Ostali članci u seriji:
- Povijest releja
- Povijest elektroničkih računala
- Povijest tranzistora
- povijest interneta
Godine 1938. šef britanske tajne obavještajne službe tiho je kupio imanje od 24 hektara 80 milja od Londona. Nalazio se na raskrižju željeznica od Londona prema sjeveru, te od Oxforda na zapadu do Cambridgea na istoku, i bio je idealan položaj za organizaciju koju nitko neće vidjeti, ali je većini bio nadohvat ruke. važnih centara znanja i britanskih vlasti. Imanje poznato kao , postao je britanski centar za razbijanje šifri tijekom Drugog svjetskog rata. Ovo je možda jedino mjesto na svijetu poznato po svojoj uključenosti u kriptografiju.
Tunney
U ljeto 1941. u Bletchleyju su već bili u tijeku radovi na razbijanju poznatog stroja za šifriranje Enigma koji su koristile njemačka vojska i mornarica. Ako ste gledali film o britanskim razbijačima šifri, pričali su o Enigmi, ali nećemo o tome ovdje - jer nedugo nakon invazije na Sovjetski Savez, Bletchley je otkrio prijenos poruka novom vrstom enkripcije.
Kriptoanalitičari su ubrzo shvatili opću prirodu stroja koji se koristi za prijenos poruka, a koji su nazvali "Tunny".
Za razliku od Enigme, čije su se poruke morale dešifrirati ručno, Tunney se povezivao izravno na teletip. Teletip je pretvarao svaki znak koji je operater unio u niz točaka i križića (slično točkama i crticama Morseove azbuke) u standardnom s pet znakova po slovu. Bio je to nešifrirani tekst. Tunney je koristila dvanaest kotača odjednom kako bi stvorila vlastiti paralelni niz točaka i križića: ključ. Zatim je dodala ključ poruci, stvarajući šifrirani tekst koji se prenosi zrakom. Zbrajanje je provedeno u binarnoj aritmetici, gdje su točke odgovarale nulama, a križići jedinicama:
+ = 0 0 0
+ = 0 1 1
+ = 1 1 0
Drugi Tanny na primateljevoj strani s istim postavkama proizveo je isti ključ i dodao ga šifriranoj poruci kako bi proizveo izvornu, koju je primateljev teletip ispisao na papiru. Recimo da imamo poruku: "točka plus točka točka plus." U brojevima to će biti 01001. Dodajmo nasumični ključ: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, tako da dobijemo šifrirani tekst 10011. Ponovnim dodavanjem ključa možete vratiti izvornu poruku. Provjerimo: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, dobivamo 01001.
Raščlanjivanje Tunneyjevog rada olakšala je činjenica da su u prvim mjesecima njegove upotrebe pošiljatelji prosljeđivali postavke kotačića koje su se koristile prije slanja poruke. Kasnije su Nijemci izdali knjige kodova s unaprijed postavljenim postavkama kotačića, a pošiljatelj je samo trebao poslati šifru pomoću koje je primatelj mogao pronaći točnu postavku kotača u knjizi. Na kraju su svakodnevno mijenjali knjige kodova, što je značilo da je Bletchley svako jutro morao hakirati kotače kodova.
Zanimljivo je da su kriptoanalitičari riješili Tunnyjevu funkciju na temelju lokacije stanice za slanje i primanja. Povezao je živčane centre njemačkog vrhovnog zapovjedništva s vojskom i zapovjednicima grupa armija na raznim europskim vojnim frontama, od okupirane Francuske do ruskih stepa. Bio je to primamljiv zadatak: hakiranje Tunneyja obećavalo je izravan pristup neprijateljevim namjerama i sposobnostima najviše razine.
Zatim, kombinacijom pogrešaka njemačkih operatera, lukavosti i uporne odlučnosti, mladi matematičar otišao mnogo dalje od jednostavnih zaključaka o Tunneyevom radu. Ne vidjevši sam stroj, potpuno je odredio njegovu unutarnju strukturu. On je logično zaključio moguće položaje svakog kotača (od kojih je svaki imao svoj prosti broj) i kako je točno položaj kotača generirao ključ. Naoružan tim informacijama, Bletchley je napravio replike Tunneyja koje su se mogle koristiti za dešifriranje poruka - čim su kotači bili pravilno podešeni.
