Weitere Artikel der Reihe:
- Geschichte der Staffel
- Geschichte elektronischer Computer
- Geschichte des Transistors
- Internetgeschichte
Im Jahr 1938 kaufte der Chef des britischen Geheimdienstes still und leise ein 24 Hektar großes Anwesen 80 Meilen von London entfernt. Es befand sich am Knotenpunkt der Eisenbahnen von London im Norden und von Oxford im Westen nach Cambridge im Osten und war ein idealer Standort für eine Organisation, die niemand sehen würde, für die meisten jedoch leicht zu erreichen war der wichtigen Wissenszentren und der britischen Behörden. Das Anwesen bekannt als , wurde während des Zweiten Weltkriegs zum Zentrum Großbritanniens für die Entschlüsselung von Codes. Dies ist vielleicht der einzige Ort auf der Welt, der für seine Beteiligung an der Kryptographie bekannt ist.
Tunney
Im Sommer 1941 wurde in Bletchley bereits daran gearbeitet, die berühmte Enigma-Verschlüsselungsmaschine der deutschen Armee und Marine zu knacken. Wenn Sie einen Film über britische Codeknacker gesehen haben, haben sie über Enigma gesprochen, aber wir werden hier nicht darüber sprechen – denn kurz nach dem Einmarsch in die Sowjetunion entdeckte Bletchley die Übertragung von Nachrichten mit einer neuen Art von Verschlüsselung.
Kryptoanalytiker fanden bald die allgemeine Natur der Maschine heraus, die zum Übertragen von Nachrichten verwendet wurde, und gaben ihr den Spitznamen „Tunny“.
Im Gegensatz zu Enigma, dessen Nachrichten von Hand entschlüsselt werden mussten, verband sich Tunney direkt mit dem Fernschreiber. Der Fernschreiber wandelte jedes vom Bediener eingegebene Zeichen standardmäßig in einen Strom aus Punkten und Kreuzen um (ähnlich den Punkten und Strichen des Morsecodes). mit fünf Zeichen pro Buchstabe. Es handelte sich um unverschlüsselten Text. Tunney nutzte jeweils zwölf Räder, um ihren eigenen parallelen Strom aus Punkten und Kreuzen zu erzeugen: den Schlüssel. Dann fügte sie der Nachricht den Schlüssel hinzu und erzeugte so einen Chiffretext, der über die Luft übertragen wurde. Die Addition erfolgte in binärer Arithmetik, wobei Punkte Nullen und Kreuze Einsen entsprachen:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Eine andere Tanny auf der Seite des Empfängers mit denselben Einstellungen erstellte denselben Schlüssel und fügte ihn der verschlüsselten Nachricht hinzu, um das Original zu erstellen, das vom Fernschreiber des Empfängers auf Papier gedruckt wurde. Nehmen wir an, wir haben eine Nachricht: „Punkt plus Punkt Punkt plus.“ In Zahlen ist es 01001. Fügen wir einen Zufallsschlüssel hinzu: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, also erhalten wir den Chiffretext 10011. Durch erneutes Hinzufügen des Schlüssels können Sie die ursprüngliche Nachricht wiederherstellen. Überprüfen wir: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, wir erhalten 01001.
Das Parsen von Tunneys Arbeit wurde durch die Tatsache erleichtert, dass die Absender in den ersten Monaten seiner Verwendung vor dem Senden einer Nachricht zu verwendende Radeinstellungen weitergaben. Später veröffentlichten die Deutschen Codebücher mit voreingestellten Radeinstellungen, und der Absender musste lediglich einen Code senden, mit dem der Empfänger die richtige Radeinstellung im Buch finden konnte. Am Ende wechselten sie die Codebücher täglich, was bedeutete, dass Bletchley jeden Morgen die Coderäder hacken musste.
