További cikksorozatok:
- A relék története
- Az elektronikus számítógépek története
- A tranzisztor története
- Az internet története
1938-ban a brit titkos hírszerzés vezetője zajtalanul megvásárolt egy 24 hektáros birtokot 80 mérföldre Londonból. Ez a birtok a Londonból északra, valamint a nyugati Oxfordból Cambridgébe tartó vasutak kereszteződésében helyezkedett el, így ideális hely volt olyan szervezet számára, amelyet senkinek sem lett volna szabad látnia, de mégis gyorsan elérhető volt a brit tudás és hatalom fontos központjaihoz. A birtok, amelyet , a második világháború alatt a brit kódfejtés központjává vált. Ez talán a világ egyetlen helye, amely ismert a kriptográfiához való kapcsolódásáról.
Tanni
1941 nyarán Bletchley-n már gőzerővel dolgoztak az Enigma néven ismert híres titkosító gép feltörésén, amelyet a német hadsereg és flottája használt. Ha láttad a brit kódfejtőkről szóló filmet, abban foglalkoztak az Enigmával, de most nem fogunk róla részletesebben beszélni – mivel a Szovjetunióba való invázió után Bletchley-n felfedezték az új típusú titkosítással történő üzenetátvitelt.
A kriptoanalitikusok hamarosan megfejtették az üzenetek átvitelére használt gép általános természetét, amelyet "Tanni"-nak neveztek el.
Azzal ellentétben, hogy az Enigma üzeneteit manuálisan kellett visszafejteni, a Tanni közvetlenül csatlakozott a teletípushoz. A teletípus minden egyes operátor által bevitt karaktert pontok és vonalak sorozatává alakított (amely hasonló a Morse-ábécé pontjaihoz és vonalaihoz) a standard öt karakterre minden betűnél. Ez volt a titkosítatlan szöveg. A Tanni egyidejűleg tizenkét kerekek segítségével hozott létre saját párhuzamos pont- és vonalsorozatát: a kulcsot. Ezt a kulcsot hozzáadta az üzenethez, és a kódolt szöveget adta át, amely a levegőn keresztül terjedt. Az összeadás bináris aritmetikával történt, ahol a pontok a nulláknak, a vonalak pedig az egyeseknek feleltek meg:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Egy másik Tanni a kedvezményezett oldalán ugyanazokkal a beállításokkal ugyanazt a kulcsot adta ki, és hozzáadta azt a titkosított üzenethez, hogy kiadja az eredetit, amelyet a kedvezményezett telexén nyomtatottak ki. Tegyük fel, hogy van egy üzenetünk: „pont plusz pont pont plusz”. Számokban ez 01001. Adjunk hozzá egy véletlenszerű kulcsot: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, tehát a titkosított szöveg 10011 lesz. Ha újra hozzáadjuk a kulcsot, vissza tudjuk állítani az eredeti üzenetet. Ellenőrizzük: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, megkapjuk 01001.
A Tanni működésének elemzése megkönnyítette azt a tényt, hogy a használatának korai hónapjaiban a küldők továbbították az üzenet előkészítéséhez szükséges kerekek beállításait. Később a németek kódolvasó könyveket adtak ki előre meghatározott kerékbeállításokkal, és a küldőnek csak annyit kellett tennie, hogy elküldte a kódot, amely alapján a fogadó megtalálhatta a megfelelő kerékbeállítást a könyvben. Ennek eredményeként elkezdték napi szinten váltogatni a kódolvasó könyveket, ami miatt Bletchley-nek minden reggel fel kellett törnie a kerekek kódolási beállításait.
Érdekes, hogy a kriptoanalitikusok a Tanni funkcióját a küldő és fogadó állomások elhelyezkedése alapján fejtették meg. Ez összekötötte a német legfelsőbb parancsnokság idegközpontjait a hadsereggel és a hadsereg csoportparancsnokaival különböző európai hadszíneken, az elfoglalt Franciaországtól kezdve az orosz síkságokig. Ez egy csábító feladat volt: a Tanni feltörése közvetlen hozzáférést ígért az ellenség szándékaihoz és lehetőségeihez a legfelsőbb szinteken.