12 ključnih kotača Lorenzovog stroja za šifriranje poznatog kao Tanny
Heath Robinson
Do kraja 1942. Tat je nastavio napadati Tanni, razvivši za to posebnu strategiju. Temeljio se na konceptu delta: zbroj modula 2 jednog signala u poruci (točka ili križić, 0 ili 1) sa sljedećim. Shvatio je da zbog isprekidanog kretanja Tunneyjevih kotača postoji odnos između delte šifriranog teksta i delte ključnog teksta: morali su se mijenjati zajedno. Dakle, ako usporedite šifrirani tekst s ključnim tekstom generiranim na različitim postavkama kotačića, možete izračunati deltu za svaku i prebrojati broj podudaranja. Stopa podudaranja znatno veća od 50% trebala bi označavati potencijalnog kandidata za pravi ključ poruke. Ideja je bila dobra u teoriji, ali ju je bilo nemoguće provesti u praksi, jer je za svaku poruku bilo potrebno napraviti 2400 prolaza kako bi se provjerile sve moguće postavke.
Tat je iznio problem drugom matematičaru, Maxu Newmanu, koji je vodio odjel u Bletchleyu koji su svi nazivali "Newmania". Newman je na prvi pogled bio malo vjerojatan izbor za vođenje osjetljive britanske obavještajne organizacije, budući da mu je otac bio iz Njemačke. Međutim, činilo se malo vjerojatnim da bi špijunirao za Hitlera budući da je njegova obitelj bila židovska. Bio je toliko zabrinut za napredak Hitlerove dominacije u Europi da je svoju obitelj preselio u sigurnost New Yorka nedugo nakon sloma Francuske 1940., a neko je vrijeme i sam razmišljao o preseljenju u Princeton.
Max Newman
Dogodilo se da je Newman imao ideju o radu na izračunima koje zahtijeva Tata metoda - stvaranjem stroja. Bletchley je već bio navikao koristiti strojeve za kriptoanalizu. Ovako je razbijena Enigma. Ali Newman je zamislio određeni elektronički uređaj za rad na Tunney šifri. Prije rata predavao je na Cambridgeu (jedan od njegovih učenika bio je Alan Turing) i znao je za elektroničke brojače koje je izgradio Wynne-Williams za brojanje čestica u Cavendishu. Ideja je bila sljedeća: ako ste sinkronizirali dva filma zatvorena u petlji, pomičući se velikom brzinom, od kojih je jedan imao ključ, a drugi šifriranu poruku, i tretirali svaki element kao procesor koji broji delte, tada bi elektronički brojač mogao zbrajati rezultate. Očitavanjem konačnog rezultata na kraju svake vožnje moglo se odlučiti je li ovaj ključ potencijalni ili ne.
Slučajno je postojala grupa inženjera s odgovarajućim iskustvom. Među njima je bio i sam Wynne-Williams. Turing je angažirao Wynne-Williamsa iz radarskog laboratorija Malvern da pomogne u stvaranju novog rotora za stroj Enigma, koristeći elektroniku za brojanje okretaja. U ovom i još jednom Enigminom projektu pomogla su mu tri inženjera iz Poštanske istraživačke postaje u Dollys Hillu: William Chandler, Sidney Broadhurst i Tommy Flowers (dopustite mi da vas podsjetim da je British Post Office bila visokotehnološka organizacija i bila je odgovorna ne samo za papirnu poštu, ali i za telegrafiju i telefoniju). Oba projekta su propala i ljudi su ostali besposleni. Newman ih je skupio. Postavio je Flowersa da vodi tim koji je stvorio "kombinirajući uređaj" koji bi brojao delte i prenosio rezultat brojaču na kojem je radio Wynne-Williams.
