Další články cyklu:
- Historie relé
- Historie elektronických počítačů
- Historie tranzistoru
- Historie internetu
V roce 1938 zakoupil vůdce britské tajné služby tiše panství o rozloze 24 hektarů, vzdálené 80 mil od Londýna. Nacházelo se na křížení železnic vedoucích ze severu do Londýna a ze západu z Oxfordu do Cambridge na východ, a bylo ideálním místem pro organizaci, kterou nikdo neměl vidět, avšak bylo rychle dostupné pro většinu důležitých center znalostí a moci Británie. Panství, známé jako , se stalo britským centrem pro dešifrování během druhé světové války. Je to možná jediné místo na světě, které je známé své spojení s kryptografií.
Tanni
V létě 1941 již v Bletchley probíhaly intenzivní práce na prolomení slavného šifrovacího stroje Enigma, používaného německou armádou a námořnictvem. Pokud jste viděli film o britských šifrovacích analyticích, mluvilo se tam o Enigmě, ale zde se o ní nebudeme rozepisovat – protože krátce po invazi do Sovětského svazu byla v Bletchley zachycena zpráva s novým typem šifrování.
Kryptoanalytici brzy rozluštili obecnou povahu stroje použitým pro přenos zpráv, kterému dali přezdívku "Tanni."
Na rozdíl od Enigmy, jejíž zprávy se musely dešifrovat ručně, byla Tanni přímo připojena k teletype. Teletype přetvářel každý symbol zadaný operátorem na proud bodů a křížků (podobný bodům a pomlčkám Morseovy abecedy) ve standardním s pěti symboly na písmeno. To byl nezakódovaný text. Tanni současně používala dvanáct koleček ke generování vlastního paralelního proudu bodů a křížků: klíče. Poté tento klíč přidala k zprávě, čímž vytvořila zašifrovaný text, který byl přenášen vzduchem. Sčítání probíhalo v binární aritmetice, kde body odpovídaly nulám a křížky jedničkám:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Další Tanni na straně příjemce s těmi samými nastaveními vydávala stejný klíč a přidávala ho k zašifrované zprávě, aby vydala původní zprávu, která byla vytištěna na papíře teletype příjemce. Předpokládejme, že máme zprávu: „tečka plus tečka tečka plus“. V číslech to bude 01001. Přidáme náhodný klíč: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, takže dostaneme zašifrovaný text 10011. Znovu přidáním klíče můžeme obnovit původní zprávu. Ověříme: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, dostáváme 01001.
Analýza činnosti Tanni byla usnadněna tím, že v ranných měsících jejího používání odesílatelé předávali nastavení kol, která bylo třeba použít před odesláním zprávy. Později Němci vydali kódové knihy s předem nastavenými koly, a odesílateli stačilo pouze poslat kód, podle kterého příjemce mohl najít požadované nastavení kola v knize. Nakonec začali každý den měnit kódové knihy, což znamenalo, že Bletchley musel každé ráno rozklíčovat nastavení kódových kol.
Zajímavé je, že kryptanalytici rozluštili funkci Tanni na základě umístění odesílajících a přijímajících stanic. Propojovala nervová centra vrchního německého velení s armádou a velitelé armádních skupin na různých evropských válečných frontách, od okupované Francie až po ruské steppes. Byla to svůdná úloha: prolomení Tanni slibovalo přímý přístup k úmyslům a schopnostem protivníka na nejvyšší úrovni.
Pak, díky kombinaci chyb německých operátorů, mazanosti a vytrvalé odhodlanosti, mladý matematik pokročil mnohem dál než jen k jednoduchým závěrům o činnosti Tanni. Nepřišel se strojovou verzí, ale plně určil její vnitřní strukturu. Logicky vyvodil možné pozice každého kola (každé mělo své primární číslo) a to, jak konkrétní umístění kol generovalo klíč. Vyzbrojen touto informací, v Bletchley postavili kopie Tanni, které bylo možné použít k dešifrování zpráv — hned po správném nastavení kol.
