Andre artikler i serien:
- Historien om stafetten
- Historien om elektroniske computere
- Transistorens historie
- Internet historie
I 1938 købte lederen af British Secret Intelligence stille og roligt en 24 hektar stor ejendom 80 miles fra London. Det var placeret i krydset mellem jernbanerne fra London mod nord, og fra Oxford i vest til Cambridge i øst, og var et ideelt sted for en organisation, der ikke ville blive set af nogen, men som var inden for rækkevidde af de fleste af de vigtige videnscentre og de britiske myndigheder. Ejendommen kendt som , blev Storbritanniens center for kodebrud under Anden Verdenskrig. Dette er måske det eneste sted i verden, der er kendt for sit engagement i kryptografi.
Tunney
I sommeren 1941 var arbejdet allerede i gang ved Bletchley for at bryde den berømte Enigma-krypteringsmaskine, der blev brugt af den tyske hær og flåde. Hvis du så en film om britiske kodebrydere, talte de om Enigma, men vi vil ikke tale om det her - for kort efter invasionen af Sovjetunionen opdagede Bletchley transmissionen af meddelelser med en ny type kryptering.
Kryptanalytikere fandt snart ud af den generelle karakter af den maskine, der blev brugt til at sende beskeder, som de gav tilnavnet "Tunny."
I modsætning til Enigma, hvis beskeder skulle dechifreres i hånden, koblede Tunney sig direkte til teletypen. Teletypen konverterede hvert tegn indtastet af operatøren til en strøm af prikker og kryds (svarende til prikker og streger i morsekode) i standard med fem tegn pr. bogstav. Det var ukrypteret tekst. Tunney brugte tolv hjul ad gangen til at skabe sin egen parallelle strøm af prikker og kryds: nøglen. Hun tilføjede derefter nøglen til beskeden og producerede chiffertekst transmitteret i luften. Addition blev udført i binær aritmetik, hvor prikker svarede til nuller og krydser svarede til etaler:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
En anden Tanny på modtagerens side med de samme indstillinger producerede den samme nøgle og føjede den til den krypterede besked for at producere den originale, som blev udskrevet på papir af modtagerens teletype. Lad os sige, at vi har en besked: "dot plus dot dot plus." I tal bliver det 01001. Lad os tilføje en tilfældig nøgle: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, så vi får chifferteksten 10011. Ved at tilføje nøglen igen, kan du gendanne den oprindelige besked. Lad os tjekke: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, vi får 01001.
Parsing af Tunneys arbejde blev gjort lettere af det faktum, at afsendere i de første måneder af dets brug videregav hjulindstillinger, der skulle bruges, før de sendte en besked. Senere udgav tyskerne kodebøger med forudindstillede hjulindstillinger, og afsenderen skulle kun sende en kode, som modtageren kunne bruge til at finde den korrekte hjulindstilling i bogen. De endte med at skifte kodebøgerne dagligt, hvilket betød, at Bletchley måtte hacke kodehjulene hver morgen.
Interessant nok løste kryptoanalytikere Tunny-funktionen baseret på placeringen af sende- og modtagestationerne. Den forbandt den tyske overkommandos nervecentre med hæren og hærgruppecheferne på forskellige europæiske militærfronter, fra det besatte Frankrig til de russiske stepper. Det var en fristende opgave: at hacke Tunney lovede direkte adgang til fjendens intentioner og evner på højeste niveau.
Så gennem en kombination af fejl fra tyske operatører, snedig og stædig beslutsomhed, blev den unge matematiker gik meget længere end simple konklusioner om Tunneys arbejde. Uden at se selve maskinen, bestemte han fuldstændigt dens indre struktur. Han udledte logisk de mulige positioner for hvert hjul (som hver havde sit eget primtal), og hvordan nøjagtigt hjulenes position genererede nøglen. Bevæbnet med denne information byggede Bletchley replikaer af Tunney, der kunne bruges til at tyde beskeder - så snart hjulene var korrekt justeret.
