Muut artikkelit sarjassa:
- Releen historia
- Elektronisten tietokoneiden historia
- Transistorin historia
- Internetin historia
Vuonna 1938 British Secret Intelligencen johtaja osti hiljaa 24 hehtaarin maatilan 80 mailin päässä Lontoosta. Se sijaitsi rautateiden risteyksessä Lontoosta pohjoiseen ja Oxfordista lännessä Cambridgeen idässä, ja se oli ihanteellinen paikka organisaatiolle, jota kukaan ei näkisi, mutta joka oli helpon matkan päässä useimmista tietokeskuksista ja Ison-Britannian viranomaisista. Kiinteistö tunnetaan nimellä , tuli Ison-Britannian koodinmurron keskus toisen maailmansodan aikana. Tämä on ehkä ainoa paikka maailmassa, joka tunnetaan osallisuudestaan kryptografiaan.
Tunney
Kesällä 1941 Bletchleyssä oli jo käynnissä työ Saksan armeijan ja laivaston käyttämän kuuluisan Enigma-salauskoneen murtamiseksi. Jos katsoit elokuvaa brittiläisistä koodinmurtajista, he puhuivat Enigmasta, mutta emme puhu siitä täällä - koska pian Neuvostoliiton hyökkäyksen jälkeen Bletchley löysi viestien lähettämisen uudenlaisella salauksella.
Kryptanalyytikot ymmärsivät pian viestien lähettämiseen käytetyn koneen yleisen luonteen, ja he antoivat sille lempinimen "Tunny".
Toisin kuin Enigma, jonka viestit piti purkaa käsin, Tunney liittyi suoraan teletype-laitteeseen. Teletype muutti jokaisen käyttäjän syöttämän merkin pisteiden ja ristien virraksi (samanlainen kuin morsekoodin pisteet ja viivat) vakiona. viisi merkkiä per kirjain. Se oli salaamatonta tekstiä. Tunney käytti kahtatoista pyörää kerrallaan luodakseen oman rinnakkaisen pisteiden ja ristien virtauksen: avain. Sitten hän lisäsi viestiin avaimen, jolloin salateksti välitettiin ilmassa. Yhteenlasku suoritettiin binääriaritmetiikassa, jossa pisteet vastasivat nollia ja ristit ykkösiä:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Toinen vastaanottajan puolella oleva Tanny samoilla asetuksilla tuotti saman avaimen ja lisäsi sen salattuun viestiin tuottaakseen alkuperäisen, joka tulostettiin paperille vastaanottajan teletypellä. Oletetaan, että meillä on viesti: "piste plus piste piste plus". Numeroina se on 01001. Lisätään satunnainen avain: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, joten saamme salatekstin 10011. Lisäämällä avaimen uudelleen voit palauttaa alkuperäisen viestin. Tarkistetaan: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, saamme 01001.
Tunneyn jäsentämistä helpotti se, että sen käytön alkukuukausina lähettäjät välittivät pyörän asetukset käytettäväksi ennen viestin lähettämistä. Myöhemmin saksalaiset julkaisivat koodikirjoja esiasetetuilla pyöräasetuksilla, ja lähettäjän oli vain lähetettävä koodi, jonka avulla vastaanottaja saattoi löytää oikean pyöräasetuksen kirjasta. He päätyivät vaihtamaan koodikirjoja päivittäin, mikä tarkoitti, että Bletchleyn täytyi hakkeroida koodipyörät joka aamu.
Mielenkiintoista on, että kryptanalyytikot ratkaisivat Tunny-funktion lähettävän ja vastaanottavan aseman sijainnin perusteella. Se yhdisti Saksan ylijohdon hermokeskukset armeijan ja armeijaryhmän komentajien kanssa eri Euroopan sotilasrintamilla, miehitetystä Ranskasta Venäjän aroihin. Se oli houkutteleva tehtävä: Tunneyn hakkerointi lupasi suoran pääsyn vihollisen korkeimman tason aikomuksiin ja kykyihin.
