Další články ze série:
- Historie relé
- Historie elektronických počítačů
- Historie tranzistoru
- historie internetu
V roce 1938 šéf britské tajné rozvědky v tichosti koupil 24hektarový pozemek 80 mil od Londýna. Bylo umístěno na křižovatce železnic z Londýna na sever a z Oxfordu na západě do Cambridge na východě a bylo ideálním místem pro organizaci, kterou by nikdo neviděl, ale byla na dosah většiny. důležitých center vědění a britských úřadů. Nemovitost známá jako , se stal během druhé světové války britským centrem pro prolamování kódů. Toto je možná jediné místo na světě známé svým zapojením do kryptografie.
Tunney
V létě 1941 již v Bletchley probíhaly práce na prolomení slavného šifrovacího stroje Enigma používaného německou armádou a námořnictvem. Pokud jste sledovali film o britských lapačích kódů, mluvili o Enigmě, ale o tom zde mluvit nebudeme - protože krátce po invazi do Sovětského svazu objevil Bletchley přenos zpráv s novým typem šifrování.
Kryptanalytici brzy přišli na obecnou povahu stroje používaného k přenosu zpráv, kterému přezdívali „Tunny“.
Na rozdíl od Enigmy, jejíž zprávy musely být dešifrovány ručně, se Tunney připojil přímo k dálnopisu. Teletyp převedl každý znak zadaný operátorem na proud teček a křížků (podobných tečkám a čárkám v Morseově abecedě) ve standardním s pěti znaky na písmeno. Byl to nezašifrovaný text. Tunney použila dvanáct kol najednou, aby vytvořila svůj vlastní paralelní proud teček a křížků: klíč. Poté ke zprávě přidala klíč a vytvořila šifrovaný text přenášený vzduchem. Sčítání bylo provedeno v binární aritmetice, kde tečky odpovídaly nulám a křížky odpovídaly jedničkám:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Další Tanny na straně příjemce se stejným nastavením vytvořila stejný klíč a přidala ho do zašifrované zprávy, aby vytvořila původní, který byl vytištěn na papír příjemcem dálnopisem. Řekněme, že máme zprávu: "tečka plus tečka tečka plus." V číslech to bude 01001. Přidejme náhodný klíč: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, takže dostaneme šifrový text 10011. Opětovným přidáním klíče můžete obnovit původní zprávu. Zkontrolujeme: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, dostaneme 01001.
Parsing Tunney práci usnadnil fakt, že v prvních měsících jeho používání odesílatelé předávali nastavení kol, která se mají použít před odesláním zprávy. Později Němci vydali kódové knihy s přednastaveným nastavením kol a odesílateli stačilo poslat kód, který příjemce mohl použít k nalezení správného nastavení kola v knize. Nakonec měnili kódové knihy denně, což znamenalo, že Bletchley musel každé ráno hackovat kódová kola.
Zajímavé je, že kryptoanalytici vyřešili funkci Tunny na základě umístění vysílací a přijímací stanice. Spojovala nervová centra německého vrchního velení s armádou a veliteli armádních skupin na různých evropských vojenských frontách, od okupované Francie až po ruské stepi. Byl to lákavý úkol: hacknutí Tunney slibovalo přímý přístup k záměrům a schopnostem nepřítele na nejvyšší úrovni.
Kombinací chyb německých operátorů, mazaného a zarputilého odhodlání pak mladý matematik šel mnohem dál než k jednoduchým závěrům o Tunneyho práci. Aniž by viděl samotný stroj, zcela určil jeho vnitřní strukturu. Logicky odvodil možné polohy každého kola (každé mělo jiné prvočíslo) a jak přesně poloha kol generovala klíč. Vyzbrojen těmito informacemi postavil Bletchley repliky Tunney, které by mohly být použity k dešifrování zpráv, jakmile budou kola správně nastavena.
