Weitere Artikel der Reihe:
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- Die Geschichte des Internets
Im Jahr 1938 erwarb der Leiter des britischen Geheimdienstes ohne viel Aufsehen ein Anwesen mit einer Fläche von 24 Hektar, das 80 Meilen von London entfernt liegt. Es befand sich an der Kreuzung von Eisenbahnlinien, die von London nach Norden sowie von Oxford nach Westen und Cambridge im Osten führten, und war der perfekte Ort für eine Organisation, die niemand sehen sollte, jedoch schnell zu den meisten wichtigen Wissens- und Machtzentren Großbritanniens erreichbar war. Das Anwesen, bekannt als , wurde während des Zweiten Weltkriegs zum britischen Zentrum für das Entschlüsseln von Codes. Es ist möglicherweise der einzige Ort der Welt, der für seine Verbindung zur Kryptographie bekannt ist.
Tanni
Im Sommer 1941 wurde in Bletchley bereits intensiv an der Entschlüsselung der berühmten Enigma-Maschine gearbeitet, die von der deutschen Armee und Marine verwendet wurde. Wenn Sie den Film über britische Codeknacker gesehen haben, dann haben Sie von der Enigma gehört, aber wir werden hier nicht weiter darüber sprechen — denn kurz nach der Invasion in die Sowjetunion entdeckte man in Bletchley Übertragungen mit einem neuen Verschlüsselungstyp.
Kryptoanalytiker hatten recht schnell die grundlegende Natur der zur Nachrichtenübermittlung verwendeten Maschine entschlüsselt, die sie "Tanni" nannten.
Im Gegensatz zur Enigma, deren Nachrichten manuell entschlüsselt werden mussten, wurde Tanni direkt an den Telegrammempfänger angeschlossen. Der Telegrammempfänger wandelte jedes von den Betreibern eingegebene Zeichen in einen Strom von Punkten und Strichen (ähnlich den Punkten und Strichen des Morsealphabets) im Standardformat um mit fünf Zeichen pro Buchstaben. Das war reiner Text. Gleichzeitig verwendete Tanni zwölf Rädchen, um ihren eigenen parallelen Strom von Punkten und Strichen zu erzeugen: den Schlüssel. Dann fügte sie den Schlüssel zur Nachricht hinzu und erzeugte den verschlüsselten Text, der über Funksignale übertragen wurde. Die Addition erfolgte in der binären Arithmetik, wobei Punkte den Nullen und Striche den Einsen entsprachen:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Ein anderer Tanni auf der Empfängerseite gab denselben Schlüssel mit den gleichen Einstellungen aus und fügte ihn der verschlüsselten Nachricht hinzu, um die ursprüngliche Nachricht zu erzeugen, die auf dem Papier eines Telegrafen des Empfängers gedruckt wurde. Angenommen, wir haben die Nachricht: „Punkt plus Punkt Punkt plus“. In Zahlen wäre das 01001. Fügen wir einen zufälligen Schlüssel hinzu: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, sodass wir den verschlüsselten Text 10011 erhalten. Durch wiederholtes Hinzufügen des Schlüssels kann die ursprüngliche Nachricht wiederhergestellt werden. Überprüfen wir: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, erhalten wir 01001.
Die Analyse der Funktionsweise von Tanni wurde dadurch erleichtert, dass in den frühen Monaten ihrer Verwendung die Sender die Radeinstellungen übermittelten, die vor dem Versenden der Nachricht verwendet werden mussten. Später veröffentlichten die Deutschen Codebücher mit vordefinierten Radeinstellungen, und der Sender musste nur den Code senden, anhand dessen der Empfänger die benötigte Radeinstellung im Buch finden konnte. Letztendlich änderten sie die Codebücher täglich, weshalb Bletchley jeden Morgen die Radeinstellungen entschlüsseln musste.
Interessanterweise haben Kryptoanalytiker die Funktion von Tanni anhand der Positionen der sendenden und empfangenden Stationen entschlüsselt. Sie verband die Nervenzentren des deutschen Oberkommandos mit der Armee und den Kommandeuren der Armeegruppen an verschiedenen europäischen Fronten, von besetztem Frankreich bis zu den russischen Steppen. Es war eine verlockende Aufgabe: Das Knacken von Tanni versprach direkten Zugang zu den Absichten und Fähigkeiten des Feindes auf höchster Ebene.
