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En 1938, le chef des services secrets britanniques acheta discrètement un domaine de 24 hectares à 80 miles de Londres. Il était situé à la jonction des voies ferrées de Londres au nord et d'Oxford à l'ouest jusqu'à Cambridge à l'est, et constituait un emplacement idéal pour une organisation qui ne serait vue de personne, mais qui était facilement accessible de la plupart des chemins de fer. des centres de connaissances importants et des autorités britanniques. Le domaine connu sous le nom , est devenu le centre britannique de décryptage pendant la Seconde Guerre mondiale. C’est peut-être le seul endroit au monde connu pour son implication dans la cryptographie.
Tunney
À l’été 1941, des travaux étaient déjà en cours à Bletchley pour décrypter la célèbre machine de cryptage Enigma utilisée par l’armée et la marine allemandes. Si vous avez regardé un film sur les décrypteurs britanniques, ils ont parlé d'Enigma, mais nous n'en parlerons pas ici, car peu de temps après l'invasion de l'Union soviétique, Bletchley a découvert la transmission de messages avec un nouveau type de cryptage.
Les cryptanalystes ont vite compris la nature générale de la machine utilisée pour transmettre les messages, qu’ils ont surnommée « Tunny ».
Contrairement à Enigma, dont les messages devaient être déchiffrés à la main, Tunney se connectait directement au télétype. Le télétype convertissait chaque caractère saisi par l'opérateur en un flux de points et de croix (semblable aux points et tirets du code Morse) en format standard. avec cinq caractères par lettre. C'était du texte non crypté. Tunney a utilisé douze roues à la fois pour créer son propre flux parallèle de points et de croix : la clé. Elle a ensuite ajouté la clé du message, produisant un texte chiffré transmis par voie hertzienne. L'addition a été réalisée en arithmétique binaire, où les points correspondaient aux zéros et les croix correspondaient aux uns :
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Une autre Tanny du côté du destinataire avec les mêmes paramètres a produit la même clé et l'a ajoutée au message crypté pour produire l'original, qui a été imprimé sur papier par le télétype du destinataire. Disons que nous avons un message : "point plus point point plus". En chiffres, ce sera 01001. Ajoutons une clé aléatoire : 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, on obtient donc le texte chiffré 10011. En ajoutant à nouveau la clé, vous pouvez restaurer le message d'origine. Vérifions : 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, on obtient 01001.
Le travail d'analyse de Tunney a été facilité par le fait que dans les premiers mois de son utilisation, les expéditeurs transmettaient les paramètres de roue à utiliser avant d'envoyer un message. Plus tard, les Allemands ont publié des livres de codes avec des réglages de roue prédéfinis, et l'expéditeur n'avait qu'à envoyer un code que le destinataire pouvait utiliser pour trouver le réglage correct de la roue dans le livre. Ils ont fini par changer les livres de codes quotidiennement, ce qui signifiait que Bletchley devait pirater les roues codées chaque matin.
Fait intéressant, les cryptanalystes ont résolu la fonction Tunny en fonction de l'emplacement des stations d'émission et de réception. Il reliait les centres névralgiques du haut commandement allemand aux commandants d’armées et de groupes d’armées sur différents fronts militaires européens, de la France occupée aux steppes russes. C'était une tâche tentante : pirater Tunney promettait un accès direct aux intentions et aux capacités les plus élevées de l'ennemi.
Puis, grâce à une combinaison d'erreurs des opérateurs allemands, de ruse et de détermination acharnée, le jeune mathématicien est allé bien plus loin que de simples conclusions sur le travail de Tunney. Sans voir la machine elle-même, il a complètement déterminé sa structure interne. Il en déduisit logiquement les positions possibles de chaque roue (chacune ayant son propre nombre premier) et comment exactement la position des roues générait la clé. Fort de ces informations, Bletchley a construit des répliques du Tunney qui pourraient être utilisées pour déchiffrer des messages, dès que les roues seraient correctement réglées.