12 klíčových koleček šifrovacího stroje Lorenz známého jako Tanny
Heath Robinson
Do konce roku 1942 Tat pokračoval v útocích na Tanni a vyvinul pro to speciální strategii. Byl založen na konceptu delta: modulo 2 součet jednoho signálu ve zprávě (tečka nebo křížek, 0 nebo 1) s dalším signálem. Uvědomil si, že kvůli přerušovanému pohybu kol Tunney existuje vztah mezi deltou šifrového textu a deltou klíčového textu: musí se měnit společně. Pokud tedy porovnáte šifrový text s textem klíče generovaným při různých nastaveních kola, můžete vypočítat delta pro každé a spočítat počet shod. Míra shody výrazně přesahující 50 % by měla označit potenciálního kandidáta na skutečný klíč zprávy. Myšlenka byla teoreticky dobrá, ale nebylo možné ji realizovat v praxi, protože vyžadovalo provedení 2400 průchodů pro každou zprávu, aby se zkontrolovala všechna možná nastavení.
Tat přinesl problém dalšímu matematikovi, Maxu Newmanovi, který vedl oddělení v Bletchley, kterému všichni říkali „Newmania“. Newman byl na první pohled nepravděpodobnou volbou vést citlivou britskou zpravodajskou organizaci, protože jeho otec pocházel z Německa. Zdálo se však nepravděpodobné, že by špehoval pro Hitlera, protože jeho rodina byla židovská. Byl tak znepokojen postupem Hitlerovy dominance v Evropě, že krátce po rozpadu Francie v roce 1940 přestěhoval svou rodinu do bezpečí New Yorku a nějakou dobu sám uvažoval o přestěhování do Princetonu.
Max Newman
Stalo se, že Newman dostal nápad pracovat na výpočtech požadovaných metodou Tata - vytvořením stroje. Bletchley byl již zvyklý používat stroje pro kryptoanalýzu. Takto byla Enigma cracknuta. Ale Newman vymyslel určité elektronické zařízení pro práci na Tunneyově šifře. Před válkou učil v Cambridgi (jedním z jeho studentů byl Alan Turing) a věděl o elektronických čítačích postavených Wynne-Williamsem pro počítání částic v Cavendishu. Myšlenka byla tato: pokud jste synchronizovali dva filmy uzavřené ve smyčce, rolující vysokou rychlostí, z nichž jeden měl klíč a druhý šifrovanou zprávu, a s každým prvkem zacházeli jako s procesorem, který počítá delty, pak by elektronické počítadlo mohlo sečíst výsledky. Přečtením konečného skóre na konci každého běhu se člověk mohl rozhodnout, zda je tento klíč potenciální nebo ne.
Stalo se, že skupina inženýrů s vhodnými zkušenostmi právě existovala. Mezi nimi byl sám Wynne-Williams. Turing naverboval Wynne-Williamse z Malvern Radar Laboratory, aby pomohl vytvořit nový rotor pro stroj Enigma, využívající elektroniku k počítání otáček. S tímto a dalším projektem Enigmy mu pomáhali tři inženýři z Poštovní výzkumné stanice v Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst a Tommy Flowers (dovolte mi připomenout, že Britská pošta byla technologicky vyspělou organizací a nebyla odpovědná pouze pro papírovou poštu, ale i pro telegrafii a telefonii). Oba projekty se nezdařily a muži zůstali nečinní. Newman je sbíral. Pověřil Flowerse vedením týmu, který vytvořil „kombinační zařízení“, které by počítalo delty a předávalo výsledek do počítadla, na kterém Wynne-Williams pracoval.
Newman zaměstnával inženýry stavbou strojů a ženské oddělení Královského námořnictva provozováním jeho strojů na zpracování zpráv. Vláda důvěřovala pouze mužům s vysokými vedoucími pozicemi a ženám se dobře dařilo jako operačním důstojníkům Bletchley, kteří zvládali jak přepis zpráv, tak nastavení dekódování. Velmi organicky se jim podařilo přejít od úřednické práce k péči o stroje, které automatizovaly jejich práci. Své auto pojmenovali lehkovážně"“, britský ekvivalent [oba byli ilustrátoři karikaturistů, kteří zobrazovali extrémně složitá, objemná a složitá zařízení, která vykonávala velmi jednoduché funkce / cca. překlad].
