжэнне або саслізгванне любой з плёнак прыводзіла ў непрыдатнасць увесь праход. Каб мінімізаваць рызыку памылак, машына апрацоўвала не больш за 2000 сімвалаў у секунду, хоць рамяні маглі працаваць і хутчэй. Флаўэрс, неахвотна згаджаўся з працай праекту "Хіт Робінсан", лічыў, што ёсць спосаб лепш: машына, амаль цалкам пабудаваная з электронных кампанентаў.
калос
Томас Флаўэрс працаваў інжынерам у даследчым аддзяленні брытанскай пошты з 1930, дзе ён першапачаткова працаваў над даследаваннем няправільных і несапраўдных злучэнняў у новых аўтаматычных тэлефонных станцыях. Гэта прывяло яго да разважанняў на тэму таго, як стварыць палепшаную версію тэлефоннай сістэмы, і да 1935 году ён стаў прапаведаваць замену электрамеханічных кампанентаў сістэмы, такіх, як рэле, на электронныя. Гэтая мэта вызначыла ўсю яго далейшую кар'еру.
Томі Флаўэрс, у раёне 1940
Вялікая частка інжынераў крытыкавала электронныя кампаненты за іх капрызнасць і ненадзейнасць пры выкарыстанні ў вялікіх маштабах, але Флаўэрс паказаў, што калі выкарыстоўваць іх бесперапынна і на магутнасцях значна ніжэй разліковых, электронныя лямпы насамрэч дэманструюць дзіўна доўгі час службы. Ён даказаў свае ідэі, замяніўшы ўсе тэрміналы, якія ўсталёўвалі танальны сігнал сувязі на камутатары, які абслугоўваў 1000 ліній, лямпамі; усяго іх там было 3-4 тысячы. Гэтая інсталяцыя была запушчана ў рэальную працу ў 1939-м. У той жа перыяд ён эксперыментаваў над заменай рэлейных рэгістраў, якія захоўваюць тэлефонныя нумары, электроннымі рэле.
Флаўэрс лічыў, што "Хіт Робінсан", для стварэння якога яго нанялі, валодаў сур'ёзнымі недахопамі, і што ён зможа значна лепш вырашыць гэтую задачу, выкарыстоўваючы больш лямпаў і менш механічных частак. У лютым 1943 гады ён прынёс альтэрнатыўную схему машыны Ньюману. Флаўэрс хітра пазбавіўся ад плёнкі з ключом, устараніўшы праблему сінхранізацыі. Яго машына павінна была генераваць тэкст ключа на лета. Яна павінна была сімуляваць Тані электронным чынам, праходзячы праз усе налады колаў і параўноўваючы кожнае з іх з зашыфраваным тэкстам, запісваючы верагодныя супадзенні. Ён разлічваў, што такі падыход запатрабуе выкарыстанні каля 1500 электронных лямпаў.
Ньюман і астатняе кіраўніцтва Блетчлі скептычна паставіліся да гэтай прапановы. Як большасць сучаснікаў Флаўэрса, яны сумняваліся, ці можна прымусіць электроніку працаваць на такіх маштабах. Акрамя таго, нават калі яе можна прымусіць працаваць, яны сумняваліся, што такую машыну можна будзе збудаваць своечасова, каб яна спатрэбілася ў вайне.
Начальнік Флаўэрса ў Доліс-Хіл усё ж даў яму дабро на збор каманды для стварэння гэтага электроннага монстра - Флаўэрс, магчыма, не зусім шчыра апісаў яму, наколькі яго ідэя спадабалася ў Блетчлі (Калі верыць Эндру Ходжэс, Флаўэрс сказаў свайму босу, Гордан што праект быў крытычнай для Блетчлі працай, а Рэдлі ўжо чуў ад Чэрчыля, што праца Блетчлі была абсалютна прыярытэтнай). Акрамя Флаўэрса, у распрацоўцы сістэмы вялікую ролю адыгралі Сідні Броадхерст і Уільям Чандлер, а ўся задума заняла працай амаль 50 чалавек, палову рэсурсаў Доліс-Хіл. Каманда натхнялася прэцэдэнтамі, якія выкарыстоўваліся ў тэлефаніі: лічыльнікамі, якая галінуецца логікай, абсталяваннем для роўтынгу і перакладу сігналаў, і апаратурай для перыядычных вымярэнняў стану абсталявання. Броатхерст быў майстрам такіх электрамеханічных схем, а Флаўэрс і Чандлер былі экспертамі ў электроніцы, якія разумелі, як перанесці канцэпцыі са свету рэле ў свет клапанаў. Да пачатку 1944 каманда прадставіла працуючую мадэль у Блетчлі. Гіганцкая машына атрымала найменне "Колас", і хутка даказала, што можа зацямніць "Хіта Робінсана", надзейным чынам апрацоўваючы па 5000 знакаў у секунду.