12 roues clés d'une machine à chiffrer de Lorenz connue sous le nom de Tanny
Heath Robinson
À la fin de 1942, Tat continua d'attaquer Tanni, après avoir développé une stratégie spéciale à cet effet. Il était basé sur le concept de delta : la somme modulo 2 d'un signal dans un message (point ou croix, 0 ou 1) avec le suivant. Il s'est rendu compte qu'en raison du mouvement intermittent des roues Tunney, il existait une relation entre le delta du texte chiffré et le delta du texte clé : ils devaient changer ensemble. Ainsi, si vous comparez le texte chiffré avec le texte clé généré sur différents réglages de roue, vous pouvez calculer le delta pour chacun et compter le nombre de correspondances. Un taux de correspondance bien supérieur à 50 % devrait marquer un candidat potentiel pour la véritable clé de message. L'idée était bonne en théorie, mais impossible à mettre en pratique, car elle nécessitait d'effectuer 2400 passages pour chaque message afin de vérifier tous les réglages possibles.
Tat a soumis le problème à un autre mathématicien, Max Newman, qui dirigeait le département de Bletchley que tout le monde appelait « Newmania ». Newman était, à première vue, un choix peu probable pour diriger l’organisation sensible du renseignement britannique, puisque son père était allemand. Cependant, il semblait peu probable qu’il espionne pour le compte d’Hitler puisque sa famille était juive. Il était tellement préoccupé par les progrès de la domination hitlérienne en Europe qu'il a déménagé sa famille dans la sécurité de New York peu après l'effondrement de la France en 1940, et pendant un certain temps, il a lui-même envisagé de déménager à Princeton.
Max Newman
Il se trouve que Newman a eu l'idée de travailler sur les calculs requis par la méthode Tata - en créant une machine. Bletchley était déjà habitué à utiliser des machines pour la cryptanalyse. C’est ainsi qu’Enigma a été craqué. Mais Newman a conçu un certain appareil électronique pour fonctionner sur le chiffre de Tunney. Avant la guerre, il enseignait à Cambridge (l'un de ses étudiants était Alan Turing) et connaissait les compteurs électroniques construits par Wynne-Williams pour compter les particules à Cavendish. L'idée était la suivante : si l'on synchronisait deux films fermés en boucle, défilant à grande vitesse, dont l'un avait une clé, et l'autre un message crypté, et traitait chaque élément comme un processeur qui compte les deltas, alors un compteur électronique pourrait additionner les résultats. En lisant le score final à la fin de chaque run, on pouvait décider si cette clé était potentielle ou non.
Il se trouve qu’il existait simplement un groupe d’ingénieurs possédant l’expérience appropriée. Parmi eux se trouvait Wynne-Williams lui-même. Turing a recruté Wynne-Williams du laboratoire radar de Malvern pour l'aider à créer un nouveau rotor pour la machine Enigma, utilisant l'électronique pour compter les tours. Il a été assisté dans ce projet et dans un autre projet Enigma par trois ingénieurs de la station de recherche postale de Dollys Hill : William Chandler, Sidney Broadhurst et Tommy Flowers (permettez-moi de vous rappeler que la poste britannique était une organisation de haute technologie et qu'elle n'était pas responsable). uniquement pour le courrier papier, mais aussi pour la télégraphie et la téléphonie). Les deux projets ont échoué et les hommes sont restés inactifs. Newman les a récupérés. Il a nommé Flowers pour diriger une équipe qui a créé un « appareil de combinaison » qui compterait les deltas et transmettrait le résultat à un compteur sur lequel Wynne-Williams travaillait.
Newman a occupé les ingénieurs à construire les machines et le Département des femmes de la Royal Navy à faire fonctionner ses machines de traitement de messages. Le gouvernement ne faisait confiance qu'aux hommes occupant des postes de direction de haut niveau, et les femmes s'en sortaient bien en tant qu'officiers des opérations de Bletchley, s'occupant à la fois de la transcription et du décodage des messages. Ils ont réussi de manière très organique à passer du travail de bureau à l’entretien des machines qui automatisaient leur travail. Ils ont nommé leur voiture de manière frivole "", équivalent britannique [tous deux étaient des dessinateurs illustrateurs qui représentaient des appareils extrêmement complexes, volumineux et complexes qui remplissaient des fonctions très simples / env. trad.].