Interessanterweise haben Kryptoanalytiker die Tunny-Funktion anhand des Standorts der Sende- und Empfangsstationen gelöst. Es verband die Nervenzentren des deutschen Oberkommandos mit den Heeres- und Heeresgruppenkommandanten an verschiedenen europäischen Militärfronten, vom besetzten Frankreich bis zu den russischen Steppen. Es war eine verlockende Aufgabe: Das Hacken von Tunney versprach direkten Zugriff auf die Absichten und Fähigkeiten des Feindes auf höchster Ebene.
Dann, durch eine Kombination aus Fehlern deutscher Operatoren, List und hartnäckiger Entschlossenheit, der junge Mathematiker ging viel weiter als einfache Schlussfolgerungen über Tunneys Arbeit. Ohne die Maschine selbst zu sehen, konnte er ihren inneren Aufbau vollständig bestimmen. Er leitete logisch die möglichen Positionen jedes Rads ab (von denen jedes seine eigene Primzahl hatte) und wie genau die Position der Räder den Schlüssel erzeugte. Ausgestattet mit diesen Informationen baute Bletchley Nachbildungen des Tunney, die zum Entschlüsseln von Nachrichten verwendet werden konnten – sobald die Räder richtig eingestellt waren.
12 Schlüsselräder einer Lorenz-Chiffriermaschine namens Tanny
Heath Robinson
Bis Ende 1942 griff Tat Tanni weiter an und entwickelte dafür eine spezielle Strategie. Es basierte auf dem Delta-Konzept: der Modulo-2-Summe eines Signals in einer Nachricht (Punkt oder Kreuz, 0 oder 1) mit dem nächsten. Er erkannte, dass aufgrund der intermittierenden Bewegung der Tunney-Räder ein Zusammenhang zwischen dem Chiffretext-Delta und dem Schlüsseltext-Delta bestand: Sie mussten sich gemeinsam ändern. Wenn Sie also den Chiffretext mit dem Schlüsseltext vergleichen, der bei verschiedenen Radeinstellungen generiert wurde, können Sie für jeden das Delta berechnen und die Anzahl der Übereinstimmungen zählen. Eine Übereinstimmungsrate deutlich über 50 % sollte einen potenziellen Kandidaten für den echten Nachrichtenschlüssel markieren. Die Idee war in der Theorie gut, in der Praxis jedoch nicht umsetzbar, da für jede Nachricht 2400 Durchgänge erforderlich waren, um alle möglichen Einstellungen zu überprüfen.
Tat brachte das Problem zu einem anderen Mathematiker, Max Newman, der die Abteilung in Bletchley leitete, die alle „Newmania“ nannten. Newman war auf den ersten Blick eine unwahrscheinliche Wahl für die Leitung des sensiblen britischen Geheimdienstes, da sein Vater aus Deutschland stammte. Allerdings schien es unwahrscheinlich, dass er für Hitler spionieren würde, da seine Familie jüdisch war. Er war so besorgt über den Fortschritt von Hitlers Vorherrschaft in Europa, dass er seine Familie kurz nach dem Zusammenbruch Frankreichs im Jahr 1940 in die Sicherheit von New York übersiedelte und eine Zeit lang selbst darüber nachdachte, nach Princeton zu ziehen.
Max Newman
Zufällig kam Newman auf die Idee, die für die Tata-Methode erforderlichen Berechnungen durchzuführen – indem er eine Maschine schuf. Bletchley war es bereits gewohnt, Maschinen zur Kryptoanalyse einzusetzen. So wurde Enigma geknackt. Aber Newman erfand ein bestimmtes elektronisches Gerät, um mit der Tunney-Chiffre zu arbeiten. Vor dem Krieg lehrte er in Cambridge (einer seiner Schüler war Alan Turing) und wusste von den elektronischen Zählern, die Wynne-Williams zur Teilchenzählung in Cavendish baute. Die Idee war folgende: Wenn man zwei in einer Schleife geschlossene Filme synchronisiert, die mit hoher Geschwindigkeit scrollen, von denen einer einen Schlüssel und der andere eine verschlüsselte Nachricht hat, und jedes Element als Prozessor behandelt, der Deltas zählt, dann könnte ein elektronischer Zähler dies tun Addieren Sie die Ergebnisse. Durch Lesen des Endergebnisses am Ende jedes Durchgangs konnte man entscheiden, ob es sich bei diesem Schlüssel um einen potenziellen Schlüssel handelte oder nicht.