Newman je zaokupio inženjere izgradnjom strojeva, a Odjel za žene Kraljevske mornarice upravljanjem njegovim strojevima za obradu poruka. Vlada je vjerovala samo muškarcima s rukovodećih pozicija na visokoj razini, a žene su se dobro snašle kao operativne časnice u Bletchleyu, rješavajući i transkripciju poruka i postavke dekodiranja. Oni su vrlo organski uspjeli prijeći s činovničkog posla na brigu o strojevima koji su automatizirali njihov rad. Svoj auto su neozbiljno nazvali "“, britanski ekvivalent [obojica su bili karikaturisti ilustratori koji su prikazivali iznimno složene, glomazne i zamršene uređaje koji su obavljali vrlo jednostavne funkcije / cca. prijevod].
Automobil "Old Robinson", vrlo sličan svom prethodniku, automobilu "Heath Robinson"
Doista, Heath Robinson, iako prilično pouzdan u teoriji, patio je od ozbiljnih problema u praksi. Glavna stvar bila je potreba za savršenom sinkronizacijom dva filma - šifriranog teksta i ključnog teksta. Bilo kakvo istezanje ili klizanje bilo kojeg filma učinilo je cijeli prolaz neupotrebljivim. Kako bi se smanjio rizik od pogrešaka, stroj nije obrađivao više od 2000 znakova u sekundi, iako su trake mogle raditi brže. Flowers, koji se nevoljko složio s radom projekta Heath Robinson, vjerovao je da postoji bolji način: stroj izgrađen gotovo u potpunosti od elektroničkih komponenti.
kolos
Thomas Flowers radio je kao inženjer u istraživačkom odjelu britanske pošte od 1930. godine, gdje je isprva radio na istraživanju neispravnih i neispravnih veza u novim automatskim telefonskim centralama. To ga je navelo na razmišljanje o tome kako stvoriti poboljšanu verziju telefonskog sustava, a do 1935. počeo je zagovarati zamjenu komponenti elektromehaničkog sustava poput releja elektroničkim. Ovaj cilj odredio je cijelu njegovu buduću karijeru.
Tommy Flowers, oko 1940
Većina inženjera je kritizirala elektroničke komponente zbog toga što su kapriciozne i nepouzdane kada se koriste u velikom opsegu, ali Flowers je pokazao da vakuumske cijevi zapravo imaju nevjerojatno dug životni vijek kada se koriste kontinuirano i pri snagama znatno ispod projektiranih. Dokazao je svoje ideje zamijenivši sve tonske terminale na prekidaču s 1000 linija s cijevima; ukupno ih je bilo 3-4 tisuće. Ova instalacija je puštena u pravi rad 1939. godine. Tijekom istog razdoblja, eksperimentirao je sa zamjenom relejnih registara koji su pohranjivali telefonske brojeve elektroničkim relejima.
Flowers je vjerovao da je Heath Robinson kojeg je unajmio da izgradi imao ozbiljne nedostatke i da bi problem mogao riješiti mnogo bolje korištenjem više cijevi i manje mehaničkih dijelova. U veljači 1943. Newmanu je donio alternativni dizajn stroja. Flowers se pametno riješio trake za ključeve, eliminirajući problem sinkronizacije. Njegov je stroj morao generirati ključni tekst u hodu. Elektronički bi simulirala Tunneyja, prolazeći kroz sve postavke kotačića i uspoređujući svaku sa šifriranim tekstom, bilježeći vjerojatna podudaranja. Procijenio je da bi ovaj pristup zahtijevao upotrebu oko 1500 vakuumskih cijevi.
Newman i ostatak uprave Bletchleyja bili su skeptični prema ovom prijedlogu. Kao i većina Flowersovih suvremenika, sumnjali su u to može li se elektronika moći natjerati da radi u takvim razmjerima. Štoviše, čak i ako bi ga se moglo natjerati da radi, sumnjali su da bi se takav stroj mogao sagraditi na vrijeme da bi bio koristan u ratu.
