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En 1938, el jefe del Servicio Secreto Británico adquirió discretamente una finca de 24 hectáreas a 80 millas de Londres. Estaba situada en la intersección de las vías ferroviarias que iban de Londres al norte y de Oxford al oeste hacia Cambridge al este, y era el lugar ideal para una organización que nadie debía ver, pero que, al mismo tiempo, estaba accesible rápidamente para la mayoría de los centros importantes de conocimiento y poder en Gran Bretaña. La finca, conocida como , se convirtió en el centro británico de descifrado durante la Segunda Guerra Mundial. Es, quizás, el único lugar en el mundo conocido por su implicación en la criptografía.
Tanni
En el verano de 1941, en Bletchley ya se estaba trabajando arduamente en la ruptura de la famosa máquina de cifrado Enigma, utilizada por el ejército y la marina alemanes. Si has visto una película sobre los criptógrafos británicos, habrás oído hablar de la Enigma, pero no nos extenderemos en eso aquí, ya que poco después de la invasión de la Unión Soviética, en Bletchley se detectó una transmisión de mensajes con un nuevo tipo de cifrado.
Los criptoanalistas pronto descifraron la naturaleza general de la máquina utilizada para transmitir los mensajes, a la que apodaron «Tanni».
A diferencia de la Enigma, cuyos mensajes debían ser descifrados manualmente, Tanni se conectaba directamente a un telégrafo. El telégrafo convertía cada símbolo introducido por el operador en un flujo de puntos y rayas (similar a los puntos y guiones del código Morse) en un con cinco símbolos por letra. Este era texto sin cifrar. Tanni utilizaba simultáneamente doce ruedas para crear su propio flujo paralelo de puntos y rayas: la clave. Luego, sumaba la clave al mensaje, generando el texto cifrado que se transmitía por aire. La suma se realizaba en aritmética binaria, donde los puntos correspondían a ceros y las rayas a unos:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Otra máquina Tanni en el lado del receptor emitía la misma clave con las mismas configuraciones y la añadía al mensaje cifrado para producir el texto original, que se imprimía en papel por el telégrafo del receptor. Supongamos que tenemos un mensaje: "punto más punto punto más". En números esto sería 01001. Añadimos una clave aleatoria: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, por lo que obtenemos el texto cifrado 10011. Agregando nuevamente la clave, se puede restaurar el mensaje original. Verifiquemos: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, obtenemos 01001.
El análisis del funcionamiento de Tanni se facilitaba por el hecho de que en los primeros meses de su uso los remitentes transmitían las configuraciones de los cilindros que debían utilizarse antes de enviar el mensaje. Más tarde, los alemanes publicaron libros de códigos con configuraciones preestablecidas de los cilindros, y el remitente solo necesitaba enviar el código, según el cual el receptor podía encontrar la configuración del cilindro adecuada en el libro. Como resultado, comenzaron a cambiar los libros de códigos a diario, lo que obligó a Bletchley a descifrar la configuración de los cilindros cada mañana.
Curiosamente, los criptoanalistas descifraron la función de Tanni basándose en la ubicación de las estaciones emisoras y receptoras. Conectaba los centros nerviosos del alto mando alemán con el ejército y los comandos de grupos militares en diversos frentes de guerra europeos, desde la Francia ocupada hasta las estepas rusas. Era una tarea seductora: romper Tanni prometía un acceso directo a las intenciones y capacidades del enemigo en el más alto nivel.
Luego, gracias a una combinación de errores de los operadores alemanes, astucia y tenacidad, un joven matemático avanzó mucho más allá de las simples conclusiones sobre el funcionamiento de Tanni. Sin haber visto la máquina misma, determinó completamente su estructura interna. Dedujo lógicamente las posibles posiciones de cada cilindro (cada uno de los cuales tenía su propio número primo) y cómo la disposición de los cilindros generaba la clave. Armado con esta información, en Bletchley construyeron copias de Tanni que podían usarse para descifrar mensajes — justo después de configurar correctamente los cilindros.