Ezután, a német operátorok hibáinak, ügyességének és makacs eltökéltségének kombinációja révén, fiatal matematikus sokkal tovább jutott a Tanni működéséről szerzett egyszerű következtetéseknél. Anélkül, hogy látta volna magát a gépet, teljes mértékben meghatározta annak belső felépítését. Logikusan előállította minden kerék lehetséges pozícióját (mindegyiknek saját egyszerű száma volt), és azt, hogy a kerekek elhelyezkedése hogyan generálta a kulcsot. Ezzel az információval Bletchley-ben Tanni másolatokat készítettek, amelyeket az üzenetek dekódolására lehetett használni — miután a kerekek megfelelő beállítása megtörtént.
A Lorenz kódot alkalmazó gép kulcsa, amely Tanni néven ismert, 12 kerékből áll
Hít Robinson
1942 végére Tat továbbra is támadta Tannit, ehhez speciális stratégiát kidolgozva. Ez a delta koncepcióján alapult: egy üzenet egy jelzőszeletének (pont vagy kereszt, 0 vagy 1) 2-es számrendszerbeli összege a következővel. Megértette, hogy a Tannival való megszakított kerékmozgás miatt kapcsolat állt fenn a titkosított szöveg deltája és a kulcsszöveg deltája között: közösen kellett változniuk. Így, ha a titkosított szöveget összehasonlították a kulcsszöveggel, amelyet különböző kerékbeállításokon készítettek, kiszámítható lett a delta minden esetben, és megszámolható a találatok száma. Az 50%-ot jelentősen meghaladó találati arány potenciális jelöltet kellett kijelöljön a tényleges üzenet kulcsára. Elméletben az ötlet jól hangzott, de gyakorlatban megvalósíthatatlan volt, mivel ez 2400 áthaladást igényelt minden üzenet esetében, hogy minden lehetséges beállítást ellenőrizzen.
Tat ezt a feladatot egy másik matematikusnak, Max Newmannek adta át, aki egy osztályt irányított Bletchleyben, akit mindenki „Newmania”-nak nevezett. Newman első ránézésre valószínűtlen jelöltnek tűnt egy érzékeny brit hírszerző szervezet vezetésére, mivel apja német származású volt. Azonban nem tűnt valószínűnek, hogy Hitlert segítené, hiszen családja zsidó volt. Annyira aggasztotta Hitler európai dominanciájának előrehaladása, hogy a családját egy biztonságos helyre, New Yorkba vitte, nem sokkal Franciaország 1940-es összeomlása után, és egy ideig maga is gondolkodott a Princetonba költözésen.
Max Newman
A helyzet úgy alakult, hogy Newman ötlete volt a Tata-módszert igénylő számításokkal való munkáról – egy gép létrehozásával. Bletchley már hozzászokott a gépek használatához a kriptanálízis során. Így törték fel az Enigmát. De Newman egy bizonyos elektronikus eszközt tervezett a Tanni-kód dekódolására. A háború előtt Cambridge-ben tanított (egyik diákja Alan Turing volt), és tudott a Wynn-Williams által a Cavendishnél épített elektronikus számlálókról, amelyeket részecskék számolására használtak. Az ötlet a következő volt: ha egy zárt hurokban futó két filmet szinkronba állítanak, az egyik filmen a kulccsal, a másikon a titkos üzenettel, és minden egyes elemet egy feldolgozó számlál az eltérések számba vételével, akkor az elektronikus számláló összegezni tudná az eredményeket. A végső számot minden egyes futás végén elolvasva meg lehetett határozni, hogy potenciális kulcsról van szó vagy sem.
Úgy alakult, hogy a megfelelő tapasztalattal rendelkező mérnökök csoportja éppen létezett. Közöttük volt maga Wynn-Williams is. Turing Wynn-Williams-t a Malvern-i radar laboratóriumból toborozta, hogy segítsen egy új rotort létrehozni az Enigma dekódoló gépéhez, amely elektronikát használt a fordulatok számolására. Ezen a projekten és egy másikon is, amely az Enigmához kapcsolódott, három mérnök segített a Dollis Hill-i Postai Kutatóállomástól: William Chandler, Sidney Broadhurst és Tommy Flowers (emlékeztetek, hogy a Brit Posta nagy technológiájú szervezet volt, és felelős volt nemcsak a levélküldésért, hanem a távírás és telefonálás terén is). Mindkét projekt megbukott, és a férfiak munkanélküliek maradtak. Newman összehívta őket. Flowers-t a „kombináló eszköz” csapatának vezetőjévé nevezte ki, amely a delták számolására és az eredmény továbbítására készült a Wynn-Williams által tervezett számlálóhoz.