La voiture "Old Robinson", très similaire à son prédécesseur, la voiture "Heath Robinson"
En effet, Heath Robinson, bien qu’assez fiable en théorie, souffrait de sérieux problèmes dans la pratique. L'essentiel était la nécessité d'une synchronisation parfaite des deux films - le texte chiffré et le texte clé. Tout étirement ou glissement de l'un des films rendait l'ensemble du passage inutilisable. Pour minimiser le risque d'erreurs, la machine ne traitait pas plus de 2000 XNUMX caractères par seconde, même si les courroies pouvaient fonctionner plus rapidement. Flowers, qui approuva à contrecœur les travaux du projet Heath Robinson, pensait qu'il existait une meilleure solution : une machine construite presque entièrement à partir de composants électroniques.
Colosse
Thomas Flowers a travaillé comme ingénieur au département de recherche de la poste britannique à partir de 1930, où il a d'abord travaillé sur des recherches sur les connexions incorrectes et défaillantes dans les nouveaux centraux téléphoniques automatiques. Cela l'a amené à réfléchir à la manière de créer une version améliorée du système téléphonique et, en 1935, il a commencé à préconiser le remplacement des composants électromécaniques du système, tels que les relais, par des composants électroniques. Cet objectif a déterminé toute sa future carrière.
Tommy Flowers, vers 1940
La plupart des ingénieurs ont critiqué les composants électroniques pour leur caractère capricieux et peu fiable lorsqu'ils sont utilisés à grande échelle, mais Flowers a montré que lorsqu'ils sont utilisés en continu et à des puissances bien inférieures à leur conception, les tubes à vide présentent en réalité une durée de vie étonnamment longue. Il a prouvé ses idées en remplaçant toutes les bornes de tonalité d'un commutateur de 1000 3 lignes par des tubes ; au total, il y en avait 4 à 1939 XNUMX. Cette installation a été lancée en travaux réels en XNUMX. Au cours de la même période, il expérimente le remplacement des registres à relais qui stockaient les numéros de téléphone par des relais électroniques.
Flowers pensait que le Heath Robinson pour lequel il avait été embauché était sérieusement défectueux et qu'il pouvait bien mieux résoudre le problème en utilisant plus de tubes et moins de pièces mécaniques. En février 1943, il proposa à Newman une conception alternative pour la machine. Flowers s'est intelligemment débarrassé de la bande de clé, éliminant ainsi le problème de synchronisation. Sa machine devait générer le texte clé à la volée. Elle simulait Tunney électroniquement, passant en revue tous les réglages de la roue et comparant chacun d'eux avec le texte chiffré, enregistrant les correspondances probables. Il a estimé que cette approche nécessiterait l'utilisation d'environ 1500 XNUMX tubes à vide.
Newman et le reste de la direction de Bletchley étaient sceptiques quant à cette proposition. Comme la plupart des contemporains de Flowers, ils doutaient que l'électronique puisse fonctionner à une telle échelle. De plus, même si elle pouvait fonctionner, ils doutaient qu’une telle machine puisse être construite à temps pour être utile en temps de guerre.
Le patron de Flowers à Dollis Hill lui a donné le feu vert pour constituer une équipe chargée de créer ce monstre électronique - Flowers n'a peut-être pas été tout à fait sincère en lui décrivant à quel point son idée était appréciée à Bletchley (selon Andrew Hodges, Flowers a déclaré son patron, Gordon Radley, que le projet était un travail essentiel pour Bletchley, et Radley avait déjà entendu Churchill dire que le travail de Bletchley était une priorité absolue). Outre Flowers, Sidney Broadhurst et William Chandler ont joué un rôle important dans le développement du système, et l'ensemble de l'entreprise employait près de 50 personnes, soit la moitié des ressources de Dollis Hill. L'équipe s'est inspirée des précédents utilisés dans la téléphonie : compteurs, logique de dérivation, équipement de routage et de traduction du signal, et équipement de mesure périodique de l'état de l'équipement. Broadhurst maîtrisait parfaitement ces circuits électromécaniques, et Flowers et Chandler étaient des experts en électronique qui savaient comment transférer les concepts du monde des relais au monde des vannes. Au début de 1944, l'équipe avait présenté un modèle fonctionnel à Bletchley. La machine géante a été surnommée « Colossus » et a rapidement prouvé qu'elle pouvait surpasser Heath Robinson en traitant de manière fiable 5000 XNUMX caractères par seconde.