Zufälligerweise existierte gerade eine Gruppe von Ingenieuren mit entsprechender Erfahrung. Unter ihnen war Wynne-Williams selbst. Turing rekrutierte Wynne-Williams vom Malvern Radar Laboratory, um bei der Entwicklung eines neuen Rotors für die Enigma-Maschine zu helfen, der Elektronik zum Zählen der Umdrehungen nutzt. Er wurde bei diesem und einem anderen Enigma-Projekt von drei Ingenieuren der Postal Research Station in Dollys Hill unterstützt: William Chandler, Sidney Broadhurst und Tommy Flowers (ich möchte Sie daran erinnern, dass die britische Post eine High-Tech-Organisation war und nicht dafür verantwortlich war nicht nur für Papierpost, sondern auch für Telegrafie und Telefonie). Beide Projekte scheiterten und die Männer blieben untätig. Newman hat sie gesammelt. Er ernannte Flowers zum Leiter eines Teams, das ein „Kombinationsgerät“ entwickelte, das Deltas zählte und das Ergebnis an einen Zähler übermittelte, an dem Wynne-Williams arbeitete.
Newman beschäftigte die Ingenieure mit dem Bau der Maschinen und die Frauenabteilung der Royal Navy mit der Bedienung seiner Nachrichtenverarbeitungsmaschinen. Die Regierung vertraute nur Männern mit hochrangigen Führungspositionen, und Frauen leisteten gute Arbeit als Operationsoffiziere in Bletchley, wo sie sich sowohl um die Transkription von Nachrichten als auch um die Dekodierung kümmerten. Sie schafften es ganz organisch, von der Büroarbeit zur Betreuung der Maschinen überzugehen, die ihre Arbeit automatisierten. Sie nannten ihr Auto leichtfertig „", britisches Äquivalent [beide waren Cartoon-Illustratoren, die äußerst komplexe, sperrige und komplizierte Geräte darstellten, die sehr einfache Funktionen erfüllten / ca. übersetzt].
Das „Old Robinson“-Auto, sehr ähnlich zu seinem Vorgänger, dem „Heath Robinson“-Auto
Tatsächlich litt Heath Robinson, obwohl er theoretisch recht zuverlässig war, in der Praxis unter ernsthaften Problemen. Im Vordergrund stand die Notwendigkeit einer perfekten Synchronisation der beiden Filme – des Chiffriertextes und des Schlüsseltextes. Jegliches Dehnen oder Verrutschen einer der Folien machte den gesamten Durchgang unbrauchbar. Um das Fehlerrisiko zu minimieren, verarbeitete die Maschine nicht mehr als 2000 Zeichen pro Sekunde, obwohl die Bänder schneller arbeiten könnten. Flowers, der der Arbeit des Heath-Robinson-Projekts widerstrebend zustimmte, glaubte, dass es einen besseren Weg gäbe: eine Maschine, die fast ausschließlich aus elektronischen Komponenten gebaut wäre.
Koloss
Thomas Flowers arbeitete ab 1930 als Ingenieur in der Forschungsabteilung der britischen Post, wo er sich zunächst mit der Erforschung fehlerhafter und ausgefallener Verbindungen in neuen automatischen Telefonzentralen beschäftigte. Dies brachte ihn dazu, darüber nachzudenken, wie er eine verbesserte Version des Telefonsystems entwickeln könnte, und 1935 begann er, sich dafür einzusetzen, elektromechanische Systemkomponenten wie Relais durch elektronische zu ersetzen. Dieses Ziel bestimmte seine gesamte weitere Karriere.