Flowersov šef u Dollis Hillu doista mu je dao zeleno svjetlo da okupi tim za stvaranje ovog elektroničkog čudovišta - Flowers možda nije bio sasvim iskren u opisivanju koliko se njegova ideja svidjela u Bletchleyju (prema Andrewu Hodgesu, Flowers je rekao njegov šef, Gordon Radley, da je projekt kritičan posao za Bletchley, a Radley je već čuo od Churchilla da je Bletchleyev rad apsolutni prioritet). Osim Flowersa, veliku ulogu u razvoju sustava imali su Sidney Broadhurst i William Chandler, a cijeli je pothvat zapošljavao gotovo 50 ljudi, polovicu resursa Dollis Hilla. Tim je bio inspiriran presedanima koji se koriste u telefoniji: brojila, logika grana, oprema za usmjeravanje i prevođenje signala te oprema za periodična mjerenja statusa opreme. Broadhurst je bio majstor takvih elektromehaničkih sklopova, a Flowers i Chandler stručnjaci za elektroniku koji su razumjeli kako prenijeti koncepte iz svijeta releja u svijet ventila. Do početka 1944. tim je Bletchleyu predstavio radni model. Ogromni stroj nazvan je "Colossus" i brzo je dokazao da može nadmašiti Heatha Robinsona pouzdanom obradom 5000 znakova u sekundi.
Newman i ostatak uprave u Bletchleyu brzo su shvatili da su pogriješili što su odbili Flowersa. U veljači 1944. naručili su još 12 Colossija, koji su trebali biti operativni do 1. lipnja - datuma planirane invazije na Francusku, iako Flowersu to, naravno, nije bilo poznato. Flowers je izravno rekao da je to nemoguće, ali je uz herojske napore njegov tim uspio isporučiti drugi automobil do 31. svibnja, na koji je novi član tima Alan Coombs napravio mnoga poboljšanja.
Revidirani dizajn, poznat kao Mark II, nastavio je uspjeh prvog stroja. Osim sustava za opskrbu filmom, sastojao se od 2400 lampi, 12 rotirajućih prekidača, 800 releja i električnog pisaćeg stroja.
Kolos Marka II
Bio je prilagodljiv i dovoljno fleksibilan da se nosi s raznim zadacima. Nakon instalacije, svaka od ženskih ekipa je konfigurirala svoj “Colossus” za rješavanje određenih problema. Patch panel, sličan panelu telefonskog operatera, bio je potreban za postavljanje elektroničkih prstenova koji su simulirali Tunneyeve kotače. Skup prekidača omogućio je operaterima da konfiguriraju bilo koji broj funkcionalnih uređaja koji su obrađivali dva toka podataka: vanjski film i unutarnji signal koji generiraju prstenovi. Kombiniranjem skupa različitih logičkih elemenata, Colossus je mogao izračunati proizvoljne Booleove funkcije na temelju podataka, to jest, funkcije koje bi proizvele 0 ili 1. Svaka jedinica povećavala je Colossusov brojač. Odvojeni kontrolni uređaj donosio je odluke o grananju na temelju stanja brojača - na primjer, zaustavljanje i ispis izlaza ako vrijednost brojača premaši 1000.
Preklopna ploča za konfiguriranje "Colossusa"
Pretpostavimo da je Colossus bio programabilno računalo opće namjene u modernom smislu. Mogao bi logično kombinirati dva toka podataka - jedan na vrpci i jedan generiran prstenastim brojačima - i prebrojati broj XNUMX na koje se naišlo, i to je to. Velik dio Colossovog "programiranja" odvijao se na papiru, s operaterima koji su izvršavali stablo odlučivanja koje su pripremili analitičari: recimo, "ako je izlaz sustava manji od X, postavite konfiguraciju B i napravite Y, inače napravite Z."
Blok dijagram visoke razine za Colossus
Ipak, "Colossus" je bio sasvim sposoban riješiti zadatak koji mu je dodijeljen. Za razliku od Atanasoff-Berryjevog računala, Colossus je bio iznimno brz – mogao je obraditi 25000 znakova u sekundi, od kojih je svaki mogao zahtijevati nekoliko Booleovih operacija. Mark II povećao je brzinu peterostruko u odnosu na Mark I istovremeno čitajući i obrađujući pet različitih dijelova filma. Odbio je spojiti cijeli sustav sa sporim elektromehaničkim ulazno-izlaznim uređajima, koristeći fotoćelije (preuzete iz protuzračnih ) za čitanje dolaznih vrpci i registar za spremanje izlaza pisaćeg stroja u međuspremnik. Vođa tima koji je obnovio Colossus 1990-ih pokazao je da još uvijek može lako nadmašiti računalo temeljeno na Pentiumu iz 1995. u svom poslu.