Sitten nuori matemaatikko saksalaisten operaattoreiden virheiden, ovelan ja sitkeän päättäväisyyden yhdistelmän ansiosta meni paljon pidemmälle kuin yksinkertaiset johtopäätökset Tunneyn työstä. Näkemättä itse konetta hän määritti täysin sen sisäisen rakenteen. Hän päätteli loogisesti kunkin pyörän mahdolliset sijainnit (joilla jokaisella oli oma alkuluku) ja kuinka tarkasti pyörien asento synnytti avaimen. Näillä tiedoilla aseistettu Bletchley rakensi Tunneyn jäljennöksiä, joita voitiin käyttää viestien purkamiseen - heti kun pyörät oli säädetty oikein.
12 avainpyörää Lorenzin salakirjoituskoneesta, joka tunnetaan nimellä Tanny
Heath Robinson
Vuoden 1942 loppuun mennessä Tat jatkoi hyökkäämistä Tanniin kehittäen tätä varten erityisen strategian. Se perustui delta-konseptiin: viestin yhden signaalin modulo 2 summa (piste tai risti, 0 tai 1) seuraavan signaalin kanssa. Hän ymmärsi, että Tunneyn pyörien ajoittaisen liikkeen vuoksi salatekstin ja avaintekstin delta välillä oli suhde: niiden oli vaihdettava yhdessä. Joten jos vertaat salatekstiä eri pyörän asetuksilla luotuun avaintekstiin, voit laskea kunkin delta-arvon ja laskea osumien lukumäärän. Reilusti yli 50 %:n osuvuusosuuden pitäisi merkitä potentiaalinen ehdokas todelliselle viestiavaimelle. Idea oli teoriassa hyvä, mutta käytännössä sitä ei voitu toteuttaa, koska se vaati 2400 läpimenoa jokaisesta viestistä kaikkien mahdollisten asetusten tarkistamiseen.
Tat toi ongelman toiselle matemaatikolle, Max Newmanille, joka johti Bletchleyn osastoa, jota kaikki kutsuivat "Newmaniaksi". Newman oli ensi silmäyksellä epätodennäköinen valinta johtamaan herkkää brittiläistä tiedusteluorganisaatiota, koska hänen isänsä oli kotoisin Saksasta. Vaikuttaa kuitenkin epätodennäköiseltä, että hän vakoisi Hitlerin hyväksi, koska hänen perheensä oli juutalainen. Hän oli niin huolissaan Hitlerin vallan etenemisestä Euroopassa, että hän muutti perheensä turvaan New Yorkiin pian Ranskan romahtamisen jälkeen vuonna 1940, ja hän itsekin harkitsi jonkin aikaa muuttavansa Princetoniin.
Max Newman
Niin tapahtui, että Newman sai idean työskennellä Tata-menetelmän edellyttämien laskelmien parissa - luomalla kone. Bletchley oli jo tottunut käyttämään kryptausanalyysikoneita. Näin Enigma murrettiin. Mutta Newman keksi tietyn elektronisen laitteen toimimaan Tunneyn salauksen kanssa. Ennen sotaa hän opetti Cambridgessä (yksi hänen oppilaistaan oli Alan Turing) ja tiesi Wynne-Williamsin rakentamista elektronisista laskureista hiukkasten laskemiseen Cavendishissa. Ajatus oli seuraava: jos synkronoisit kaksi silmukassa suljettua, suurella nopeudella rullaavaa filmiä, joista toisessa oli avain ja toisessa salattu viesti, ja käsittelit jokaista elementtiä prosessorina, joka laskee deltat, niin elektroninen laskuri voisi laskea tulokset yhteen. Lukemalla lopullinen pistemäärä jokaisen ajon lopussa voi päättää, oliko tämä avain mahdollinen vai ei.