12 cilindros de la máquina clave que utiliza el cifrado Lorenz, conocida como Tanni
Hitt Robinson
A finales de 1942, Turing continuó atacando a Tunny, desarrollando para ello una estrategia especial. Se basaba en el concepto de delta: la suma módulo 2 de una señal en el mensaje (punto o cruz, 0 o 1) con la siguiente. Él entendió que, debido al movimiento intermitente de las ruedas de Tunny, había una relación entre la delta del texto cifrado y la delta del texto clave: debían variar conjuntamente. Así que, al comparar el texto cifrado con el texto clave, creado en diferentes configuraciones de las ruedas, se podía calcular la delta para cada uno y contar el número de coincidencias. Un número de coincidencias que superara el 50% debería marcar un posible candidato para la clave real del mensaje. En teoría, la idea era buena, pero era imposible llevarla a cabo en la práctica, ya que requería hacer 2400 pasadas para cada mensaje, para comprobar todas las configuraciones posibles.
Turing le llevó esta tarea a otro matemático, Max Newman, quien dirigía un departamento en Bletchley, que todos llamaban "newmanismo". Newman, a primera vista, era una candidatura poco probable para dirigir una sensible organización de inteligencia británica, ya que su padre era originario de Alemania. Sin embargo, parecía poco probable que fuera un espía a favor de Hitler, dado que su familia era judía. Estaba tan preocupado por el avance del dominio de Hitler en Europa que trasladó a su familia a un lugar seguro, Nueva York, poco después del colapso de Francia en 1940, y durante un tiempo pensó en mudarse él mismo a Princeton.
Max Newman
Resulta que Newman tenía una idea para trabajar en los cálculos necesarios para el método de Turing, a través de la creación de una máquina. En Bletchley ya estaban acostumbrados a usar máquinas para el criptoanálisis. Así fue como se rompió la Enigma. Pero Newman ideó un dispositivo electrónico específico para trabajar con el cifrado Tani. Antes de la guerra, enseñaba en Cambridge (uno de sus estudiantes fue Alan Turing) y conocía los contadores electrónicos construidos por Wynn-Williams para contar partículas en el Cavendish. La idea era la siguiente: si sincronizar dos películas cerradas en bucle que giraran a gran velocidad, una de las cuales tendría la clave y la otra el mensaje cifrado, y contar cada elemento con un procesador que contabilizara las diferencias, entonces el contador electrónico podría sumar los resultados. Al leer el conteo final al final de cada recorrido, se podía determinar si esta clave era potencial o no.
Resultó que había un grupo de ingenieros con la experiencia adecuada. Entre ellos estaba Wynn-Williams. Turing reclutó a Wynn-Williams de un laboratorio de radar en Malvern para que ayudara a crear un nuevo rotor para la máquina que descifraba la Enigma, utilizando electrónica para contar las rotaciones. Tres ingenieros de la Estación de Investigación Postal en Dollis Hill lo ayudaron con este y otro proyecto relacionado con la Enigma: William Chandler, Sidney Broadhurst y Tommy Flowers (recuerden que la Oficina de Correos Británica era una organización de alta tecnología y no solo se ocupaba del correo de papel, sino también de la telegrafía y la telefonía). Ambos proyectos fracasaron y los hombres quedaron desocupados. Newman los reunió. Nombró a Flowers como líder del equipo que estaba creando el 'dispositivo combinador', que debía contar las diferencias y transmitir el resultado al contador en el que trabajaba Wynn-Williams.
Newman asignó ingenieros a la construcción de máquinas, mientras que el Departamento Femenino de la Marina Real se encargaba de operar sus máquinas para el procesamiento de mensajes. El gobierno confiaba los altos cargos directivos solo a hombres, y las mujeres se desempeñaban bien como operadoras en Bletchley, donde se ocupaban tanto de la transcripción de mensajes como de la configuración de descifrado. Hicieron una transición muy orgánica de trabajos de oficina al cuidado de las máquinas que automatizaban su trabajo. Llamaron a su máquina bajo la responsabilidad ««, el equivalente británico de [ambos eran ilustradores y caricaturistas que representaban dispositivos extremadamente complejos, voluminosos y enrevesados que cumplían funciones muy simples / nota del traductor].