Newman mérnököket bízott meg gépek építésével, a Brit Királyi Haditengerészet Női Osztálya pedig az üzenetek feldolgozásához szükséges gépek kezelésével. A kormány csak férfiaknak bízott meg magas vezetői pozíciókat, a nők pedig ügyintézőként jól teljesítettek Bletchley-nél — foglalkoztak mind az üzenetek átiratával, mind a dekódolási beállításokkal. Nagyon természetesen sikerült átállniuk az irodai munkáról a gépek gondozására, amelyek automatizálták munkájukat. A rájuk bízott gépet könnyedén „«, a brit megfelelője [mindketten olyan karikaturisták voltak, akik rendkívül komplex, terjedelmes és zűrzavaros eszközöket ábrázoltak, amelyek nagyon egyszerű funkciókat láttak el / a fordító megjegyzése].
A „Régi Robinson” gép, amely nagyon hasonlít elődjére, a „Hít Robinsonra”
Igazából a „Hít Robinson”, elméletileg megbízható, a gyakorlatban komoly problémáktól szenvedett. A legnagyobb probléma a két filmes — a titkosított szöveg és a kulcs szövege — tökéletes szinkronizálásának szükségessége volt. Bármilyen nyújtás vagy csúszás bármelyik filmen az egész folyamatot tönkretette. A hibák kockázatának minimalizálása érdekében a gép legfeljebb 2000 karaktert dolgozott fel másodpercenként, bár a szíjak gyorsabban is működhettek. Flowers, aki vonakodva beleegyezett a „Hít Robinson” projekt munkájába, úgy vélte, hogy van jobb megoldás: egy gép, amely szinte teljesen elektronikus alkatrészekből készült.
Kolosszus
Thomas Flowers 1930 óta mérnökként dolgozott a brit posta kutatási osztályán, ahol eredetileg új automatikus telefonközpontokban lévő hibás és elmaradt kapcsolatok kutatásán dolgozott. Ez arra ösztönözte, hogy gondolkodjon el arról, hogyan lehetne egy fejlettebb verziót létrehozni a telefonrendszerből, és 1935-re elkezdte hirdetni az elektromechanikus alkatrészek, mint például a relék, elektronikusra történő cseréjét. Ez a cél meghatározta egész további karrierjét.
Tommy Flowers, körülbelül 1940
A mérnökök többsége kritikával illette az elektronikus alkatrészeket, mivel azok megbízhatatlanok voltak nagyobb léptékben, de Flowers megmutatta, hogy ha ezeket folyamatosan, sokkal alacsonyabb teljesítményen használják, akkor az elektroncsövek valójában meglepően hosszú élettartamot mutatnak. Igazolta elképzeléseit azzal, hogy 3-4 ezer elektroncsövet telepített a 1000 vonalat kiszolgáló kapcsolóra, cserélve az összes terminált, amelyek a hangjelzést biztosították. Ezt az installációt 1939-ben valós körülmények között indították el. Ugyanebben az időszakban kísérletezett a telefonhívószámokat tároló relés regiszterek elektronikus relével való helyettesítésével.
Flowers úgy vélte, hogy a 'Hitch Robinson', amelynek létrehozására felkérték, komoly hiányosságokkal küzd, és hogy sokkal jobban meg tudja oldani ezt a feladatot több cső és kevesebb mechanikai alkatrész használatával. 1943 februárjában egy alternatív sémát mutatott be Newman-nak. Flowers ügyesen megszabadult a kulcsfilmtől, megszüntetve a szinkronizálás problémáját. Gépe automatikusan kellett, hogy generálja a kulcs szöveget. E-szimulálta a Tanny-t, végigjárva minden kerék beállítást, és összehasonlítva azokat a titkosított szöveggel, evidálva a valószínű egyezéseket. Arra számított, hogy ez a megközelítés körülbelül 1500 elektroncső használatát igényli.
Newman és a Bletchley maradék vezetősége szkeptikus volt e javaslattal kapcsolatban. Mint Flowers kortársai, ők is kételkedtek abban, hogy a elektronikát nagyobb léptékben működésre tudják bírni. Ezenkívül, még ha sikerül is működésbe hozni, kételkedtek abban, hogy egy ilyen gépet időben felépítenének ahhoz, hogy hasznos legyen a háború során.