Ньюман і астатняе кіраўніцтва ў Блетчлі хутка зразумелі, што памыліліся, адмовіўшы Флаўэрсу. У лютым 1944-га яны замовілі яшчэ 12 "Коласаў", якія павінны былі ўстаць у строй да 1 чэрвеня - на гэтую дату планавалася ўварванне ў Францыю, хоць, вядома, Флаўэрсу гэта было невядома. Флаўэрс прама сказаў, што гэта немагчыма, але прыклаўшы гераічныя намаганні, яго камандзе ўдалося паставіць другую машыну да 31 мая, у якую новы член каманды, Алан Кумбс, уносіў мноства ўдасканаленняў.
Перапрацаваная схема, вядомая, як Mark II, працягнула поспех першай машыны. Акрамя сістэмы падачы плёнкі, яна складалася з 2400 лямпаў, 12 паваротных выключальнікаў, 800 рэле і электрычнай пішучай машынкі.
Colossus Mark II
Яна была наладжвальнай і досыць гнуткай для таго, каб выконваць розныя задачы. Пасля ўстаноўкі кожная з жаночых каманд настроілі свайго "Коласа" для вырашэння пэўных праблем. Камутацыйная панэль, падобная на панэль для працы тэлефоннага аператара, была патрэбна для налады электронных кольцаў, якія сімулявалі колы Тані. Набор перамыкачоў дазваляў аператарам наладжваць любую колькасць функцыянальных апаратаў, якія апрацоўвалі два струменя дадзеных: знешнюю плёнку і ўнутраны сігнал, які генераваўся кольцамі. Камбінуючы набор з розных лагічных элементаў, "Колас" мог займацца разлікамі адвольных булева функцый на аснове дадзеных, гэта значыць, такіх функцый, якія выдавалі б 0 або 1. Кожная адзінка павялічвала лічыльнік "Коласа". Асобны кіраўнік апарат рабіў галінаваныя рашэнні на аснове стану лічыльніка - напрыклад, спыніцца, і раздрукаваць выснову, калі значэнне лічыльніка перавысіла 1000.
Панэль перамыкачоў для налады «Колас»
Дапушчальны, што «Колас» быў бы праграмуемым кампутарам агульнага прызначэння ў сучасным сэнсе. Ён мог лагічна камбінаваць два струменя дадзеных - адзін на плёнцы, і адзін, згенераваны колцавымі лічыльнікамі - і падлічваць колькасць сустрэтых адзінак, і ўсё. Вялікая частка "праграмавання" "Коласа" праходзіла на паперы, і аператары выконвалі дрэва рашэнняў, падрыхтаванае аналітыкамі: дапусцім, "калі выснова сістэмы менш X, наладзіць канфігурацыю B і выканаць Y, а інакш выканаць Z".
Блок-схема высокага ўзроўню для "Коласа"
Тым не менш, "Колас" быў цалкам у стане вырашаць пастаўленую перад ім задачу. У адрозненне ад кампутара Атанасава-Бэры, "Колас" быў надзвычай хуткім – ён мог апрацоўваць 25000 сімвалаў у секунду, кожны з якіх мог запатрабаваць выканання некалькіх булевых аперацый. Mark II пяціразова павялічыў хуткасць у параўнанні з Mark I, адначасова счытваючы і апрацоўваючы пяць розных участкаў плёнкі. У ім адмовіліся звязваць усю сістэму з павольнымі электрамеханічнымі прыладамі ўводу-вываду, выкарыстаўшы фотаэлементы (узятыя з супрацьпаветраных). ) для чытання ўваходных плёнак і рэестр для буферызацыі высновы на пішчую машынку. Лідэр каманды, якая аднаўляла "Колас" у 1990-х, паказаў, што ў сваёй справе ён усё яшчэ лёгка мог абагнаць па прадукцыйнасці кампутар на базе працэсара Pentium 1995 года.