Sattui niin, että ryhmä insinöörejä, joilla oli sopiva kokemus, oli olemassa. Heidän joukossaan oli Wynne-Williams itse. Turing värväsi Wynne-Williamsin Malvernin tutkalaboratoriosta auttamaan uuden roottorin luomisessa Enigma-koneeseen käyttämällä elektroniikkaa kierrosten laskemiseen. Häntä auttoivat tässä ja toisessa Enigma-projektissa kolme Dollis Hillin postitutkimusaseman insinööriä: William Chandler, Sidney Broadhurst ja Tommy Flowers (muistutan teitä siitä, että British Post Office oli korkean teknologian organisaatio, joka ei ollut vastuussa vain paperipostia, mutta myös lennätystä ja puhelintoimintaa varten). Molemmat projektit epäonnistuivat ja miehet jäivät toimeen. Newman keräsi ne. Hän nimitti Flowersin johtamaan tiimiä, joka loi "yhdistelmälaitteen", joka laski deltat ja välitti tuloksen Wynne-Williamsin työstämälle laskurille.
Newman työskenteli insinöörit koneiden rakentamisessa ja kuninkaallisen laivaston naisten osasto viestinkäsittelykoneidensa käytössä. Hallitus luotti vain korkean tason johtotehtävissä oleviin miehiin, ja naiset pärjäsivät hyvin Bletchleyn operaatioupseerina sekä viestien transkriptio- että dekoodausasetuksissa. He onnistuivat hyvin orgaanisesti siirtymään toimistotyöstä heidän työtään automatisoivien koneiden hoitoon. He nimesivät autonsa kevyesti "", brittiläinen vastine [molemmat olivat sarjakuvapiirtäjiä, jotka kuvasivat erittäin monimutkaisia, tilaa vieviä ja monimutkaisia laitteita, jotka suorittivat hyvin yksinkertaisia toimintoja / noin. käännös.].
"Old Robinson" -auto, hyvin samanlainen kuin edeltäjänsä "Heath Robinson" -auto
Itse asiassa Heath Robinson, vaikkakin teoriassa melko luotettava, kärsi vakavista ongelmista käytännössä. Pääasia oli tarve täydelliseen synkronointiin kaksi elokuvaa - salakirjoitusteksti ja avainteksti. Minkä tahansa kalvon venyminen tai liukuminen teki koko osan käyttökelvottomaksi. Virheriskin minimoimiseksi kone käsitteli enintään 2000 XNUMX merkkiä sekunnissa, vaikka hihnat voisivat toimia nopeammin. Flowers, joka vastahakoisesti suostui Heath Robinson -projektin työhön, uskoi, että oli olemassa parempi tapa: kone, joka rakennettiin lähes kokonaan elektronisista komponenteista.
kolossi
Thomas Flowers työskenteli insinöörinä British Post Officen tutkimusosastolla vuodesta 1930, jossa hän alun perin työskenteli uusien automaattisten puhelinvaihteiden virheellisten ja epäonnistuneiden yhteyksien tutkimuksessa. Tämä sai hänet miettimään, kuinka luoda parannettu versio puhelinjärjestelmästä, ja vuoteen 1935 mennessä hän alkoi suosia sähkömekaanisten järjestelmän komponenttien, kuten releiden, korvaamista elektronisilla. Tämä tavoite määritti hänen koko tulevan uransa.
Tommy Flowers, noin 1940
Useimmat insinöörit ovat kritisoineet elektronisia komponentteja oikoista ja epäluotettavista suuressa mittakaavassa käytettyinä, mutta Flowers osoitti, että tyhjiöputkien käyttöikä on hämmästyttävän pitkä, kun niitä käytettiin jatkuvasti ja huomattavasti suunnitteluaan pienemmillä tehoilla. Hän todisti ideansa korvaamalla kaikki 1000-linjaisen kytkimen valintaääniliittimet putkilla; kaikkiaan niitä oli 3-4 tuhatta. Tämä asennus otettiin käyttöön vuonna 1939. Samana aikana hän kokeili puhelinnumeroita tallentavien relerekisterien korvaamista sähköisillä releillä.