Vůz „Old Robinson“, velmi podobný svému předchůdci, vozu „Heath Robinson“.
Heath Robinson, ačkoliv byl teoreticky docela spolehlivý, trpěl v praxi vážnými problémy. Hlavní byla potřeba dokonalé synchronizace obou filmů – šifrového textu a klíčového textu. Jakékoli natažení nebo sklouznutí kterékoli z fólií způsobilo, že celý průchod byl nepoužitelný. Aby se minimalizovalo riziko chyb, stroj zpracoval ne více než 2000 XNUMX znaků za sekundu, i když pásy mohly pracovat rychleji. Flowers, který neochotně souhlasil s prací projektu Heath Robinson, věřil, že existuje lepší způsob: stroj postavený téměř výhradně z elektronických součástek.
Kolos
Thomas Flowers pracoval od roku 1930 jako inženýr ve výzkumném oddělení Britské pošty, kde zpočátku pracoval na výzkumu nesprávných a neúspěšných spojení v nových automatických telefonních ústřednách. To ho přivedlo k úvahám o tom, jak vytvořit vylepšenou verzi telefonního systému, a v roce 1935 začal prosazovat nahrazení komponent elektromechanického systému, jako jsou relé, elektronickými. Tento cíl určil celou jeho budoucí kariéru.
Tommy Flowers, kolem roku 1940
Většina inženýrů kritizovala elektronické součástky za to, že jsou vrtošivé a nespolehlivé, když se používají ve velkém měřítku, ale Flowers ukázal, že když se používají nepřetržitě a při výkonech hluboko pod jejich designem, elektronky skutečně vykazovaly úžasně dlouhou životnost. Své nápady dokázal tím, že nahradil všechny terminály oznamovacího tónu na 1000řádkovém přepínači elektronkami; celkem jich bylo 3-4 tisíce. Tato instalace byla uvedena do skutečného provozu v roce 1939. Ve stejném období experimentoval s nahrazením reléových registrů, které uchovávaly telefonní čísla, elektronickými relé.
Flowers věřil, že Heath Robinson, na jehož stavbu byl najat, byl vážně chybný a že by mohl problém vyřešit mnohem lépe použitím více trubek a méně mechanických částí. V únoru 1943 přivezl do Newmana alternativní konstrukci stroje. Flowers se chytře zbavil klíčové pásky, čímž eliminoval problém se synchronizací. Jeho stroj musel generovat klíčový text za chodu. Elektronicky by simulovala Tunneyho, procházela by všechna nastavení kola a každé by porovnávala se šifrovaným textem a zaznamenávala pravděpodobné shody. Odhadl, že tento přístup by vyžadoval použití asi 1500 elektronek.
Newman a zbytek vedení Bletchley byli k tomuto návrhu skeptičtí. Stejně jako většina Flowersových současníků pochybovali o tom, že by elektronika mohla fungovat v takovém měřítku. Navíc, i kdyby se to dalo uvést do provozu, pochybovali o tom, že by takový stroj mohl být postaven včas, aby byl užitečný ve válce.