Гэтая магутная машына для апрацоўкі тэксту стала цэнтрам праекту па ўзломе кода Тані. Да канца вайны было пабудавана яшчэ дзесяць Mark II, панэлі для якіх штампавалі па адной штуцы ў месяц працаўнікі паштовай фабрыкі ў Бірмінгеме, якія не мелі паняцці, што менавіта яны вырабляюць, а затым іх збіралі ў Блетчлі. Адзін раздражнёны чыноўнік з Міністэрства забеспячэння, атрымаўшы чарговы запыт на тысячу спецыяльных клапанаў, пацікавіўся, ці не "страляюць ці работнікі пошты імі ў немцаў". Такім індустрыяльным спосабам, а не ручной зборкай індывідуальнага праекта, наступны кампутар будзе праводзіцца не раней за 1950-я. Па інструкцыі Флаўэрса для засцярогі клапанаў кожны "Колас" працаваў днём і ноччу да самага канца вайны. Яны стаялі, ціха свецячыся ў цемры, разаграваючы вільготную брытанскую зіму і цярпліва чакаючы інструкцый, пакуль не прыйшоў той дзень, калі ў іх больш не было патрэбы.
Заслона маўчання
Натуральны энтузіязм з нагоды інтрыгуючай драмы, якая разгортвалася ў Блетчлі, прывёў да празмернага перабольшання ваенных дасягненняў гэтай арганізацыі. Жудасна абсурдна намякаць, як гэта робіць фільм.»[The Imitation Game], што брытанская цывілізацыя перастала б існаваць, калі б не Алан Ц'юрынг. «Колас», судзячы па ўсім, не аказаў ніякага ўплыву на ход вайны ў Еўропе. Яго самае разрэкламаванае дасягненне складалася ў доказе таго, што падманны план наконт высадкі ў Нармандыі ў 1944 годзе спрацаваў. Атрыманыя праз Тані паведамленні казалі аб тым, што саюзнікі ўдала пераканалі Гітлера і яго камандаванне ў тым, што сапраўдны ўдар давядзецца далей на ўсход, у Па-дэ-Кале. Абнадзейваючая інфармацыя, але наўрад ці памяншэнне ўзроўню картызолу ў крыві саюзнага камандавання дапамагло выйграць вайну.
З іншага боку, тэхналагічныя дасягненні, якія прадставіў "Колас", былі бясспрэчныя. Але свет яшчэ не хутка гэта даведаецца. Чэрчыль загадаў, каб усіх існавалых на момант канчатка гульні «Коласаў» разабралі, і адправілі сакрэт іх прылады разам з імі на звалку. Дзве машыны нейкім чынам перажылі гэты смяротны прысуд і заставаліся ў страі брытанскай разведкі да 1960-х. Але і тады брытанскі ўрад не прыўзняў заслону маўчання з нагоды працы ў Блетчлі. Толькі ў 1970-х яго існаванне стала здабыткам грамадскасці.
Рашэнне назаўжды забараніць усялякае абмеркаванне праводзімых у Блетчлі-парк работ можна было назваць празмернай асцярогай брытанскага ўрада. Але для Флаўэрса гэта было асабістай трагедыяй. Пазбаўлены ўсіх заслуг і прэстыжу вынаходніка "Коласа", ён пакутаваў ад незадаволенасці і расчараванні, калі яго пастаянныя спробы замяніць рэле электронікай у брытанскай тэлефоннай сістэме ўвесь час блакаваліся. Калі б ён мог прадэманстраваць сваё дасягненне на прыкладзе "Коласа", у яго быў бы ўплыў, неабходны для рэалізацыі яго мары. Але да таго часу, калі яго дасягненні сталі вядомыя, Флаўэрс ужо даўно пайшоў на пенсію і не мог ні на што паўплываць.
Некалькі раскіданых па свеце энтузіястаў электронных вылічэнняў пакутавалі ад падобных праблем, звязаных з сакрэтнасцю, якая атачала «Колас», і недахопу доказаў жыццяздольнасці гэтага падыходу. Электрамеханічныя вылічэнні маглі заставацца галоўнымі яшчэ нейкі час. Але існаваў яшчэ адзін праект, які пракладзе шлях да прыходу на галоўную пазіцыю электронных вылічэнняў. Хоць гэта таксама быў вынік сакрэтных ваенных распрацовак, яго не сталі утойваць пасля вайны, а наадварот, адкрылі міру з найвялікшым апломбам, пад імем ENIAC.
Што пачытаць:
• Jack Copeland, ed. Colossus: The Secrets of Bletchley Park Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, “The Design of Colossus”, Annals of the History of Computing, July 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Крыніца: habr.com