Tommy Flowers, um 1940
Die meisten Ingenieure kritisieren elektronische Komponenten als launisch und unzuverlässig, wenn sie in großem Maßstab eingesetzt werden. Flowers zeigte jedoch, dass Vakuumröhren bei kontinuierlichem Einsatz und bei Leistungen, die weit unter ihrer Auslegung liegen, tatsächlich eine erstaunlich lange Lebensdauer aufwiesen. Er bewies seine Ideen, indem er alle Wähltonterminals einer 1000-Leitungs-Vermittlungsstelle durch Röhren ersetzte; Insgesamt waren es 3-4 Tausend. Diese Installation wurde 1939 in Betrieb genommen. Im gleichen Zeitraum experimentierte er damit, die Relaisregister, in denen Telefonnummern gespeichert waren, durch elektronische Relais zu ersetzen.
Flowers glaubte, dass der Heath Robinson, mit dessen Bau er beauftragt wurde, ernsthafte Mängel aufwies und dass er das Problem viel besser lösen konnte, indem er mehr Rohre und weniger mechanische Teile verwendete. Im Februar 1943 brachte er Newman einen alternativen Entwurf für die Maschine. Flowers hat das Tastenband geschickt entfernt und so das Synchronisationsproblem beseitigt. Seine Maschine musste den Schlüsseltext im Handumdrehen generieren. Sie simulierte Tunney elektronisch, ging alle Radeinstellungen durch, verglich jede einzelne mit dem Chiffretext und zeichnete mögliche Übereinstimmungen auf. Er schätzte, dass dieser Ansatz den Einsatz von etwa 1500 Vakuumröhren erfordern würde.
Newman und der Rest des Bletchley-Managements standen diesem Vorschlag skeptisch gegenüber. Wie die meisten Zeitgenossen von Flowers bezweifelten sie, dass die Elektronik in einem solchen Maßstab funktionieren könnte. Darüber hinaus bezweifelten sie, dass eine solche Maschine, selbst wenn sie funktionsfähig gemacht werden könnte, rechtzeitig gebaut werden könnte, um im Krieg nützlich zu sein.
Der Chef von Flowers in Dollis Hill gab ihm grünes Licht, ein Team zusammenzustellen, um dieses elektronische Monster zu erschaffen – Flowers war möglicherweise nicht ganz aufrichtig, als er ihm beschrieb, wie sehr seine Idee in Bletchley gefiel (Laut Andrew Hodges sagte Flowers). sein Chef, Gordon Radley, dass das Projekt für Bletchley eine entscheidende Arbeit sei, und Radley hatte bereits von Churchill gehört, dass Bletchleys Arbeit absolute Priorität habe). Neben Flowers spielten Sidney Broadhurst und William Chandler eine große Rolle bei der Entwicklung des Systems, und das gesamte Unternehmen beschäftigte fast 50 Mitarbeiter, die Hälfte der Ressourcen von Dollis Hill. Das Team ließ sich von Präzedenzfällen aus der Telefonie inspirieren: Messgeräte, Zweiglogik, Ausrüstung für Routing und Signalumsetzung sowie Ausrüstung für regelmäßige Messungen des Gerätestatus. Broadhurst war ein Meister solcher elektromechanischer Schaltkreise, und Flowers und Chandler waren Elektronikexperten, die es verstanden, Konzepte aus der Welt der Relais auf die Welt der Ventile zu übertragen. Anfang 1944 hatte das Team Bletchley ein funktionierendes Modell vorgelegt. Die riesige Maschine erhielt den Spitznamen „Colossus“ und bewies schnell, dass sie Heath Robinson in den Schatten stellen konnte, indem sie zuverlässig 5000 Zeichen pro Sekunde verarbeitete.
Newman und der Rest des Managements von Bletchley erkannten schnell, dass es ein Fehler gewesen war, Flowers abzulehnen. Im Februar 1944 bestellten sie 12 weitere Kolosse, die bis zum 1. Juni einsatzbereit sein sollten – dem Datum, an dem die Invasion in Frankreich geplant war, obwohl Flowers dies natürlich nicht wusste. Flowers sagte direkt, dass dies unmöglich sei, aber mit heldenhaften Anstrengungen gelang es seinem Team, bis zum 31. Mai ein zweites Auto zu liefern, an dem das neue Teammitglied Alan Coombs viele Verbesserungen vornahm.