Newman et le reste de la direction de Bletchley se sont rapidement rendu compte qu'ils avaient commis une erreur en refusant Flowers. En février 1944, ils commandèrent 12 Colosses supplémentaires, qui étaient censés être opérationnels le 1er juin, date à laquelle l'invasion de la France était planifiée, même si, bien sûr, Flowers ne l'avait pas connu. Flowers a déclaré catégoriquement que cela était impossible, mais grâce à des efforts héroïques, son équipe a réussi à livrer une deuxième voiture le 31 mai, à laquelle le nouveau membre de l'équipe, Alan Coombs, a apporté de nombreuses améliorations.
Le design révisé, connu sous le nom de Mark II, poursuit le succès de la première voiture. Outre le système d'alimentation en films, il comprenait 2400 12 lampes, 800 commutateurs rotatifs, XNUMX relais et une machine à écrire électrique.
Colosse Mark II
Il était suffisamment personnalisable et flexible pour gérer une variété de tâches. Après installation, chacune des équipes féminines a configuré son « Colossus » pour résoudre certains problèmes. Un panneau de brassage, semblable au panneau d'un opérateur téléphonique, était nécessaire pour configurer des anneaux électroniques simulant les roues Tunney. Un ensemble de commutateurs permettait aux opérateurs de configurer un nombre illimité de dispositifs fonctionnels traitant deux flux de données : un film externe et un signal interne généré par les anneaux. En combinant un ensemble de différents éléments logiques, Colossus pouvait calculer des fonctions booléennes arbitraires basées sur des données, c'est-à-dire des fonctions qui produiraient un 0 ou un 1. Chaque unité augmentait le compteur Colossus. Un appareil de contrôle distinct prenait des décisions de branchement en fonction de l'état du compteur - par exemple, arrêter et imprimer une sortie si la valeur du compteur dépassait 1000 XNUMX.
Panneau de commutation pour configurer « Colossus »
Supposons que le Colossus soit un ordinateur programmable à usage général au sens moderne du terme. Il pourrait logiquement combiner deux flux de données – un sur bande et un généré par des compteurs en anneau – et compter le nombre de XNUMX rencontrés, et c'est tout. Une grande partie de la « programmation » du Colossus s'est déroulée sur papier, les opérateurs exécutant un arbre de décision préparé par les analystes : par exemple, « si la sortie du système est inférieure à X, configurez la configuration B et effectuez Y, sinon faites Z ».
Schéma fonctionnel de haut niveau pour Colossus
Néanmoins, "Colossus" était tout à fait capable de résoudre la tâche qui lui était assignée. Contrairement à l'ordinateur Atanasoff-Berry, le Colossus était extrêmement rapide : il pouvait traiter 25000 XNUMX caractères par seconde, chacun pouvant nécessiter plusieurs opérations booléennes. Le Mark II a multiplié par cinq la vitesse par rapport au Mark I en lisant et en traitant simultanément cinq sections différentes du film. Il a refusé de connecter l'ensemble du système avec des dispositifs d'entrée-sortie électromécaniques lents, utilisant des photocellules (tirées des systèmes anti-aériens). ) pour lire les bandes entrantes et un registre pour mettre en mémoire tampon les sorties de la machine à écrire. Le chef de l'équipe qui a restauré Colossus dans les années 1990 a montré qu'il pouvait encore facilement surpasser un ordinateur Pentium de 1995 dans son travail.