Dann, dank einer Kombination aus Fehlern deutscher Operatoren, List und hartnäckiger Entschlossenheit, ging der junge Mathematiker weit über einfache Schlussfolgerungen zur Funktionsweise von Tanni hinaus. Ohne die Maschine selbst gesehen zu haben, definierte er ihre innere Struktur vollständig. Logisch zog er mögliche Positionen jedes Rades (von denen jedes eine eigene Primzahl hatte) und wie genau die Anordnung der Räder den Schlüssel generierte. Mit diesen Informationen wurden in Bletchley Kopien von Tanni gebaut, die zur Entschlüsselung von Nachrichten verwendet werden konnten — sofort nach der richtigen Einstellung der Räder.
12 Räder der Schlüsselmaschine, die den Lorenz-Code verwendet, bekannt als Tanni
Hith Robinson
Bis Ende 1942 setzte Tat seine Angriffe auf Tanni fort und entwickelte dafür eine spezielle Strategie. Diese basierte auf dem Konzept der Delta: die Summe modulo 2 eines Signals in der Nachricht (Punkte oder Kreuze, 0 oder 1) mit dem folgenden. Er erkannte, dass aufgrund der diskontinuierlichen Bewegung der Räder von Tanni eine Verbindung zwischen dem Delta des verschlüsselten Textes und dem Delta des Schlüssels existierte: sie mussten sich gemeinsam ändern. Wenn man also den verschlüsselten Text mit dem auf unterschiedlichen Radeinstellungen erzeugten Schlüsseltxt vergleicht, kann man das Delta für jeden berechnen und die Anzahl der Übereinstimmungen zählen. Eine Anzahl von Übereinstimmungen, die deutlich über 50 % liegt, sollte einen potenziellen Kandidaten für den echten Schlüssel der Nachricht kennzeichnen. Theoretisch war die Idee gut, aber sie war in der Praxis nicht umsetzbar, da es 2400 Durchgänge für jede Nachricht erforderte, um alle möglichen Einstellungen zu überprüfen.
Tat brachte diese Aufgabe zu einem anderen Mathematiker, Max Newman, der die Abteilung in Bletchley leitete und von allen als „Newmanitis“ bezeichnet wurde. Auf den ersten Blick schien Newman eine unwahrscheinliche Wahl zur Leitung einer sensiblen britischen Nachrichtendienstorganisation zu sein, da sein Vater aus Deutschland stammte. Es schien jedoch unwahrscheinlich, dass er im Auftrag Hitlers spionieren würde, da seine Familie jüdisch war. Er war so besorgt über den Fortschritt von Hitlers Herrschaft in Europa, dass er seine Familie kurz nach dem Zusammenbruch Frankreichs im Jahr 1940 an einen sicheren Ort nach New York brachte und eine Zeit lang selbst über einen Umzug nach Princeton nachdachte.
Max Newman
Es stellte sich heraus, dass Newman die Idee hatte, an Berechnungen zu arbeiten, die für das Tata-Verfahren erforderlich waren — durch die Entwicklung einer Maschine. In Bletchley hatte man sich bereits daran gewöhnt, Maschinen für die Kryptoanalyse einzusetzen. So wurde auch die Enigma geknackt. Doch Newman hatte ein bestimmtes elektronisches Gerät im Sinn, um den Tanni-Code zu bearbeiten. Vor dem Krieg lehrte er in Cambridge (einer seiner Studenten war Alan Turing) und kannte die von Wynn-Williams gebauten elektronischen Zähler zur Zählung von Teilchen im Cavendish. Die Idee war folgende: Wenn man zwei in einer Schleife geschlossene Filme synchronisiert, die mit hoher Geschwindigkeit ablaufen, wobei auf einem der Schlüssel und auf dem anderen die verschlüsselte Nachricht ist, und jeden Element mit einem Prozessor zählt, der die Deltas summiert, könnte der elektronische Zähler die Ergebnisse addieren. Indem man die Endergebnisse am Ende jedes Durchlaufs abliest, könnte man entscheiden, ob dieser Schlüssel potenziell ist oder nicht.