Šéf Flowers v Dollis Hill mu dal povolení sestavit tým, který vytvoří toto elektronické monstrum - Flowers možná nebyl úplně upřímný, když mu popsal, jak moc se jeho nápad líbil v Bletchley (Podle Andrewa Hodgese, Flowers řekl jeho šéf Gordon Radley, že projekt byl pro Bletchleyho kritickou prací, a Radley už od Churchilla slyšel, že Bletchleyho práce je absolutní prioritou). Kromě Flowerse hráli ve vývoji systému velkou roli Sidney Broadhurst a William Chandler a celý podnik zaměstnával téměř 50 lidí, polovinu zdrojů Dollis Hill. Tým se inspiroval precedenty používanými v telefonii: měřiče, větvená logika, zařízení pro směrování a překlad signálu a zařízení pro periodická měření stavu zařízení. Broadhurst byl mistrem takových elektromechanických obvodů a Flowers a Chandler byli odborníci na elektroniku, kteří pochopili, jak přenést koncepty ze světa relé do světa ventilů. Začátkem roku 1944 tým představil Bletchley funkční model. Obří stroj byl nazván „Colossus“ a rychle dokázal, že dokáže předstihnout Heatha Robinsona tím, že spolehlivě zpracuje 5000 XNUMX znaků za sekundu.
Newman a zbytek vedení v Bletchley si rychle uvědomili, že udělali chybu, když odmítli Flowerse. V únoru 1944 objednali 12 dalších Colossů, které měly být v provozu do 1. června - datum, kdy byla plánována invaze do Francie, i když to samozřejmě Flowers nevěděl. Flowers otevřeně řekl, že to není možné, ale s hrdinským úsilím se jeho týmu podařilo dodat druhý vůz do 31. května, na kterém nový člen týmu Alan Coombs provedl mnoho vylepšení.
Revidovaný design, známý jako Mark II, pokračoval v úspěchu prvního stroje. Kromě filmového zásobovacího systému se skládal z 2400 12 lamp, 800 otočných spínačů, XNUMX relé a elektrického psacího stroje.
Kolos Mark II
Bylo přizpůsobitelné a dostatečně flexibilní, aby zvládlo různé úkoly. Po instalaci každý z ženských týmů nakonfiguroval svůj „Colossus“ k vyřešení určitých problémů. Patch panel, podobný panelu telefonního operátora, byl potřeba k nastavení elektronických vyzvánění, které simulovaly kola Tunney. Sada přepínačů umožňovala operátorům konfigurovat libovolný počet funkčních zařízení, která zpracovávala dva datové toky: externí film a interní signál generovaný prstenci. Kombinací sady různých logických prvků mohl Colossus vypočítat libovolné booleovské funkce založené na datech, tj. funkce, které by vytvořily 0 nebo 1. Každá jednotka zvýšila čítač Colossus. Samostatné řídicí zařízení rozhodovalo o větvení na základě stavu počítadla – například zastavilo a vytisklo výstup, pokud hodnota počítadla přesáhla 1000.
Přepínací panel pro konfiguraci „Colossus“
Předpokládejme, že Colossus byl univerzální programovatelný počítač v moderním smyslu. Mohl by logicky zkombinovat dva datové toky – jeden na pásce a jeden generovaný počítadly vyzvánění – a počítat počet XNUMXs, na které narazil, a je to. Velká část "programování" Colossusu byla provedena na papíře, přičemž operátoři prováděli rozhodovací strom připravený analytiky: řekněme "pokud je výstup systému menší než X, nastavte konfiguraci B a proveďte Y, jinak proveďte Z."
Blokové schéma vysoké úrovně pro Colossus
Přesto byl "Colossus" docela schopný vyřešit úkol, který mu byl přidělen. Na rozdíl od počítače Atanasoff-Berry byl Colossus extrémně rychlý – dokázal zpracovat 25000 XNUMX znaků za sekundu, z nichž každý mohl vyžadovat několik booleovských operací. Mark II zvýšil rychlost pětinásobně oproti Mark I současným čtením a zpracováním pěti různých částí filmu. Odmítlo propojit celý systém s pomalými elektromechanickými vstupně-výstupními zařízeními, pomocí fotobuněk (převzatých z protiletadlových ) pro čtení příchozích pásek a registr pro ukládání výstupu psacího stroje do vyrovnávací paměti. Vedoucí týmu, který Colossus v 1990. letech obnovil, ukázal, že ve své práci stále může snadno překonat počítač na bázi Pentia z roku 1995.