Das überarbeitete Design, bekannt als Mark II, setzte den Erfolg der ersten Maschine fort. Es bestand neben der Filmversorgungsanlage aus 2400 Lampen, 12 Drehschaltern, 800 Relais und einer elektrischen Schreibmaschine.
Koloss Mark II
Es war anpassbar und flexibel genug, um eine Vielzahl von Aufgaben zu bewältigen. Nach der Installation konfigurierte jedes der Frauenteams seinen „Koloss“, um bestimmte Probleme zu lösen. Um elektronische Ringe einzurichten, die Tunney-Räder simulierten, wurde ein Patchpanel, ähnlich einem Telefonzentralenpanel, benötigt. Über eine Reihe von Schaltern konnten Bediener eine beliebige Anzahl funktionaler Geräte konfigurieren, die zwei Datenströme verarbeiteten: einen externen Film und ein internes, von den Ringen erzeugtes Signal. Durch die Kombination verschiedener Logikelemente konnte Colossus beliebige boolesche Funktionen auf der Grundlage von Daten berechnen, also Funktionen, die eine 0 oder 1 erzeugen würden. Jede Einheit erhöhte den Colossus-Zähler. Ein separates Steuergerät traf Verzweigungsentscheidungen basierend auf dem Zustand des Zählers – zum Beispiel Stoppen und Drucken einer Ausgabe, wenn der Zählerwert 1000 überstieg.
Schalterpanel zur Konfiguration von „Colossus“
Nehmen wir an, dass der Colossus ein programmierbarer Allzweckcomputer im modernen Sinne war. Es könnte zwei Datenströme logisch kombinieren – einen auf Band und einen durch Ringzähler generierten – und die Anzahl der gefundenen Einsen zählen, und das war's. Ein Großteil der „Programmierung“ des Colossus erfolgte auf Papier, wobei die Bediener einen von Analysten vorbereiteten Entscheidungsbaum ausführten: Sagen Sie: „Wenn die Systemleistung kleiner als X ist, richten Sie Konfiguration B ein und führen Sie Y aus, andernfalls führen Sie Z aus.“
Übersichtsblockdiagramm für Colossus
Dennoch war „Colossus“ durchaus in der Lage, die ihm gestellte Aufgabe zu lösen. Im Gegensatz zum Atanasoff-Berry-Computer war der Colossus extrem schnell – er konnte 25000 Zeichen pro Sekunde verarbeiten, von denen jedes mehrere boolesche Operationen erfordern konnte. Der Mark II erhöhte die Geschwindigkeit gegenüber dem Mark I um das Fünffache, indem er gleichzeitig fünf verschiedene Filmabschnitte las und verarbeitete. Es weigerte sich, das gesamte System mit langsamen elektromechanischen Eingabe-Ausgabe-Geräten unter Verwendung von Fotozellen (von Flugabwehrraketen) zu verbinden ) zum Lesen eingehender Bänder und ein Register zum Puffern der Schreibmaschinenausgabe. Der Leiter des Teams, das Colossus in den 1990er Jahren restaurierte, zeigte, dass er bei seiner Arbeit immer noch einen Pentium-basierten Computer von 1995 problemlos übertreffen konnte.
Diese leistungsstarke Textverarbeitungsmaschine wurde zum Mittelpunkt des Projekts zur Entschlüsselung des Tunney-Codes. Noch vor Kriegsende wurden zehn weitere Mark II gebaut, deren Paneele jeden Monat von Arbeitern der Postfabrik in Birmingham, die keine Ahnung hatten, was sie herstellten, am Stück produziert und dann in Bletchley zusammengebaut wurden . Ein verärgerter Beamter des Versorgungsministeriums, der eine weitere Anfrage nach tausend Spezialventilen erhalten hatte, fragte, ob die Postangestellten „auf die Deutschen schießen“ würden. Auf diese industrielle Weise und nicht durch den Zusammenbau eines einzelnen Projekts von Hand würde der nächste Computer erst in den 1950er Jahren hergestellt. Unter der Anweisung von Flowers, die Ventile zu schützen, war jeder Koloss bis Kriegsende Tag und Nacht in Betrieb. Sie standen still und leuchtend in der Dunkelheit, wärmten den nassen britischen Winter auf und warteten geduldig auf Anweisungen, bis der Tag kam, an dem sie nicht mehr gebraucht wurden.