Es stellte sich heraus, dass eine Gruppe von Ingenieuren mit passenden Erfahrungen genau vorhanden war. Unter ihnen war auch Wynn-Williams. Turing rekrutierte Wynn-Williams aus dem Radarlabor in Malvern, um bei der Entwicklung eines neuen Rotors für die Maschine, die die Enigma entschlüsselte, zu helfen — dieser nutzte Elektronik zur Berechnung der Umdrehungen. Bei diesem und einem anderen, mit der Enigma verbundenen Projekt, wurden ihm von drei Ingenieuren der Postforschungsstation in Dollis Hill unterstützt: William Chandler, Sidney Broadhurst und Tommy Flowers (zur Erinnerung, die Britische Post war eine hochtechnologische Organisation, verantwortlich nicht nur für die Briefpost, sondern auch für die Telegraphie und Telefonie). Beide Projekte scheiterten und die Männer hatten nichts zu tun. Newman stellte sie zusammen. Er ernannte Flowers zum Teamleiter der Gruppe, die das "Kombinationsgerät" entwickelte, das die Delta-Werte zählen und das Ergebnis an den Zähler übertragen sollte, an dem Wynn-Williams arbeitete.
Newman beschäftigte Ingenieure mit dem Bau von Maschinen, während die Frauenabteilung der Royal Navy deren Maschinen für die Nachrichtenverarbeitung steuerte. Die Regierung vertraute hohe Führungspositionen nur Männern an, während die Frauen als Operatorinnen in Bletchley gute Arbeit leisteten – sie erledigten sowohl die Transkription von Nachrichten als auch die Dekodierungseinstellungen. Es gelang ihnen sehr gut, von der Büroarbeit zur Pflege von Maschinen überzugehen, die ihre Arbeit automatisierten. Ihre betreute Maschine nannten sie leichtfertig „„, dem britischen Äquivalent von [beide waren Illustratoren und Karikaturisten, die äußerst komplexe, sperrige und verworrene Geräte darstellten, die sehr einfache Funktionen erfüllten / Anm. d. Übers.]
Die Maschine „Alter Robinson“, die ihrem Vorgänger, der Maschine „Hito Robinson“, sehr ähnlich ist.
Tatsächlich litt der "Hit Robinson", der theoretisch zuverlässig ist, in der Praxis unter ernsthaften Problemen. Das Hauptproblem war die Notwendigkeit einer perfekten Synchronisation zwischen zwei Bändern – dem verschlüsselten Text und dem Schlüsseltext. Jede Dehnung oder Abrutsch eines der Bänder machte den gesamten Durchgang unbrauchbar. Um das Risiko von Fehlern zu minimieren, verarbeitete die Maschine nicht mehr als 2000 Zeichen pro Sekunde, obwohl die Bänder schneller arbeiten konnten. Flowers, der widerwillig mit dem Projekt "Hit Robinson" einverstanden war, glaubte, dass es einen besseren Weg gibt: eine Maschine, die fast vollständig aus elektronischen Komponenten besteht.
Koloss
Thomas Flowers arbeitete seit 1930 als Ingenieur in der Forschungsabteilung der britischen Post, wo er ursprünglich an der Untersuchung fehlerhafter und nicht zustande kommender Verbindungen in neuen automatischen Telefonsystemen arbeitete. Dies führte ihn zu Überlegungen, wie man eine verbesserte Version des Telefonsystems schaffen kann, und bis 1935 begann er, den Austausch von elektromechanischen Komponenten wie Relais durch elektronische Komponenten zu propagieren. Dieses Ziel prägte seine gesamte weitere Karriere.