Ovaj moćni stroj za obradu teksta postao je središte projekta razbijanja Tunneyjevog koda. Još deset Marka II izgrađeno je prije kraja rata, a ploče za koje su radnici poštanske tvornice u Birminghamu, koji nisu imali pojma što proizvode, proizvodili jednu mjesečno, a zatim su ih sklapali u Bletchleyju . Jedan iznervirani službenik iz Ministarstva opskrbe, primivši još jedan zahtjev za tisuću specijalnih ventila, upitao je da li ih poštanski službenici “gađaju Nijemcima”. Na ovaj industrijski način, umjesto ručnim sastavljanjem pojedinačnog projekta, sljedeće računalo neće biti proizvedeno do 1950-ih. Prema Flowersovim uputama za zaštitu ventila, svaki je Colossus djelovao dan i noć do kraja rata. Tiho su stajali svijetleći u tami, grijali vlažnu britansku zimu i strpljivo čekali upute sve dok nije došao dan kada više nisu bili potrebni.
Veo tišine
Prirodni entuzijazam za intrigantnu dramu koja se odvijala u Bletchleyju doveo je do velikog preuveličavanja vojnih postignuća organizacije. Užasno je apsurdno nagovještavati, kao što film radi." [Igra oponašanja] da bi britanska civilizacija prestala postojati da nije bilo Alana Turinga. "Colossus", očito, nije imao utjecaja na tijek rata u Europi. Njegovo najveće postignuće bilo je dokazivanje da je obmana iskrcavanja u Normandiji 1944. upalila. Poruke primljene preko Tannyja sugerirale su da su Saveznici uspješno uvjerili Hitlera i njegovo zapovjedništvo da će pravi udarac doći istočnije, kod Pas de Calaisa. Informacije ohrabrujuće, ali malo je vjerojatno da je smanjenje razine kortizola u krvi savezničkog zapovjedništva pomoglo u pobjedi u ratu.
S druge strane, tehnološki napredak koji je Colossus predstavio bio je neosporan. Ali svijet to neće uskoro saznati. Churchill je naredio da se svi "Colossi" koji su postojali u trenutku završetka igre demontiraju, a tajna njihovog dizajna treba poslati zajedno s njima na odlagalište. Dva su vozila nekako preživjela ovu smrtnu kaznu i ostala u britanskoj obavještajnoj službi do 1960-ih. No ni tada britanska vlada nije podigla veo šutnje s posla u Bletchleyu. Tek 1970-ih se saznalo za njegovo postojanje.
Odluka o trajnoj zabrani bilo kakve rasprave o radovima koji se izvode u Bletchley Parku mogla bi se nazvati pretjeranim oprezom britanske vlade. Ali za Flowers je to bila osobna tragedija. Lišen svih zasluga i prestiža izumitelja Colossusa, patio je od nezadovoljstva i frustracije jer su njegovi stalni pokušaji da zamijeni releje elektronikom u britanskom telefonskom sustavu neprestano blokirani. Kada bi mogao pokazati svoje postignuće kroz primjer "Colossus", imao bi utjecaj potreban za ostvarenje svog sna. Ali u trenutku kada su njegova postignuća postala poznata, Flowers je već odavno bio u mirovini i nije mogao ni na što utjecati.
Nekoliko entuzijasta elektroničkog računalstva razasutih diljem svijeta patilo je od sličnih problema povezanih s tajnovitošću koja okružuje Colossus i nedostatkom dokaza o održivosti ovog pristupa. Elektromehaničko računalstvo moglo bi ostati kralj još neko vrijeme. Ali postojao je još jedan projekt koji je otvorio put da elektroničko računalstvo zauzme središnje mjesto. Iako je i on bio rezultat tajnih vojnih razvoja, nakon rata se nije skrivao, već je, naprotiv, s najvećim aplombom otkriven svijetu pod imenom ENIAC.
Što čitati:
• Jack Copeland, ur. Colossus: Tajne računala za razbijanje šifri Bletchley Parka (2006.)
• Thomas H. Flowers, “The Design of Colossus,” Annals of the History of Computing, srpanj 1983.
• Andrew Hodges, Alan Turing: Enigma (1983.)
Izvor: www.habr.com