Flowers uskoi, että hänen rakentamansa Heath Robinson oli vakavasti viallinen ja että hän pystyi ratkaisemaan ongelman paljon paremmin käyttämällä enemmän putkia ja vähemmän mekaanisia osia. Helmikuussa 1943 hän toi Newmanille vaihtoehtoisen mallin koneelle. Flowers pääsi taitavasti eroon näppäinnauhasta, mikä eliminoi synkronointiongelman. Hänen koneensa piti luoda avainteksti lennossa. Hän simuloi Tunneyta sähköisesti, käy läpi kaikki pyörän asetukset ja vertasi niitä salatekstiin ja tallensi todennäköisiä osumia. Hän arvioi, että tämä lähestymistapa vaatisi noin 1500 XNUMX tyhjiöputken käyttöä.
Newman ja muu Bletchleyn johto suhtautuivat ehdotukseen skeptisesti. Kuten useimmat Flowersin aikalaiset, he epäilivät, voitaisiinko elektroniikka saada toimimaan tällaisessa mittakaavassa. Lisäksi, vaikka se voitaisiin saada toimimaan, he epäilivät, että tällainen kone voitaisiin rakentaa ajoissa, jotta se olisi hyödyllinen sodassa.
Flowersin pomo Dollis Hillillä antoi hänelle luvan koota tiimi tämän elektronisen hirviön luomiseksi – Flowers ei ehkä ollut täysin vilpitön kuvaillessaan hänelle, kuinka paljon hänen ideastaan pidettiin Bletchleyssä (Andrew Hodgesin mukaan Flowers kertoi hänen pomonsa Gordon Radley, että projekti oli kriittinen työ Bletchleylle, ja Radley oli jo kuullut Churchilliltä, että Bletchleyn työ oli ehdoton prioriteetti). Flowersin lisäksi Sidney Broadhurstilla ja William Chandlerilla oli suuri rooli järjestelmän kehittämisessä, ja koko yritys työllisti lähes 50 henkilöä, puolet Dollis Hillin resursseista. Ryhmä sai inspiraationsa puhelinalalla käytetyistä ennakkotapauksista: mittarit, haaralogiikka, reititys- ja signaalimuunnoslaitteet sekä laitteiden tilan määräajoin mittaavat laitteet. Broadhurst oli tällaisten sähkömekaanisten piirien mestari, ja Flowers ja Chandler olivat elektroniikan asiantuntijoita, jotka ymmärsivät kuinka siirtää käsitteitä relemaailmasta venttiilien maailmaan. Vuoden 1944 alkuun mennessä tiimi oli esittänyt toimivan mallin Bletchleylle. Jättiläinen kone sai nimen "Colossus", ja se osoitti nopeasti, että se voi ylittää Heath Robinsonin käsittelemällä luotettavasti 5000 XNUMX merkkiä sekunnissa.
Newman ja muu Bletchleyn johto ymmärsivät nopeasti tehneensä virheen kieltäytyessään Flowersista. Helmikuussa 1944 he tilasivat 12 lisää Colossia, joiden piti olla toiminnassa 1. kesäkuuta mennessä - päivämäärään mennessä, jolloin Ranskan hyökkäys oli suunniteltu, vaikka Flowers ei tietenkään tiennyt tätä. Flowers sanoi suoraan, että tämä oli mahdotonta, mutta sankarillisilla ponnisteluilla hänen tiiminsä onnistui toimittamaan toisen auton 31. toukokuuta mennessä, johon uusi tiimin jäsen Alan Coombs teki monia parannuksia.
Uudistettu malli, joka tunnetaan nimellä Mark II, jatkoi ensimmäisen koneen menestystä. Filminsyöttöjärjestelmän lisäksi siihen kuului 2400 12 lamppua, 800 kiertokytkintä, XNUMX relettä ja sähköinen kirjoituskone.