Tento výkonný stroj na zpracování textu se stal centrem projektu prolomení kódu Tunney. Před koncem války bylo postaveno deset dalších Mark II, panely pro ně chrlili tempem jeden za měsíc dělníci v poštovní továrně v Birminghamu, kteří neměli ponětí, co vyrábějí, a poté je smontovali v Bletchley. . Jeden podrážděný úředník z ministerstva zásobování, který obdržel další žádost o tisíc speciálních ventilů, se zeptal, zda je poštovní pracovníci „střílejí na Němce“. Tímto průmyslovým způsobem, spíše než ručním sestavováním individuálního projektu, by se další počítač začal vyrábět až v 1950. letech XNUMX. století. Podle Flowersových pokynů k ochraně ventilů fungoval každý kolos ve dne i v noci až do konce války. Tiše stáli a žhnuli ve tmě, zahřívali vlhkou britskou zimu a trpělivě čekali na pokyny, dokud nepřišel den, kdy už nebyli potřeba.
Závoj ticha
Přirozené nadšení pro fascinující drama odehrávající se v Bletchley vedlo k hrubému zveličování vojenských úspěchů organizace. Je strašně absurdní naznačovat, jak to film dělá."[The Imitation Game], že britská civilizace by přestala existovat, nebýt Alana Turinga. „Kolos“ zjevně neměl žádný vliv na průběh války v Evropě. Jeho nejpropagovanějším úspěchem bylo dokázat, že podvod při vylodění v Normandii v roce 1944 fungoval. Zprávy přijaté přes Tanny naznačovaly, že Spojenci úspěšně přesvědčili Hitlera a jeho velení, že skutečný úder přijde dále na východ, v Pas de Calais. Povzbudivé informace, ale je nepravděpodobné, že snížení hladiny kortizolu v krvi spojeneckého velení pomohlo vyhrát válku.
Na druhou stranu, technologický pokrok, který Colossus prezentoval, byl nepopiratelný. Ale to se svět brzy nedozví. Churchill nařídil, aby všechny „Kolosy“ existující v době konce hry byly demontovány a tajemství jejich designu by mělo být odesláno spolu s nimi na skládku. Dvě vozidla nějak přežila tento rozsudek smrti a zůstala v britské zpravodajské službě až do 1960. let. Ale ani potom britská vláda neodhrnula závoj mlčení ohledně práce v Bletchley. Teprve v 1970. letech se jeho existence dostala do povědomí veřejnosti.
Rozhodnutí trvale zakázat jakoukoli diskusi o práci prováděné v Bletchley Parku by se dalo nazvat přehnanou opatrností britské vlády. Ale pro Flowerse to byla osobní tragédie. Zbavený všech zásluh a prestiže vynálezce Kolosu trpěl nespokojeností a frustrací, protože jeho neustálé pokusy nahradit relé elektronikou v britském telefonním systému byly neustále blokovány. Pokud by mohl demonstrovat svůj úspěch na příkladu "Colossus", měl by vliv nezbytný k uskutečnění svého snu. Ale v době, kdy se jeho úspěchy staly známými, byl Flowers dávno v důchodu a nebyl schopen nic ovlivnit.
Několik nadšenců pro elektronické počítače roztroušených po celém světě trpělo podobnými problémy souvisejícími s utajením kolem Colossus a nedostatkem důkazů pro životaschopnost tohoto přístupu. Elektromechanické výpočty by mohly ještě nějakou dobu zůstat králem. Ale byl tu další projekt, který by připravil cestu k tomu, aby se elektronické počítače dostaly do centra pozornosti. I když to byl také výsledek tajného vojenského vývoje, nebyl po válce skryt, ale naopak byl světu odhalen s největší sebejistotou, pod názvem ENIAC.
Co číst:
• Jack Copeland, ed. Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, „Design of Colossus“, Annals of the History of Computing, červenec 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Zdroj: www.habr.com