12 kol klíče stroje, používajícího Lorentzovu šifru, známého jako Tanni
Hit Robinson
Na konci roku 1942 Tat pokračoval v útocích na Tanni, pro které vypracoval speciální strategii. Ta byla založena na konceptu delta: součet podle modulo 2 jednoho signálu v zprávě (tečka nebo křížek, 0 nebo 1) s dalším. Uvědomil si, že kvůli přerušovanému pohybu kol Tanni existoval vztah mezi delta zašifrovaného textu a delta textu klíče: měly se měnit společně. Takže pokud by se porovnal zašifrovaný text s klíčovým textem vytvořeným na různých nastaveních kol, bylo by možné vypočítat delta pro každý a spočítat počet shod. Významně přes 50% shoda by měla označit potenciálního kandidáta na skutečný klíč zprávy. Teoreticky byla myšlenka dobrá, ale bylo ji nemožné uvést do praxe, protože to vyžadovalo udělat 2400 průchodů pro každou zprávu, aby se zkontrolovaly všechny možné nastavení.
Tat přinesl tento úkol dalšímu matematikovi, Maxu Newmanovi, který vedl oddělení v Bletchley, které všichni nazývali „newmanismus“. Newman byl na první pohled nepravděpodobnou volbou pro vedení citlivé britské zpravodajské organizace, protože jeho otec pocházel z Německa. Nicméně se zdálo nepravděpodobné, že by špehulil ve prospěch Hitlera, protože jeho rodina byla židovská. Byl tak znepokojen pokrokem Hitlerovy dominance v Evropě, že přestěhoval svou rodinu na bezpečné místo do New Yorku krátce po kolapsu Francie v roce 1940 a nějakou dobu sám uvažoval o přestěhování do Princetonu.
Max Newman
Jak se ukázalo, Newman měl nápad na práci na výpočtech, které byly potřebné metodě Turing — prostřednictvím vytvoření stroje. V Bletchley se již zvyklili používat stroje pro kryptanalýzu. Tak byla prolomena Enigma. Ale Newman zamýšlel určité elektronické zařízení pro práci na šifře Tani. Před válkou učil na Cambridské univerzitě (jedním z jeho studentů byl Alan Turing) a znal elektronické počítače, které byly navrženy Wynnem-Williams pro počítání částic v Cavendishově laboratoři. Myšlenka byla následující: pokud synchronizovat dvě smyčkové pásky, které se točí vysokou rychlostí, na jedné z nich bude klíč a na druhé zašifrovaná zpráva a každý prvek bude počítán zpracovatelem, který počítá rozdíly, pak by elektronický počítač mohl sečíst výsledky. Přečetl-li finální výstup na konci každého běhu, bylo možné určit, zda je daný klíč potenciální, nebo ne.
Stalo se tak, že skupina inženýrů se správným zkušenostním pozadím právě existovala. Mezi nimi byl i sám Wynn-Williams. Turing naverboval Wynna-Williamsa z radarové laboratoře v Malvernu, aby pomohl vytvořit nový rotátor pro stroj, který dešifroval Enigmu a používal elektroniku pro počítání otáček. Při tomto a dalším projektu souvisejícím s Enigmou mu pomáhali tři inženýři z Poštovní výzkumné stanice v Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst a Tommy Flowers (připomínám, že Britská pošta byla vysoce technologickou organizací a zodpovídala nejen za papírovou poštu, ale i za telegrafii a telefonii). Oba projekty selhaly a muži zůstali bez práce. Newman je dal dohromady. Jmenoval Flowerse vedoucím týmu, který vytvářel "kombinační zařízení", které mělo počítat rozdíly a přenášet výsledek na počítač, na kterém pracoval Wynn-Williams.