A Dölis-Hill-i Flowers vezetője végül mégis rábólintott a csapat összeállítására az elektronikus szörnyeteg megalkotásához – Flowers talán nem teljesen őszintén fejtette ki, mennyire tetszett az ötlete Bletchley-ben (Ha Andrew Hodgesnek hihetünk, Flowers a főnökének, Gordon Radley-nek azt mondta, hogy a projekt kritikus munka volt Bletchley számára, és Radley már hallotta Churchillel, hogy Bletchley munkája abszolút prioritás). Flowers mellett Sydney Broadhurst és William Chandler is kulcsszerepet játszott a rendszer fejlesztésében, a teljes projekt pedig közel 50 ember munkáját igényelte, Dölis-Hill erőforrásainak felét. A csapat inspirációt merített az telefonálás során alkalmazott precedensekből: számlálók, elágazó logika, jel útválasztó és átkonvertáló berendezések, valamint a berendezések állapotának időszakos mérésére szolgáló eszközök. Broadhurst mestere volt az ilyen elektromechanikai áramköröknek, míg Flowers és Chandler elektronikai szakértők voltak, akik tudták, hogyan lehet átkonvertálni a relék világában megszerzett koncepciókat a szelepek világába. 1944 elejére a csapat bemutatta a működő modellt Bletchley-ben. Az óriási gépet „Colossus”-nak nevezték el, és gyorsan bebizonyította, hogy képes felülmúlni a „Robinson Hit”-et, megbízhatóan feldolgozva 5000 karaktert másodpercenként.
Newman és a Bletchley-i vezetőség gyorsan rájött, hogy tévedtek, amikor elutasították Flowers-t. 1944 februárjában újabb 12 „Colossus” megrendelését adták le, amelyeket június 1-jére kellett üzembe helyezni – ez a dátum a franciaországi invázióra volt kitűzve, bár természetesen Flowers számára ezt nem tudták. Flowers egyenesen megmondta, hogy ez lehetetlen, de hősiesen dolgozva csapatának sikerült a második gépet május 31-ére elkészítenie, amelybe a csapat új tagja, Alan Turing számos fejlesztést bevezetett.
A Mark II néven ismert átdolgozott séma folytatta az első gép sikerét. Az filmes adagoló rendszerén kívül 2400 lámpából, 12 forgókapcsolóból, 800 reléből és egy elektromos írógépből állt.
Colossus Mark II
Rugalmas és testreszabható volt, hogy különböző feladatokat elláthasson. A telepítés után minden női csapat beállította a saját „Kolosszusát” a konkrét problémák megoldására. Egy kommutáló panel, amely hasonlított a telefonos operátorok munkapadjára, szükséges volt az elektronikus gyűrűk beállításához, amelyek a Tanni kerekeket szimulálták. A kapcsolókészlet lehetővé tette az operátorok számára, hogy bármennyi funkcionális készüléket konfiguráljanak, amelyek két adatfolyamot kezeltek: a külső tekercset és a gyűrűk által generált belső jelet. Különböző logikai elemek kombinálásával a „Kolosszus” képes volt tetszőleges Boole-függvények kiszámítására az adatok alapján, vagyis olyan függvényekre, amelyek 0-t vagy 1-et adtak vissza. Minden egyes egység növelte a „Kolosszus” számlálóját. Egy külön vezérlőegység ágonkénti döntéseket hozott a számláló állapota alapján – például megállt, és kinyomtatta az eredményt, ha a számláló értéke meghaladta az 1000-et.
A „Kolosszus” konfigurálásához szükséges kapcsolópult
Tegyük fel, hogy a „Kolosszus” egy általános célú programozható számítógép lett volna a mai értelemben. Logikailag kombinálhatta volna a két adatfolyamot – egyet a tekercsen, és egyet a gyűrűs számlálók által generálva – és megszámlálhatta volna az előforduló eggyek számát, és ennyi. A „Kolosszus” „programozásának” nagy része papíron zajlott, és az operátorok a szakértők által elkészített döntési fákat hajtották végre: például „ha a rendszer kimenete kevesebb mint X, akkor állítsd be a B konfigurációt és hajtsd végre a Y-t, különben hajtsd végre a Z-t.”