La máquina «Viejo Robinsón», que se parecía mucho a su predecesora, la máquina «Hit Robinsón»
Y de hecho, «Hit Robinsón», teóricamente bastante fiable, en la práctica sufría de serios problemas. El principal era la necesidad de una sincronización perfecta entre dos cintas: el texto cifrado y el texto de clave. Cualquier estiramiento o deslizamiento de cualquiera de las cintas inutilizaba toda la pasada. Para minimizar el riesgo de errores, la máquina procesaba no más de 2000 caracteres por segundo, aunque las bandas podrían funcionar más rápido. Flowers, que aceptaba a regañadientes el trabajo del proyecto «Hit Robinsón», consideraba que había un mejor camino: una máquina, construida casi en su totalidad con componentes electrónicos.
Coloso
Thomas Flowers trabajó como ingeniero en el departamento de investigación de la oficina de correos británica desde 1930, donde inicialmente trabajaba en la investigación de conexiones incorrectas y fallidas en nuevas centrales telefónicas automáticas. Esto lo llevó a reflexionar sobre cómo crear una versión mejorada del sistema telefónico, y para 1935 empezó a abogar por la sustitución de los componentes electromecánicos del sistema, como los relés, por componentes electrónicos. Este objetivo definió toda su carrera posterior.
Tommy Flowers, alrededor de 1940
La mayoría de los ingenieros criticaban los componentes electrónicos por su capricho y falta de fiabilidad en su uso a gran escala, pero Flowers demostró que si se utilizan de forma continua y en capacidades mucho más bajas que las calculadas, las válvulas electrónicas pueden ofrecer un tiempo de vida sorprendentemente largo. Demostró sus ideas reemplazando todos los terminales que producían señales tonales en un conmutador que atendía a 1000 líneas, utilizando válvulas; en total había de 3 a 4 mil. Esta instalación comenzó a funcionar en 1939. En ese mismo período, experimentó con la sustitución de registros de relés que almacenaban números de teléfono por relés electrónicos.
Flowers creía que el 'Hit Robinson', para la creación del cual fue contratado, tenía serias deficiencias, y que podría resolver esta tarea mucho mejor utilizando más válvulas y menos partes mecánicas. En febrero de 1943 presentó un esquema alternativo de la máquina a Newman. Flowers ingeniosamente se deshizo de la película con la clave, eliminando el problema de sincronización. Su máquina debía generar el texto de la clave sobre la marcha. Debía simular a Turing electrónicamente, pasando por todas las configuraciones de las ruedas y comparando cada una de ellas con el texto encriptado, registrando coincidencias probables. Calculaba que ese enfoque requeriría el uso de alrededor de 1500 válvulas electrónicas.
Newman y el resto de la dirección de Bletchley recibieron la propuesta con escepticismo. Como la mayoría de los contemporáneos de Flowers, dudaban de que la electrónica pudiera funcionar a tan gran escala. Además, incluso si pudiera funcionar, dudaban de que se pudiera construir una máquina así a tiempo para que fuera útil en la guerra.