Newman zaměstnal inženýry na stavbu strojů, zatímco ženské oddělení královského námořnictva spravovalo jeho stroje pro zpracování zpráv. Vláda svěřovala vysoké manažerské posty pouze mužům, ale ženy se skvěle osvědčily jako operátorky v Bletchley, kde se zabývaly jak transkripcí zpráv, tak i dekódovacími operacemi. Velmi organicky přešly z kancelářské práce na péči o stroje, které automatizovaly jejich práci. Svoji podopčenou mašinu lehkovážně nazvaly "" britským ekvivalentem [oba byli ilustrátoři-karikaturisté, kteří zobrazovali extrémně složité, objemné a zmatené zařízení plnící velmi jednoduché úkoly / pozn. překl.]
Stroj "Starý Robinson", velmi podobný svému předchůdci, stroji "Hit Robinson"
A skutečně, "Hit Robinson", teoreticky dost spolehlivý, v praxi trpěl vážnými problémy. Hlavním problémem byla nutnost dokonalé synchronizace dvou pásků – šifrovaného textu a textu klíče. Jakékoliv napínání nebo sklouznutí jakéhokoliv pásku vedlo k selhání celého průchodu. Aby se minimalizovalo riziko chyb, stroj zpracovával maximálně 2000 znaků za sekundu, ačkoli pásky mohly pracovat rychleji. Flowers, neochotně souhlasící s prací na projektu "Hit Robinson", měl pocit, že existuje lepší řešení: stroj, téměř úplně postavený z elektronických komponentů.
Koloss
Thomas Flowers pracoval jako inženýr v výzkumném oddělení britské pošty od roku 1930, kde původně zkoumal nesprávná a neúspěšná spojení v nových automatických telefonních ústřednách. To ho navedlo k úvahám o tom, jak vytvořit vylepšenou verzi telefonního systému, a do roku 1935 začal prosazovat náhradu elektromechanických komponentů systému, jako jsou relé, za elektronické. Tento cíl určoval celou jeho další kariéru.
Tommy Flowers, kolem roku 1940
Většina inženýrů kritizovala elektronické komponenty za jejich nespolehlivost a nestabilitu při velkém používání, ale Flowers ukázal, že pokud se používají nepřetržitě a na výkonových úrovních mnohem nižších než je jejich specifikace, elektronické lampy skutečně vykazují překvapivě dlouhou životnost. Dokázal své myšlenky tím, že nahradil všechny terminály, které generovaly tonální signál v přepínači obsluhujícím 1000 linek, lampami; bylo jich tam celkem 3-4 tisíce. Tato instalace byla uvedena do provozu v roce 1939. Ve stejné době experimentoval s nahrazením reléových registrů, které uchovávaly telefonní čísla, elektronickými relé.
Flowers považoval, že "Hit Robinson", pro jehož vytvoření byl najat, měl vážné nedostatky, a že tuto úlohu může vyřešit mnohem lépe, pokud použije více lamp a méně mechanických částí. V únoru 1943 předložil alternativní schéma stroje Newmanovi. Flowers vynalézavě zbavil klíčové pásky, čímž odstranil problém synchronizace. Jeho stroj měl generovat klíčový text v reálném čase. Měl simulovat Tannym elektronicky, procházel všemi nastaveními kol a porovnával každé z nich se zašifrovaným textem, zapisoval pravděpodobné shody. Očekával, že takový přístup bude vyžadovat použití přibližně 1500 elektronických lamp.
Newman a ostatní vedoucí pracovníci Bletchley se na tento návrh dívali skepticky. Stejně jako většina Flowersových současníků pochybovali, zda je možné donutit elektroniku pracovat v takových měřítkách. Navíc, i když by se to podařilo, pochybovali, že by takový stroj mohl být postaven včas, aby byl užitečný během války.