Kolossi Mark II
Se oli räätälöitävissä ja riittävän joustava monenlaisten tehtävien hoitamiseen. Asennuksen jälkeen jokainen naisjoukkue konfiguroi "Colossuksen" ratkaisemaan tiettyjä ongelmia. Puhelinoperaattorin paneelin kaltainen kytkentäpaneeli tarvittiin tunneyn pyöriä simuloivien elektronisten renkaiden asettamiseksi. Kytkimien avulla käyttäjät voivat määrittää minkä tahansa määrän toiminnallisia laitteita, jotka käsittelivät kahta tietovirtaa: ulkoisen kalvon ja renkaiden tuottaman sisäisen signaalin. Yhdistämällä joukon erilaisia logiikkaelementtejä Colossus pystyi laskemaan mielivaltaisia Boolen funktioita tietojen perusteella, eli funktioita, jotka tuottaisivat 0 tai 1. Jokainen yksikkö lisäsi Colossus-laskuria. Erillinen ohjauslaite teki haaroituspäätökset laskurin tilan perusteella - esimerkiksi pysäyttää ja tulostaa tulosteen, jos laskurin arvo ylitti 1000.
Kytkinpaneeli Colossuksen määrittämistä varten
Oletetaan, että Colossus oli yleiskäyttöinen ohjelmoitava tietokone nykyisessä mielessä. Se voisi loogisesti yhdistää kaksi tietovirtaa – yhden nauhalla ja toisen soittolaskureilla – ja laskea havaittujen ykkösten määrän, ja siinä kaikki. Suuri osa Colossuksen "ohjelmoinnista" tapahtui paperilla, ja operaattorit suorittivat analyytikoiden laatimaa päätöspuuta: sanotaan, "jos järjestelmän lähtö on pienempi kuin X, määritä konfiguraatio B ja tee Y, muuten tee Z."
Korkean tason lohkokaavio Colossukselle
Siitä huolimatta "Colossus" pystyi ratkaisemaan sille osoitetun tehtävän. Toisin kuin Atanasoff-Berry-tietokone, Colossus oli erittäin nopea - se pystyi käsittelemään 25000 XNUMX merkkiä sekunnissa, joista jokainen saattoi vaatia useita Boolen operaatioita. Mark II nosti nopeutta viisinkertaiseksi Mark I:een verrattuna lukemalla ja prosessoimalla samanaikaisesti viisi erilaista elokuvan osaa. Se kieltäytyi yhdistämästä koko järjestelmää hitaisiin sähkömekaanisiin syöttö-ulostulolaitteisiin, joissa käytettiin valokennoja (otettu ilmatorjuntaan ) saapuvien nauhojen lukemiseen ja rekisteri kirjoituskoneen lähdön puskuroimiseksi. Colossuksen 1990-luvulla entisöineen tiimin johtaja osoitti, että hän pystyi työssään silti helposti ylittämään vuoden 1995 Pentium-pohjaisen tietokoneen.
Tästä tehokkaasta tekstinkäsittelykoneesta tuli Tunney-koodin rikkomisprojektin keskus. Ennen sodan loppua rakennettiin vielä kymmenen Mark II:ta, joiden paneelit kuljetettiin yhden kuukaudessa Birminghamin postitehtaan työntekijöiden toimesta, joilla ei ollut aavistustakaan, mitä he olivat valmistamassa, ja koottiin sitten Bletchleyssä. . Eräs ärtynyt huoltoministeriön virkamies, joka oli saanut toisen pyynnön tuhannesta erikoisventtiilistä, kysyi, ampuivatko postityöntekijät niitä saksalaisia kohti. Tällä teollisella tavalla, mieluummin kuin yksittäisen projektin käsin kokoamalla, seuraava tietokone valmistettaisiin vasta 1950-luvulla. Flowersin ohjeiden mukaan suojella venttiileitä jokainen Colossus toimi yötä päivää sodan loppuun asti. He seisoivat hiljaa hehkuen pimeässä, lämmittäen kosteaa brittiläistä talvea ja odottaen kärsivällisesti ohjeita, kunnes koitti päivä, jolloin niitä ei enää tarvita.