El jefe de Flowers en Dollis Hill finalmente le dio el visto bueno para reunir un equipo con el fin de crear este monstruo electrónico: Flowers, quizás no del todo sinceramente, le describió cuán bien recibida había sido su idea en Bletchley (si se cree a Andrew Hodges, Flowers le dijo a su jefe, Gordon Radley, que el proyecto era un trabajo crítico para Bletchley, y Radley ya había escuchado de Churchill que el trabajo en Bletchley era absolutamente prioritario). Además de Flowers, Sidney Broadhurst y William Chandler jugaron un papel importante en el desarrollo del sistema, y todo el proyecto ocupó a casi 50 personas, la mitad de los recursos de Dollis Hill. El equipo se inspiró en precedentes utilizados en telefonía: contadores, lógica ramificada, equipos de enrutamiento y conversión de señales, así como dispositivos para mediciones periódicas del estado del equipo. Broadhurst era un experto en tales circuitos electromecánicos, mientras que Flowers y Chandler eran especialistas en electrónica, entendiendo cómo trasladar conceptos del mundo de los relés al mundo de las válvulas. Para principios de 1944, el equipo presentó un modelo funcional en Bletchley. La gigantesca máquina recibió el nombre de 'Colossus' y demostró rápidamente que podía superar al 'Heath Robinson', procesando de manera confiable hasta 5000 caracteres por segundo.
Newman y el resto de la dirección en Bletchley pronto se dieron cuenta de que se equivocaron al rechazar a Flowers. En febrero de 1944, ordenaron 12 'Colossus' más, que debían estar operativos para el 1 de junio — fecha en la que estaba planeada la invasión de Francia, aunque, por supuesto, Flowers no lo sabía. Flowers dijo directamente que eso era imposible, pero con esfuerzos heroicos, su equipo logró entregar la segunda máquina para el 31 de mayo, en la cual un nuevo miembro del equipo, Alan Coombs, aportó numerosas mejoras.
El esquema revisado, conocido como Mark II, continuó el éxito de la primera máquina. Además del sistema de alimentación de película, constaba de 2400 válvulas, 12 interruptores rotativos, 800 relés y una máquina de escribir eléctrica.
Colossus Mark II
Era configurable y lo suficientemente flexible como para realizar diversas tareas. Después de la instalación, cada uno de los equipos femeninos configuró su 'Coloso' para abordar problemas específicos. Se necesitaba un panel de conmutación, similar al de un operador telefónico, para configurar anillos electrónicos que simulaban las ruedas de Tanni. Un conjunto de interruptores permitía a los operadores ajustar cualquier cantidad de dispositivos funcionales que procesaban dos flujos de datos: la película externa y una señal interna generada por los anillos. Combinando un conjunto de diferentes elementos lógicos, el 'Coloso' podía realizar cálculos de funciones Booleanas arbitrarias basadas en los datos, es decir, tales funciones que devolverían 0 o 1. Cada unidad aumentaba el contador del 'Coloso'. Un dispositivo controlador separado tomaba decisiones ramificadas según el estado del contador; por ejemplo, detenerse e imprimir la salida si el valor del contador superaba 1000.
Panel de interruptores para configurar el 'Coloso'
Supongamos que el 'Coloso' fuera una computadora programable de propósito general en el sentido moderno. Podía combinar lógicamente dos flujos de datos: uno en película y otro generado por los contadores de anillo, y contar la cantidad de unos encontrados, y eso era todo. La mayor parte de la 'programación' del 'Coloso' se realizaba en papel, y los operadores ejecutaban un árbol de decisiones preparado por analistas: supongamos, 'si la salida del sistema es menor que X, configurar la configuración B y ejecutar Y, de lo contrario ejecutar Z'.
Diagrama de alto nivel para el 'Coloso'
Sin embargo, el 'Coloso' estaba más que capacitado para resolver la tarea que se le había planteado. A diferencia de la computadora de Atanasoff-Berry, el 'Coloso' era extremadamente rápido: podía procesar 25,000 caracteres por segundo, cada uno de los cuales podía requerir la realización de varias operaciones Booleanas. El Mark II quintuplicó la velocidad en comparación con el Mark I, leyendo y procesando simultáneamente cinco segmentos diferentes de película. En él se rechazó la conexión de todo el sistema a dispositivos de entrada y salida electromecánicos lentos, utilizando fotocélulas (tomadas de detonadores antiaéreos ) para leer cintas de entrada y un registro para el almacenamiento en búfer de la salida en la máquina de escribir. El líder del equipo que restauró el 'Coloso' en los años 90 demostró que en su campo aún podía superar en rendimiento a un ordenador basado en un procesador Pentium de 1995.