Vedoucí Flowers ve Dollis Hill přece jen dal souhlas k sestavení týmu pro vytvoření tohoto elektronického monstra – Flowers možná ne zcela upřímně popsal svému šéfovi, jak moc se jeho myšlenka líbila v Bletchley (pokud věřit Andrew Hodgeovi, Flowers řekl svému nadřízenému, Gordonu Radleymu, že projekt byl kritickou prací pro Bletchley, a Radley už slyšel od Churchilla, že práce Bletchley byla naprosto prioritní). Kromě Flowersa sehráli při vývoji systému důležitou roli Sydney Broadhurst a William Chandler, a celá akce pracovně zaměstnala téměř 50 lidí, polovina zdrojů Dollis Hill. Tým se inspiroval precedentními příklady z telefonie: čítači, větvící logikou, zařízením pro routování a přenos signálů a přístroji pro periodická měření stavu zařízení. Broadhurst byl mistrem takových elektromechanických schémat, zatímco Flowers a Chandler byli odborníci na elektroniku, kteří rozuměli, jak převést koncepty ze světa relé do světa ventilů. Na začátku roku 1944 tým představil funkční model v Bletchley. Obrovský stroj dostal název „Colossus“ a rychle dokázal, že může zastínit „Hit Robins“, spolehlivě zpracovávající 5000 znaků za sekundu.
Newman a ostatní vedoucí v Bletchley rychle pochopili, že se zmýlili, když odmítli Flowersa. V únoru 1944 objednali dalších 12 „Colossusů“, které měly být uvedeny do provozu do 1. června – na tento den bylo plánováno vylodění ve Francii, i když Flowers o tom samozřejmě nevěděl. Flowers jasně řekl, že je to nemožné, ale s hrdinským úsilím se jeho týmu podařilo dodat druhý stroj do 31. května, do kterého nový člen týmu, Alan Coombs, přidal řadu vylepšení.
Přepracované schéma, známé jako Mark II, pokračovalo v úspěchu prvního stroje. Kromě systému podávání pásky se skládalo z 2400 lamp, 12 rotačních spínačů, 800 relé a elektrického psacího stroje.
Colossus Mark II
Byla konfigurovatelná a dostatečně flexibilní, aby mohla plnit různé úkoly. Po instalaci každé z ženských týmů nastavilo svého „Kolose“ k řešení specifických problémů. Komunikační panel, podobný panelu operátora telefonní sítě, byl potřebný k nastavení elektronických kruhů, které simulovaly kola Tanny. Sada přepínačů umožnila operátorům nastavovat libovolný počet funkčních zařízení, která zpracovávala dva proudy dat: externí film a interní signál generovaný kruhy. Kombinováním různých logických prvků mohl „Koloss“ provádět výpočty libovolných booleovských funkcí na základě dat, tedy funkcí, které by generovaly 0 nebo 1. Každá jednička zvyšovala čítač „Kolose“. Samostatné řídicí zařízení provádělo větvená rozhodnutí na základě stavu čítače - například zastavit se a vytisknout výstup, pokud hodnota čítače překročila 1000.
Přepínačový panel pro nastavení „Kolose“
Představme si, že „Koloss“ byl programovatelným univerzálním počítačem v moderním smyslu. Mohl logicky kombinovat dva proudy dat - jeden na filmu a jeden, generovaný kruhovými čítači - a počítat počet narazících jedniček, a to bylo vše. Většina „programování“ „Kolose“ probíhala na papíře a operátoři prováděli rozhodovací strom připravený analytiky: řekněme, „pokud je výstup systému menší než X, nastav konfiguraci B a vykonej Y, jinak vykonej Z“.
Označení na vysoké úrovni pro „Kolose“
Nicméně, „Koloss“ byl plně schopen vyřešit úkol, který mu byl zadán. Na rozdíl od počítače Atanasova-Berryho byl „Koloss“ extrémně rychlý - dokázal zpracovávat 25000 znaků za sekundu, přičemž každý z nich mohl vyžadovat provedení několika booleovských operací. Mark II zvýšil rychlost pětkrát oproti Mark I, přičemž současně četl a zpracovával pět různých částí filmu. V něm se vzdali propojení celého systému s pomalými elektromehanickými vstupně-výstupními zařízeními, využívali fotoodporové prvky (převzaté z protileteckých ) pro čtení příchozích pásek a registr pro vyrovnání výstupu na psacím stroji. Vedoucí týmu, který v 90. letech obnovil „Kolosa“, ukázal, že v oboru stále snadno překonával výkonnost počítače na bázi procesoru Pentium z roku 1995.