12 nøglehjul til en Lorenz-chiffermaskine kendt som Tanny
Heath Robinson
Ved udgangen af 1942 fortsatte Tat med at angribe Tanni efter at have udviklet en særlig strategi for dette. Det var baseret på begrebet delta: modulo 2-summen af et signal i en besked (prik eller kryds, 0 eller 1) med det næste. Han indså, at på grund af den intermitterende bevægelse af Tunney-hjulene, var der et forhold mellem chiffertekstdeltaet og nøgletekstdeltaet: de skulle ændres sammen. Så hvis du sammenligner chifferteksten med nøgleteksten genereret på forskellige hjulindstillinger, kan du beregne deltaet for hver og tælle antallet af matches. En matchrate langt over 50 % bør markere en potentiel kandidat til den rigtige beskednøgle. Ideen var i teorien god, men den var umulig at implementere i praksis, da det krævede at lave 2400 pass for hver besked for at kontrollere alle mulige indstillinger.
Tat bragte problemet til en anden matematiker, Max Newman, som ledede afdelingen på Bletchley, som alle kaldte "Newmania." Newman var ved første øjekast et usandsynligt valg til at lede den følsomme britiske efterretningsorganisation, da hans far var fra Tyskland. Det virkede dog usandsynligt, at han ville spionere for Hitler, da hans familie var jødisk. Han var så bekymret over udviklingen af Hitlers dominans i Europa, at han flyttede sin familie til New Yorks sikkerhed kort efter Frankrigs sammenbrud i 1940, og i en periode overvejede han selv at flytte til Princeton.
Max Newman
Det skete så, at Newman havde en idé om at arbejde med de beregninger, som Tata-metoden kræver - ved at skabe en maskine. Bletchley var allerede vant til at bruge maskiner til kryptoanalyse. Sådan blev Enigma knækket. Men Newman udtænkte en bestemt elektronisk enhed til at arbejde på Tunney-chifferet. Før krigen underviste han på Cambridge (en af hans elever var Alan Turing) og kendte til de elektroniske tællere bygget af Wynne-Williams til at tælle partikler i Cavendish. Ideen var denne: Hvis du synkroniserede to film lukket i en løkke, rullende ved høj hastighed, hvoraf den ene havde en nøgle og den anden en krypteret besked, og behandlede hvert element som en processor, der tæller deltaer, så kunne en elektronisk tæller lægge resultaterne sammen. Ved at læse slutresultatet i slutningen af hvert løb kunne man afgøre, om denne nøgle var en potentiel eller ej.
Det skete sådan, at der netop eksisterede en gruppe ingeniører med passende erfaring. Blandt dem var Wynne-Williams selv. Turing rekrutterede Wynne-Williams fra Malvern Radar Laboratory for at hjælpe med at skabe en ny rotor til Enigma-maskinen ved at bruge elektronik til at tælle sving. Han blev assisteret med dette og et andet Enigma-projekt af tre ingeniører fra Postforskningsstationen ved Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst og Tommy Flowers (lad mig minde dig om, at det britiske postkontor var en højteknologisk organisation, og var ansvarlig for ikke at kun til papirpost, men og til telegrafi og telefoni). Begge projekter mislykkedes, og mændene blev efterladt ledige. Newman samlede dem. Han udpegede Flowers til at lede et team, der skabte en "kombinationsenhed", der ville tælle deltaer og overføre resultatet til en tæller, som Wynne-Williams arbejdede på.
Newman beskæftigede ingeniørerne med at bygge maskinerne og kvindeafdelingen i Royal Navy med at betjene sine beskedbehandlingsmaskiner. Regeringen stolede kun på mænd med lederstillinger på højt niveau, og kvinder klarede sig godt som Bletchleys operationsofficerer og håndterede både meddelelsestransskription og afkodningsopsætninger. De formåede meget organisk at gå fra kontorarbejde til at tage sig af de maskiner, der automatiserede deres arbejde. De navngav useriøst deres bil "", britisk ækvivalent [begge var tegneserietegnere, der skildrede ekstremt komplekse, omfangsrige og indviklede enheder, der udførte meget enkle funktioner / ca. oversættelse].