Magas szintű folyamatábra a „Kolosszus” számára
Mindazonáltal a „Kolosszus” teljes mértékben alkalmas volt a rábízott feladat megoldására. Ellentétben az Atanasoff-Berry számítógéppel, a „Kolosszus” rendkívül gyors volt – másodpercenként 25000 karaktert tudott feldolgozni, mindegyiknél több Boole-művelet végrehajtására lehetett szükség. A Mark II ötszörös sebességnövekedést jelentett a Mark I-hez képest, miközben öt különböző filmrészletet párhuzamosan olvasott és dolgozott fel. A rendszert nem kötötték lassú elektromechanikus bemeneti-kimeneti eszközökhöz, fényérzékelőket használt (amelyeket légvédelmi) ) a bejövő tekercsek olvasásához és a kimenet puffereléséhez író gépre. A csapat vezetője, aki az 1990-es években helyreállította a „Colossust”, megmutatta, hogy a teljesítménye még mindig könnyedén túlszárnyalja az 1995-ös Pentium alapú számítógépét.
Ez az erőteljes szövegszerkesztő gép a Tanni kód feltörési projekt középpontjába került. A háború végéig még tíz Mark II-t építettek, amelyek paneljait havi egy darabot készítették a birminghami postaüzem dolgozói, akiknek fogalmuk sem volt arról, hogy mit gyártanak; majd Bletchleyben lettek összeszerelve. Egy mérges hivatalnok a Beszerzési Minisztériumból, aki megkapta az újabb kérelmet ezer különleges szelepre, megkérdezte, hogy a posta dolgozói nem „lőnek-e velük a németekre”. Így ipari módszerrel, nem pedig egyedi tervezésű kézi összeszereléssel a következő számítógépet legkorábban az 1950-es években fogják gyártani. Flowers utasítása alapján a szelepek védelme érdekében minden „Colossus” nap és éjjel működött a háború végéig. Csendben világítottak a sötétben, felmelegítve az nedves brit telet, és türelmesen várták az utasításokat, amíg el nem jött az a nap, amikor már nem volt rájuk szükség.
Csendfüggöny
A Bletchleyben zajló izgalmas dráma iránti természetes lelkesedés túlzottan felnagyította a szervezet katonai teljesítményeit. Borzasztóan abszurd azt sugallni, ahogyan azt a film teszi, hogy a brit civilizáció nem létezne Alan Turing nélkül.A „Játék az utánzás” [The Imitation Game]
Másrészről a Colossus által bemutatott technológiai vívmányok vitathatatlanok voltak. De a világ ezt még nem fogja hamar megtudni. Churchill parancsára az összes, a Colossus játékának végeztével létező példányt szétszerelték, és a működésük titkait együtt a szeméttelepre küldték. Két gép valamilyen módon túlélte ezt a halálos ítéletet, és a brit hírszerzés kötelékében maradt egészen az 1960-as évekig. De akkor sem emelte fel a brit kormány a hallgatás fátylát a Bletchley Park-i munkáról. Csak az 1970-es években vált a létezése nyilvánossá.
A Bletchley Park-i munkálatok megvitatásának végleges betiltását a brit kormány túlzott óvatosságnak lehetett nevezni. De Flowersnek ez személyes tragédia volt. Mivel megfosztották a Colossus feltalálójának minden elismerésétől és presztízsétől, elégedetlenségtől és csalódottságtól szenvedett, miközben folyamatos kísérletei az elektronika bevezetésére a brit telefonrendszerbe állandóan elakadtak. Ha bizonyítani tudta volna a Colossus példáján keresztül az eredményeit, meg lett volna a befolyása ahhoz, hogy megvalósítsa álmát. De mire az ő eredményei ismertté váltak, Flowers már rég nyugdíjba vonult, és nem tudott semmire hatni.
A világ különböző részein szétszórt elektronikus számítási lelkesedők hasonló titoktartási problémákkal küzdöttek, amelyek a Colossus körül övezték, valamint a megvalósíthatóságának bizonyítékainak hiányával. Az elektromechanikus számítások egy ideig még vezető szerepet játszhattak. De volt egy másik projekt, amely utat nyitott az elektronikus számítástechnika dominálásának. Bár ez is titkos katonai fejlesztések eredménye volt, a háború után nem titkolták, sőt, ellentétben a Colossuszal, a világ elé tártak, óriási pompával, ENIAC néven.
Mit olvassunk:
• Jack Copeland, szerk. Colossus: A Bletchley Park kódfeltörő számítógépeinek titkai (2006)
• Thomas H. Flowers, “A Colossus tervezése,” A Számítástechnika Történetének Évkönyve, 1983 július
• Andrew Hodges, Alan Turing: A Rejtély (1983)
Forrás: habr.com