Tento mocný textový stroj se stal centrem projektu na rozluštění kódu Tanny. Do konce války bylo postaveno dalších deset Mark II, jejichž panely byly razeny po jednom kusu měsíčně zaměstnanci poštovní továrny v Birminghamu, kteří neměli tušení, co vlastně vyrábějí, a poté byly sestaveny v Bletchley. Jeden naštvaný úředník z Ministerstva zásobování, když obdržel další žádost o tisíc speciálních ventilů, se zeptal, zda „jim pošťáci nestřílí do Němců“. Takto průmyslovým způsobem, nikoli ruční výrobou individuálního projektu, bude příští počítač vyráběn nejdříve v 50. letech. Podle Flowersových pokynů k zajištění ventilů každý „Koloss“ pracoval ve dne v noci až do samotného konce války. Stály tiše zářící ve tmě, zahřívaly vlhkou britskou zimu a trpělivě čekaly na pokyny, až přišel den, kdy již nebyly potřeba.
Závojsímlčení
Přirozený nadšení ohledně fascinující dramatu, které se odehrávalo v Bletchley, vedlo k přehnanému vychvalování vojenských úspěchů této organizace. Je krajně absurdní naznačovat, jak to dělá film „“ [The Imitation Game], že britská civilizace by přestala existovat, kdyby nebylo Alana Turinga. „Koloss“ zjevně neměl žádný vliv na průběh války v Evropě. Jeho nejslavnější úspěch spočíval v prokázání, že klamný plán ohledně vylodění v Normandii v roce 1944 fungoval. Zprávy získané prostřednictvím Tanny naznačovaly, že se spojencům podařilo přesvědčit Hitlera a jeho velení, že skutečný úder bude směrován dále na východ, u Pa-de-Kale. Potěšující informace, ale sotva snížení hladiny kortizolu v krvi spojeneckého velení pomohlo vyhrát válku.
Na druhou stranu, technologické pokroky, které představil „Koloss“, byly nepopiratelné. Ale svět se to ještě brzy nedozví. Churchill nařídil, aby byly všechny existující Kolossy rozebrány a jejich tajemství bylo posláno na skládku. Dvě stroje nějakým způsobem přežily tento smrtící verdikt a zůstaly v provozu britské rozvědky až do 60. let. Ale ani tehdy britská vláda neodhalila zahalené tajemství práce v Bletchley. Teprve v 70. letech se jeho existence stala veřejným tajemstvím.
Rozhodnutí navždy zakázat jakoukoliv diskusi o pracích probíhajících v Bletchley Parku by se dalo nazvat nadměrnou opatrností britské vlády. Ale pro Flowersa to byla osobní tragédie. Odepřený všech poct a prestiže vynálezce „Kolossu“ trpěl nespokojeností a zklamáním, když byly jeho neustálé pokusy nahradit relé elektronikou v britské telefonní soustavě neustále blokovány. Kdyby mohl demonstrovat svůj úspěch na příkladu „Kolossu“, měl by vliv potřebný k realizaci svého snu. Ale ve chvíli, kdy se jeho úspěchy staly známými, byl Flowers už dávno v důchodu a nemohl na nic zapůsobit.
Několik rozptýlených nadšenců elektronických výpočtů po celém světě trpělo podobnými problémy, které souvisely s utajováním „Kolossu“ a nedostatkem důkazů o životaschopnosti tohoto přístupu. Elektromechanické výpočty mohly zůstat na vrcholu ještě nějakou dobu. Ale existoval také jiný projekt, který vytyčil cestu k příchodu elektronických výpočtů. I když to také byl výsledek tajného vojenského vývoje, po válce se nestal utajovaným, ale naopak, byl světu představen s velkým pompézností, pod názvem ENIAC.
Co si přečíst:
• Jack Copeland, ed. Colossus: The Secrets of Bletchley Park’s Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, “The Design of Colossus,” Annals of the History of Computing, červenec 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Zdroj: habr.com