"Old Robinson"-bilen, meget lig sin forgænger, "Heath Robinson"-bilen
Faktisk led Heath Robinson, selv om den var ret pålidelig i teorien, af alvorlige problemer i praksis. Det vigtigste var behovet for perfekt synkronisering af de to film - chifferteksten og nøgleteksten. Enhver strækning eller glidning af nogen af filmene gjorde hele passagen ubrugelig. For at minimere risikoen for fejl behandlede maskinen ikke mere end 2000 tegn i sekundet, selvom båndene kunne arbejde hurtigere. Flowers, som modvilligt var enig i arbejdet med Heath Robinson-projektet, mente, at der var en bedre måde: en maskine bygget næsten udelukkende af elektroniske komponenter.
kolos
Thomas Flowers arbejdede som ingeniør i forskningsafdelingen på det britiske postkontor fra 1930, hvor han i første omgang arbejdede med forskning i forkerte og fejlslagne forbindelser i nye automatiske telefoncentraler. Dette fik ham til at tænke på, hvordan man kunne skabe en forbedret version af telefonsystemet, og i 1935 begyndte han at gå ind for at erstatte elektromekaniske systemkomponenter såsom relæer med elektroniske. Dette mål bestemte hele hans fremtidige karriere.
Tommy Flowers, omkring 1940
De fleste ingeniører har kritiseret elektroniske komponenter for at være lunefulde og upålidelige, når de bruges i stor skala, men Flowers viste, at når de blev brugt kontinuerligt og med kræfter langt under deres design, udviste vakuumrør faktisk forbløffende lange levetider. Han beviste sine ideer ved at erstatte alle klartoneterminaler på en 1000-linjers switch med rør; i alt var der 3-4 tusinde af dem. Denne installation blev lanceret i rigtigt arbejde i 1939. I samme periode eksperimenterede han med at udskifte de relæregistre, der lagrede telefonnumre, med elektroniske relæer.
Flowers mente, at den Heath Robinson, han blev hyret til at bygge, var alvorligt fejlbehæftet, og at han kunne løse problemet meget bedre ved at bruge flere rør og færre mekaniske dele. I februar 1943 bragte han et alternativt design til maskinen til Newman. Blomster slap klogt af med nøglebåndet, hvilket eliminerede synkroniseringsproblemet. Hans maskine skulle generere nøgleteksten med det samme. Hun simulerede Tunney elektronisk, gennemgik alle hjulindstillingerne og sammenlignede hver enkelt med chifferteksten og optog sandsynlige matches. Han vurderede, at denne tilgang ville kræve brugen af omkring 1500 vakuumrør.
Newman og resten af Bletchleys ledelse var skeptiske over for dette forslag. Som de fleste af Flowers' samtidige tvivlede de på, om elektronik kunne fås til at fungere i sådan en skala. Desuden tvivlede de på, at en sådan maskine kunne bygges i tide til at være nyttig i krig, selvom den kunne fås til at virke.