Hiljaisuuden verho
Luonnollinen innostus Bletchleyn kiehtovasta draamasta johti järjestön sotilaallisten saavutusten törkeään liioittelua. On hirveän absurdia vihjailla, kuten elokuva tekee."[Jäljitelmäpeli], että brittiläinen sivilisaatio lakkaisi olemasta ilman Alan Turingia. "Kolossuksella" ei ilmeisesti ollut vaikutusta sodan etenemiseen Euroopassa. Hänen tunnetuin saavutuksensa oli todistaa, että vuoden 1944 Normandian maihinnousupetos oli toiminut. Tannyn kautta saadut viestit viittasivat siihen, että liittolaiset olivat onnistuneesti vakuuttaneet Hitlerin ja hänen komentonsa siitä, että todellinen isku tulisi kauemmaksi itään, Pas de Calais'ssa. Rohkaisevaa tietoa, mutta on epätodennäköistä, että liittoutuneiden komennon veren kortisolitason alentaminen auttoi voittamaan sodan.
Toisaalta Colossuksen esittämä teknologinen kehitys oli kiistatonta. Mutta maailma ei tiedä tätä pian. Churchill määräsi, että kaikki pelin päättyessä olemassa olevat ”kolossit” purettaisiin ja niiden suunnittelun salaisuus olisi lähetettävä niiden mukana kaatopaikalle. Kaksi ajoneuvoa selviytyi jotenkin tästä kuolemantuomiosta ja pysyi Britannian tiedustelupalvelussa 1960-luvulle asti. Mutta silloinkaan Britannian hallitus ei nostanut hiljaisuuden verhoa työstä Bletchleyssä. Sen olemassaolo tuli julkisuuteen vasta 1970-luvulla.
Päätöstä kieltää pysyvästi kaikki keskustelut Bletchley Parkissa suoritettavista töistä voidaan kutsua Britannian hallituksen liialliseksi varovaisuudeksi. Mutta Flowersille se oli henkilökohtainen tragedia. Häneltä riistettiin kaikki Colossuksen keksijän kunnia ja arvovalta, ja hän kärsi tyytymättömyydestä ja turhautumisesta, kun hänen jatkuvat yritykset korvata releet elektroniikalla Britannian puhelinjärjestelmässä estettiin jatkuvasti. Jos hän voisi osoittaa saavutuksensa "Colossin" esimerkin avulla, hänellä olisi tarvittava vaikutus unelmansa toteuttamiseen. Mutta siihen mennessä, kun hänen saavutuksensa tulivat tunnetuksi, Flowers oli jo kauan sitten eläkkeellä eikä pystynyt vaikuttamaan mihinkään.
Useat sähköisen tietojenkäsittelyn harrastajat ympäri maailmaa kärsivät samankaltaisista ongelmista, jotka liittyivät Colossia ympäröivään salassapitoon ja todisteiden puutteeseen tämän lähestymistavan toimivuudesta. Sähkömekaaninen laskenta voi olla kuningas vielä jonkin aikaa. Mutta oli toinenkin projekti, joka tasoitti tietä sähköisen tietojenkäsittelyn nousemiselle keskipisteeseen. Vaikka se oli myös salaisen sotilaallisen kehityksen tulos, sitä ei piilotettu sodan jälkeen, vaan päinvastoin, se paljastettiin maailmalle mitä suurimmalla äänellä, nimellä ENIAC.
Mitä lukea:
• Jack Copeland, toim. Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, "The Design of Colossus", Annals of the History of Computing, heinäkuu 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Lähde: will.com