Schleier der Stille
Die natürliche Begeisterung für das faszinierende Drama, das sich in Bletchley abspielte, führte zu einer maßlosen Übertreibung der militärischen Erfolge der Organisation. Es ist furchtbar absurd, Andeutungen zu machen, wie es der Film tut.„[The Imitation Game], dass die britische Zivilisation ohne Alan Turing nicht mehr existieren würde. „Colossus“ hatte offenbar keinen Einfluss auf den Kriegsverlauf in Europa. Seine bekannteste Leistung war der Nachweis, dass die Täuschung bei der Landung in der Normandie 1944 funktioniert hatte. Über Tanny erhaltene Nachrichten deuteten darauf hin, dass es den Alliierten gelungen war, Hitler und sein Kommando davon zu überzeugen, dass der eigentliche Schlag weiter östlich, am Pas de Calais, erfolgen würde. Ermutigende Informationen, aber es ist unwahrscheinlich, dass die Reduzierung des Cortisolspiegels im Blut des alliierten Kommandos zum Sieg im Krieg beigetragen hat.
Andererseits waren die technologischen Fortschritte, die Colossus vorstellte, unbestreitbar. Aber die Welt wird das nicht so schnell erfahren. Churchill befahl, alle zum Zeitpunkt des Spielendes existierenden „Kolossen“ zu demontieren und das Geheimnis ihres Designs zusammen mit ihnen auf die Mülldeponie zu bringen. Zwei Fahrzeuge überlebten dieses Todesurteil irgendwie und blieben bis in die 1960er Jahre im britischen Geheimdienst. Doch selbst dann lüftete die britische Regierung den Schleier des Schweigens über die Arbeit in Bletchley nicht. Erst in den 1970er Jahren wurde seine Existenz öffentlich bekannt.
Die Entscheidung, jede Diskussion über die im Bletchley Park durchgeführten Arbeiten dauerhaft zu verbieten, könnte man als übertriebene Vorsicht der britischen Regierung bezeichnen. Aber für Flowers war es eine persönliche Tragödie. Ohne jeglichen Ruf und Ansehen, der Erfinder des Colossus zu sein, litt er unter Unzufriedenheit und Frustration, da seine ständigen Versuche, im britischen Telefonsystem Relais durch Elektronik zu ersetzen, immer wieder blockiert wurden. Wenn er seine Leistung am Beispiel von „Colossus“ demonstrieren könnte, hätte er den nötigen Einfluss, um seinen Traum zu verwirklichen. Doch als seine Leistungen bekannt wurden, war Flowers längst im Ruhestand und konnte nichts mehr beeinflussen.
Mehrere auf der ganzen Welt verstreute Enthusiasten elektronischer Computer litten unter ähnlichen Problemen im Zusammenhang mit der Geheimhaltung rund um Colossus und dem Mangel an Beweisen für die Durchführbarkeit dieses Ansatzes. Elektromechanische Datenverarbeitung könnte noch einige Zeit lang der König bleiben. Aber es gab noch ein anderes Projekt, das den Weg dafür ebnen würde, dass die elektronische Datenverarbeitung in den Mittelpunkt rückt. Obwohl es auch das Ergebnis geheimer militärischer Entwicklungen war, wurde es nach dem Krieg nicht verborgen, sondern im Gegenteil unter dem Namen ENIAC mit größter Gelassenheit der Welt offenbart.
Was zu lesen:
• Jack Copeland, Hrsg. Colossus: Die Geheimnisse der Codeknacker-Computer von Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, „The Design of Colossus“, Annals of the History of Computing, Juli 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Source: habr.com