Flowers' chef på Dollis Hill gav ham grønt lys til at sammensætte et team for at skabe dette elektroniske monster - Flowers har måske ikke været helt oprigtig i at beskrive for ham, hvor meget hans idé blev holdt af hos Bletchley (Ifølge Andrew Hodges, fortalte Flowers hans chef, Gordon Radley, at projektet var kritisk arbejde for Bletchley, og Radley havde allerede hørt fra Churchill, at Bletchleys arbejde var en absolut prioritet). Udover Flowers spillede Sidney Broadhurst og William Chandler en stor rolle i udviklingen af systemet, og hele virksomheden beskæftigede næsten 50 personer, halvdelen af Dollis Hills ressourcer. Holdet var inspireret af fortilfælde, der blev brugt i telefoni: målere, grenlogik, udstyr til routing og signaloversættelse og udstyr til periodiske målinger af udstyrsstatus. Broadhurst var en mester i sådanne elektromekaniske kredsløb, og Flowers og Chandler var elektronikeksperter, der forstod, hvordan man kunne overføre koncepter fra relæernes verden til ventilernes verden. I begyndelsen af 1944 havde holdet præsenteret en arbejdsmodel for Bletchley. Den gigantiske maskine blev døbt "Colossus", og viste hurtigt, at den kunne overstråle Heath Robinson ved pålideligt at behandle 5000 tegn i sekundet.
Newman og resten af ledelsen hos Bletchley indså hurtigt, at de havde begået en fejl ved at afvise Flowers. I februar 1944 bestilte de yderligere 12 kolosser, som skulle være operationelle inden den 1. juni - datoen, hvor invasionen af Frankrig var planlagt, selvom dette naturligvis var ukendt for Flowers. Flowers sagde ligefrem, at dette var umuligt, men med heroiske anstrengelser lykkedes det hans team at levere en anden bil inden den 31. maj, som det nye teammedlem Alan Coombs lavede mange forbedringer på.
Det reviderede design, kendt som Mark II, fortsatte succesen med den første maskine. Udover filmforsyningssystemet bestod det af 2400 lamper, 12 drejekontakter, 800 relæer og en elektrisk skrivemaskine.
Koloss Mark II
Den var tilpasselig og fleksibel nok til at håndtere en række opgaver. Efter installationen konfigurerede hvert af kvindeholdene deres "Colossus" til at løse visse problemer. Et patchpanel, der ligner en telefonoperatørs panel, var nødvendigt for at oprette elektroniske ringe, der simulerede Tunney-hjul. Et sæt switche tillod operatører at konfigurere et hvilket som helst antal funktionelle enheder, der behandlede to datastrømme: en ekstern film og et internt signal genereret af ringene. Ved at kombinere et sæt af forskellige logiske elementer, kunne Colossus beregne vilkårlige boolske funktioner baseret på data, det vil sige funktioner, der ville producere et 0 eller 1. Hver enhed øgede Colossus-tælleren. Et separat kontrolapparat tog forgreningsbeslutninger baseret på tællerens tilstand - for eksempel stop og udskriv et output, hvis tællerværdien oversteg 1000.
Kontaktpanel til konfiguration af "Colossus"
Lad os antage, at Colossus var en generel programmerbar computer i moderne forstand. Det kunne logisk kombinere to datastrømme - en på bånd og en genereret af ringetællere - og tælle antallet af stødte XNUMX'ere, og det er det. Meget af Kolossens "programmering" fandt sted på papir, hvor operatører udførte et beslutningstræ udarbejdet af analytikere: siger, "hvis systemets output er mindre end X, opsæt konfiguration B og gør Y, ellers gør Z."
Højniveau blokdiagram for Colossus
Ikke desto mindre var "Colossus" ganske i stand til at løse den opgave, den blev tildelt. I modsætning til Atanasoff-Berry-computeren var Colossus ekstremt hurtig - den kunne behandle 25000 tegn i sekundet, som hver kunne kræve flere boolske operationer. Mark II øgede hastigheden fem gange i forhold til Mark I ved samtidig at læse og behandle fem forskellige sektioner af filmen. Det nægtede at forbinde hele systemet med langsomme elektromekaniske input-output-enheder ved hjælp af fotoceller (taget fra luftværn ) til læsning af indgående bånd og et register til buffering af skrivemaskineoutput. Lederen af teamet, der restaurerede Colossus i 1990'erne, viste, at han stadig nemt kunne udkonkurrere en Pentium-baseret computer fra 1995 på sit job.