Esta potente máquina de procesamiento de texto se convirtió en el centro del proyecto para descifrar el código de Tanni. Hasta el final de la guerra, se fabricaron otras diez Mark II, cuyos paneles eran estampados uno a uno al mes por trabajadores de la fábrica postal de Birmingham, que no tenían idea de lo que producían, y luego se ensamblaban en Bletchley. Un funcionario frustrado del Ministerio de Abastecimiento, al recibir un nuevo pedido de mil válvulas especiales, se preguntó si los trabajadores de correos las estaban 'disparando contra los alemanes'. De esta manera industrial, y no mediante el ensamblaje manual de un proyecto individual, el siguiente ordenador no se fabricaría hasta la década de 1950. Según las instrucciones de Flowers para la protección de las válvulas, cada 'Coloso' funcionó día y noche hasta el final de la guerra. Permanecían, brillando en la oscuridad, calentando el húmedo invierno británico y esperando pacientemente instrucciones, hasta que llegó el día en que ya no fue necesario.
El velo de silencio
El entusiasmo natural por la intrigante drama que se desarrollaba en Bletchley llevó a una exageración excesiva de los logros militares de esta organización. Es terrible y absurdo insinuar, como lo hace la película '' [The Imitation Game], que la civilización británica dejaría de existir si no fuera por Alan Turing. El 'Coloso', aparentemente, no tuvo ningún impacto en el curso de la guerra en Europa. Su logro más publicitado consistió en demostrar que el engañoso plan sobre el desembarco en Normandía en 1944 había funcionado. Los mensajes obtenidos a través de Tanni indicaban que los aliados habían logrado convencer a Hitler y a su mando de que el verdadero golpe se daría más al este, en el Paso de Calais. Información alentadora, pero difícilmente la reducción de los niveles de cortisol en la sangre del mando aliado ayudó a ganar la guerra.
Por otro lado, los avances tecnológicos que presentó el 'Coloso' eran innegables. Pero el mundo no lo sabrá pronto. Churchill ordenó que todas las máquinas existentes al final del juego 'Coloso' fueran desmanteladas y que los secretos de su funcionamiento se enviaran con ellas al vertedero. Dos máquinas sobrevivieron de alguna manera a esta sentencia de muerte y permanecieron en servicio en la inteligencia británica hasta la década de 1960. Sin embargo, incluso entonces, el gobierno británico no levantó el velo de silencio sobre el trabajo en Bletchley. Solo en la década de 1970 su existencia se hizo de conocimiento público.
La decisión de prohibir por completo cualquier discusión sobre los trabajos realizados en Bletchley Park podría considerarse una cautela excesiva por parte del gobierno británico. Pero para Flowers, esto fue una tragedia personal. Privado de todo mérito y prestigio como inventor del 'Coloso', sufrió de insatisfacción y desilusión al ver que sus constantes intentos de reemplazar los relés por electrónica en el sistema telefónico británico eran constantemente bloqueados. Si hubiera podido demostrar su logro a través del 'Coloso', habría tenido la influencia necesaria para hacer realidad su sueño. Pero para cuando sus logros se hicieron conocidos, Flowers ya se había retirado y no podía influir en nada.
Varios entusiastas de la computación electrónica dispersos por el mundo enfrentaban problemas similares relacionados con el secretismo que rodeaba al 'Coloso' y la falta de pruebas sobre la viabilidad de este enfoque. La computación electromecánica pudo seguir siendo predominante un tiempo más. Pero había otro proyecto que allanaría el camino hacia el dominio de la computación electrónica. Aunque también fue el resultado de desarrollos militares secretos, no se ocultó después de la guerra, sino que se presentó al mundo con gran fanfarria, bajo el nombre de ENIAC.
Lecturas recomendadas:
• 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, julio de 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Fuente: habr.com