Tommy Flowers, um das Jahr 1940
Die Mehrheit der Ingenieure kritisierte die elektronischen Komponenten aufgrund ihrer Empfindlichkeit und Unzuverlässigkeit bei großen Anwendungen. Flowers jedoch zeigte, dass sie bei kontinuierlicher Nutzung und deutlich geringeren Leistungsanforderungen als ursprünglich berechnet, tatsächlich eine erstaunlich lange Lebensdauer aufweisen. Er bewies seine Ideen, indem er alle Terminals, die das Tonsignal der Kommunikation auf einem Switch für 1000 Leitungen installierten, durch Lampen ersetzte; insgesamt waren es dort etwa 3.000 bis 4.000. Diese Installation wurde 1939 in den Echtbetrieb genommen. In der gleichen Zeit experimentierte er mit dem Austausch von Relaisregistern, die Telefonnummern speicherten, durch elektronische Relais.
Flowers war der Meinung, dass 'Hit Robinson', für dessen Entwicklung er engagiert wurde, erhebliche Mängel aufwies und dass er diese Aufgabe mit mehr Röhren und weniger mechanischen Teilen viel besser lösen könnte. Im Februar 1943 brachte er Newman ein alternatives Schema für die Maschine. Flowers entledigte sich clever des Schlüsselfilms, indem er das Synchronisationsproblem eliminierte. Seine Maschine sollte den Schlüsseltext in Echtzeit generieren. Sie sollte Tannies elektronisch simulieren, indem sie alle Radsatzkonfigurationen durchlief und jede mit dem verschlüsselten Text verglich, um wahrscheinliche Übereinstimmungen zu protokollieren. Er rechnete damit, dass dieser Ansatz den Einsatz von etwa 1500 Elektronenröhren erfordern würde.
Newman und der Rest der Bletchley-Führungskräfte standen diesem Vorschlag skeptisch gegenüber. Wie die meisten Zeitgenossen von Flowers zweifelten sie daran, ob es möglich sei, Elektronik in solch einem Maßstab zum Laufen zu bringen. Zudem bezweifelten sie, dass eine solche Maschine rechtzeitig gebaut werden könnte, um im Krieg nützlich zu sein.
Der Leiter von Flowers in Dollis Hill gab ihm schließlich grünes Licht, ein Team für den Bau dieses elektronischen Monsters zusammenzustellen – Flowers hat möglicherweise nicht ganz ehrlich beschrieben, wie gut ihm die Idee in Bletchley gefiel (Wenn man Andrew Hodges glaubt, sagte Flowers zu seinem Chef, Gordon Radley, dass das Projekt eine kritische Arbeit für Bletchley war, und Radley hatte bereits von Churchill gehört, dass die Arbeit in Bletchley absolut prioritär war). Neben Flowers spielten auch Sidney Broadhurst und William Chandler eine große Rolle bei der Entwicklung des Systems, und das gesamte Vorhaben beschäftigte fast 50 Personen, die Hälfte der Ressourcen von Dollis Hill. Das Team ließ sich von Präzedenzfällen inspirieren, die in der Telefonie verwendet wurden: Zählern, verzweigten Logiken, Routern und Signalübersetzungsausrüstungen sowie Geräten für regelmäßige Zustandsmessungen. Broadhurst war ein Meister solcher elektromechanischen Schaltungen, und Flowers und Chandler waren Experten in der Elektronik, die verstanden, wie man Konzepte aus der Relaiswelt in die Welt der Ventile überträgt. Anfang 1944 stellte das Team ein funktionierendes Modell in Bletchley vor. Die riesige Maschine erhielt den Namen „Colossus“ und bewies schnell, dass sie „Robinsons Hit“ übertreffen konnte, indem sie zuverlässig 5000 Zeichen pro Sekunde verarbeitete.
Newman und das restliche Team in Bletchley erkannten schnell, dass sie sich geirrt hatten, als sie Flowers abwiesen. Im Februar 1944 bestellten sie weitere 12 "Colossi", die bis zum 1. Juni einsatzbereit sein sollten – an diesem Datum war die Invasion in Frankreich geplant, obwohl Flowers dies natürlich nicht wusste. Flowers erklärte direkt, dass das unmöglich sei, aber mit heroischem Einsatz gelang es seinem Team, die zweite Maschine bis zum 31. Mai bereitzustellen, in die das neue Teammitglied Alan Coombs viele Verbesserungen einbrachte.