Cette puissante machine de traitement de texte est devenue le centre du projet visant à casser le code Tunney. Dix autres Mark II furent construits avant la fin de la guerre, dont les panneaux étaient fabriqués à raison d'un par mois par les ouvriers de l'usine postale de Birmingham, qui n'avaient aucune idée de ce qu'ils fabriquaient, puis assemblés à Bletchley. . Un fonctionnaire irrité du ministère de l'Approvisionnement, ayant reçu une autre demande de mille valves spéciales, a demandé si les postiers « les tiraient sur les Allemands ». De cette manière industrielle, plutôt qu’en assemblant à la main un projet individuel, le prochain ordinateur ne sera produit que dans les années 1950. Sous les instructions de Flowers pour protéger les valves, chaque Colossus a fonctionné jour et nuit jusqu'à la fin de la guerre. Ils se tenaient tranquillement brillant dans l'obscurité, réchauffant l'hiver britannique humide et attendant patiemment les instructions jusqu'au jour où ils ne seraient plus nécessaires.
Voile de silence
L'enthousiasme naturel pour le drame intrigant qui se déroulait à Bletchley conduisit à une grossière exagération des réalisations militaires de l'organisation. C'est terriblement absurde de faire allusion, comme le fait le film." [The Imitation Game] que la civilisation britannique cesserait d'exister sans Alan Turing. "Colossus", apparemment, n'a eu aucun impact sur le cours de la guerre en Europe. Sa réalisation la plus médiatisée a été de prouver que la tromperie du débarquement de Normandie en 1944 avait fonctionné. Les messages reçus par l'intermédiaire de Tanny suggéraient que les Alliés avaient réussi à convaincre Hitler et son commandement que le véritable coup viendrait plus à l'est, au Pas de Calais. Des informations encourageantes, mais il est peu probable que la réduction du taux de cortisol dans le sang du commandement allié ait contribué à gagner la guerre.
En revanche, les avancées technologiques présentées par Colossus étaient indéniables. Mais le monde ne le saura pas de sitôt. Churchill a ordonné que tous les « Colosses » existants à la fin du jeu soient démantelés et que le secret de leur conception soit envoyé avec eux à la décharge. Deux véhicules ont survécu à cette condamnation à mort et sont restés dans les services de renseignement britanniques jusque dans les années 1960. Mais même alors, le gouvernement britannique n’a pas levé le voile du silence sur les travaux à Bletchley. Ce n’est que dans les années 1970 que son existence est devenue publique.
La décision d'interdire définitivement toute discussion sur les travaux en cours à Bletchley Park pourrait être qualifiée d'excès de prudence de la part du gouvernement britannique. Mais pour Flowers, ce fut une tragédie personnelle. Dépouillé de tout le crédit et du prestige d'être l'inventeur du Colossus, il souffrit d'insatisfaction et de frustration alors que ses tentatives constantes de remplacer les relais par des composants électroniques dans le système téléphonique britannique étaient continuellement bloquées. S’il pouvait démontrer son exploit à travers l’exemple de « Colossus », il aurait l’influence nécessaire pour réaliser son rêve. Mais au moment où ses réalisations furent connues, Flowers avait pris sa retraite depuis longtemps et ne pouvait rien influencer.
Plusieurs passionnés d'informatique électronique dispersés dans le monde ont souffert de problèmes similaires liés au secret entourant Colossus et au manque de preuves de la viabilité de cette approche. L’informatique électromécanique pourrait rester reine pendant encore un certain temps. Mais il y avait un autre projet qui ouvrirait la voie à l’informatique électronique pour occuper le devant de la scène. Bien qu’elle soit également le résultat de développements militaires secrets, elle n’a pas été cachée après la guerre, mais au contraire, elle a été révélée au monde avec le plus grand aplomb, sous le nom d’ENIAC.
Quoi lire:
• Jack Copeland, éd. Colossus : Les secrets des ordinateurs décrypteurs de Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, « The Design of Colossus », Annals of the History of Computing, juillet 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing : L'énigme (1983)
Source: habr.com