Denne kraftfulde tekstbehandlingsmaskine blev centrum for projektet for at bryde Tunney-koden. Ti mere Mark II'er blev bygget inden krigens afslutning, hvor panelerne blev kasseret med en hastighed på én om måneden af arbejdere på postfabrikken i Birmingham, som ikke anede, hvad de lavede, og derefter samlet i Bletchley . En irriteret embedsmand fra Forsyningsministeriet spurgte efter at have modtaget endnu en anmodning om tusind specielle ventiler, om postarbejderne "skød dem mod tyskerne." På denne industrielle måde ville den næste computer ikke blive produceret før i 1950'erne, snarere end ved at håndsamle et individuelt projekt. Under Flowers' instruktioner om at beskytte ventilerne, fungerede hver Colossus dag og nat indtil slutningen af krigen. De stod stille og glødede i mørket og varmede den våde britiske vinter op og ventede tålmodigt på instruktioner, indtil den dag kom, hvor der ikke længere var brug for dem.
Slør af stilhed
Naturlig entusiasme for det spændende drama, der udspillede sig ved Bletchley, førte til en grov overdrivelse af organisationens militære præstationer. Det er frygtelig absurd at antyde, som filmen gør."[The Imitation Game] at den britiske civilisation ville ophøre med at eksistere, hvis ikke for Alan Turing. "Colossus" havde tilsyneladende ingen indflydelse på krigens forløb i Europa. Hans mest publicerede præstation var at bevise, at landgangsbedraget i Normandiet i 1944 havde virket. Beskeder modtaget gennem Tanny antydede, at de allierede med succes havde overbevist Hitler og hans kommando om, at det virkelige slag ville komme længere mod øst, ved Pas de Calais. Opmuntrende information, men det er usandsynligt, at en reduktion af niveauet af kortisol i blodet fra den allierede kommando hjalp med at vinde krigen.
På den anden side var de teknologiske fremskridt, som Colossus præsenterede, ubestridelige. Men verden vil ikke vide det snart. Churchill beordrede, at alle "Kolosser", der eksisterede på tidspunktet for slutningen af spillet, skulle demonteres, og hemmeligheden bag deres design skulle sendes sammen med dem til lossepladsen. To køretøjer overlevede på en eller anden måde denne dødsdom og forblev i den britiske efterretningstjeneste indtil 1960'erne. Men selv dengang løftede den britiske regering ikke sløret af tavshed vedrørende arbejdet på Bletchley. Det var først i 1970'erne, at dets eksistens blev offentligt kendt.
Beslutningen om permanent at forbyde enhver diskussion af det arbejde, der udføres på Bletchley Park, kan kaldes en overdreven advarsel fra den britiske regering. Men for Flowers var det en personlig tragedie. Frataget al æren og prestige ved at være opfinderen af Kolossen led han utilfredshed og frustration, da hans konstante forsøg på at erstatte relæer med elektronik i det britiske telefonsystem konstant blev blokeret. Hvis han kunne demonstrere sin præstation gennem eksemplet med "Colossus", ville han have den nødvendige indflydelse til at realisere sin drøm. Men da hans præstationer blev kendt, var Flowers for længst gået på pension og var ude af stand til at påvirke noget.
Adskillige elektroniske computerentusiaster spredt rundt i verden led af lignende problemer relateret til hemmeligholdelsen omkring Colossus og manglen på beviser for levedygtigheden af denne tilgang. Elektromekanisk databehandling kan forblive konge i nogen tid fremover. Men der var et andet projekt, der ville bane vejen for, at elektronisk databehandling kan komme i centrum. Selvom det også var resultatet af hemmelige militære udviklinger, blev det ikke skjult efter krigen, men tværtimod blev det åbenbaret for verden med den største selvmodighed, under navnet ENIAC.
Hvad skal man læse:
• Jack Copeland, red. Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, "The Design of Colossus," Annals of the History of Computing, juli 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Kilde: www.habr.com