Das überarbeitete Modell, bekannt als Mark II, setzte den Erfolg der ersten Maschine fort. Neben dem Filmsystem bestand es aus 2400 Lampen, 12 Drehschaltern, 800 Relais und einer elektrischen Schreibmaschine.
Colossus Mark II
Er war anpassbar und ausreichend flexibel, um verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Nachdem er installiert wurde, passten die verschiedenen Frauenteams ihren "Koloss" an, um bestimmte Probleme zu lösen. Ein Schaltpanel, ähnlich dem eines Telefonbetreibers, wurde benötigt, um elektronische Ringe einzustellen, die die Räder von Tanni simulierten. Eine Reihe von Schaltern erlaubte es den Bedienern, eine beliebige Anzahl von funktionalen Apparaten zu konfigurieren, die zwei Datenströme verarbeiteten: den externen Film und das interne Signal, das von den Ringen erzeugt wurde. Durch die Kombination verschiedener logischer Elemente konnte der "Koloss" beliebige boolesche Funktionen basierend auf den Daten berechnen, also solche Funktionen, die entweder 0 oder 1 ausgeben. Jede Einheit erhöhte den Zähler des "Kolosses". Ein separates Steuerelement traf verzweigende Entscheidungen basierend auf dem Zustand des Zählers — zum Beispiel anhalten und die Ausgabe drucken, wenn der Zählerwert 1000 überschritt.
Schaltpanel zur Konfiguration des "Koloss"
Stellen Sie sich vor, „Colossus“ wäre ein programmierbarer Computer im modernen Sinne. Er konnte zwei Datenströme logisch kombinieren – einen auf Film und einen, der von Ringzählern generiert wurde – und die Anzahl der erfassten Einsen zählen, und das war alles. Der Großteil der „Programmierung“ des „Colossus“ fand auf Papier statt, und die Betreiber arbeiteten mit Entscheidungsbäumen, die von Analysten vorbereitet wurden: Angenommen, „wenn die Ausgabe des Systems kleiner als X ist, konfigurieren Sie B und führen Y aus, andernfalls führen Sie Z aus“.
Hochrangiges Flussdiagramm für „Colossus“
Dennoch war der „Colossus“ gut in der Lage, die ihm gestellte Aufgabe zu bewältigen. Im Gegensatz zum Atanasoff-Berry-Computer war der „Colossus“ äußerst schnell – er konnte 25.000 Zeichen pro Sekunde verarbeiten, wobei jedes Zeichen mehrere boolesche Operationen erforderte. Mark II erhöhte die Geschwindigkeit im Vergleich zu Mark I um das Fünffache, indem er gleichzeitig fünf verschiedene Abschnitte des Films las und verarbeitete. Es wurde darauf verzichtet, das gesamte System mit langsamen elektromechanischen Ein- und Ausgabegeräten zu verbinden, stattdessen wurden Photoelemente verwendet (entnommen von der Luftabwehr ) zur Lesung der eingehenden Filme und ein Register zur Pufferung der Ausgabe auf der Schreibmaschine. Der Teamleiter, der den „Colossus“ in den 1990er Jahren wiederherstellte, zeigte, dass er in seinem Fachgebiet immer noch leicht leistungsstärker sein konnte als ein Computer mit einem Pentium-Prozessor von 1995.
Diese leistungsstarke Textverarbeitungsmaschine wurde zum Zentrum des Code-Hacking-Projekts von Turing. Bis zum Ende des Krieges wurden weitere zehn Mark II gebaut, deren Paneele monatlich von den Mitarbeitern einer Postfabrik in Birmingham gestanzt wurden, ohne dass sie wussten, was genau sie produzierten, und dann in Bletchley zusammengesetzt wurden. Ein verärgerter Beamter aus dem Ministerium für Beschaffung fragte nach einem erneuten Antrag auf tausend spezielle Ventile, ob die „Postangestellten mit ihnen auf die Deutschen schießen“. Diese industrielle Produktionsweise, anstatt durch die manuelle Montage eines individuellen Projekts, bedeutet, dass der nächste Computer nicht vor den 1950er Jahren hergestellt wird. Nach den Anweisungen von Flowers arbeiteten alle „Colossi“ Tag und Nacht bis zum Ende des Krieges, um die Ventile zu schützen. Sie standen, leuchteten sanft in der Dunkelheit, wärmten den feuchten britischen Winter und warteten geduldig auf Anweisungen, bis der Tag kam, an dem sie nicht mehr benötigt wurden.
Der Vorhang der Stille
Die natürliche Begeisterung für das faszinierende Drama, das sich in Bletchley abspielte, führte zu einer übermäßigen Übertreibung der militärischen Errungenschaften dieser Organisation. Es ist absurd zu implizieren, wie es der Film „“ [The Imitation Game] tut, dass die britische Zivilisation nicht existiert hätte, wäre es nicht Alan Turing gewesen. „Colossus“ hatte offenbar keinen Einfluss auf den Verlauf des Krieges in Europa. Sein am meisten beworbenes Ergebnis war der Beweis, dass der täuschende Plan für die Landung in der Normandie 1944 funktionierte. Die über Tanni empfangenen Nachrichten besagten, dass es den Alliierten gelungen war, Hitler und sein Oberkommando davon zu überzeugen, dass der echte Schlag weiter östlich, bei Pas-de-Calais, erfolgen würde. Eine ermutigende Information, aber es ist kaum anzunehmen, dass ein gesenkter Cortisolspiegel im Alliierten-Oberkommando geholfen hat, den Krieg zu gewinnen.
Auf der anderen Seite waren die technologischen Errungenschaften, die der "Koloss" präsentierte, unbestritten. Doch die Welt wird dies noch lange nicht erfahren. Churchill befahl, dass alle existierenden "Kolosse" nach dem Ende des Spiels demontiert und ihre Geheimnisse zusammen mit ihnen auf die Müllhalde geschickt werden sollten. Zwei Maschinen überlebten auf irgendeine Weise diesen Todesurteil und blieben bis in die 1960er Jahre im Dienst des britischen Geheimdienstes. Doch selbst dann erhob die britische Regierung den Schleier des Schweigens über die Arbeiten in Bletchley nicht. Erst in den 1970er Jahren wurde ihre Existenz der Öffentlichkeit bekannt.
Die Entscheidung, jede Diskussion über die Arbeiten im Bletchley Park für immer zu verbieten, könnte als übermäßige Vorsicht der britischen Regierung bezeichnet werden. Für Flowers war es jedoch eine persönliche Tragödie. Entzogen aller Anerkennung und des Ansehens eines Erfinders des "Colossus", litt er unter Unzufriedenheit und Enttäuschung, weil seine ständigen Versuche, Relais durch Elektronik in der britischen Telefonanlage zu ersetzen, dauerhaft blockiert wurden. Hätte er seine Errungenschaften am Beispiel des "Colossus" demonstrieren können, hätte er den Einfluss gehabt, der notwendig war, um seinen Traum zu verwirklichen. Doch zu dem Zeitpunkt, als seine Erfolge bekannt wurden, war Flowers längst im Ruhestand und konnte auf nichts mehr Einfluss nehmen.
Einige verstreute Enthusiasten der elektronischen Berechnungen hatten mit ähnlichen Geheimhaltungsproblemen zu kämpfen, die den „Colossus“ umgaben, sowie mit dem Mangel an Nachweisen für die Durchführbarkeit dieses Ansatzes. Elektromechanische Berechnungen könnten noch eine Weile die Hauptrolle spielen. Doch es gab ein weiteres Projekt, das den Weg zur Vorherrschaft der elektronischen Berechnungen ebnen würde. Obwohl es ebenfalls das Ergebnis geheimer militärischer Entwicklungen war, wurde es nach dem Krieg nicht geheim gehalten, sondern der Welt mit großem Pomp unter dem Namen ENIAC präsentiert.
Was zu lesen ist:
• Jack Copeland, Hrsg. Colossus: The Secrets of Bletchley Park’s Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, „Das Design von Colossus“, Annals of the History of Computing, Juli 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Quelle: habr.com
