A sorozat további cikkei:
- A váltó története
- Az elektronikus számítógépek története
- A tranzisztor története
- Internet történelem
1938-ban a British Secret Intelligence vezetője csendben vásárolt egy 24 hektáros birtokot 80 mérföldre Londontól. A Londontól északra, valamint a nyugati Oxfordtól a keleti Cambridge-ig tartó vasutak találkozásánál helyezkedett el, és ideális helyszín volt egy olyan szervezet számára, amelyet senki sem láthat, de a legtöbben könnyen elérhetőek. a fontos tudásközpontok és a brit hatóságok. Az úgynevezett birtok , Nagy-Britannia kódtörő központja lett a második világháború alatt. Talán ez az egyetlen hely a világon, amely a kriptográfiában való részvételéről ismert.
Tunney
1941 nyarán már folytak a munkálatok Bletchleyben a német hadsereg és haditengerészet által használt híres Enigma titkosítógép feltörésére. Ha megnézett egy filmet a brit kódtörőkről, akkor az Enigmáról beszéltek, de itt nem beszélünk róla - mert nem sokkal a Szovjetunió megszállása után Bletchley felfedezte az üzenetek továbbítását egy új típusú titkosítással.
A kriptaelemzők hamarosan rájöttek az üzenetek továbbítására használt gép általános természetére, amelyet „Tunnynak” neveztek el.
Ellentétben Enigmával, amelynek üzeneteit kézzel kellett megfejteni, Tunney közvetlenül csatlakozott a teletípushoz. A teletype minden, a kezelő által beírt karaktert pontok és keresztek folyamává alakított át (hasonlóan a morze-kód pontjaihoz és kötőjeleihez) betűnként öt karakterrel. Ez titkosítatlan szöveg volt. Tunney egyszerre tizenkét kereket használt, hogy létrehozza saját párhuzamos pont- és keresztfolyamát: a kulcsot. Ezután hozzáadta a kulcsot az üzenethez, és titkosított szöveget hozott létre az éteren keresztül. Az összeadás bináris aritmetikával történt, ahol a pontok nulláknak, a keresztek pedig egyeseknek feleltek meg:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Egy másik Tanny a címzett oldalán ugyanazokkal a beállításokkal elkészítette ugyanazt a kulcsot, és hozzáadta a titkosított üzenethez, hogy létrehozza az eredetit, amelyet a címzett teletípusa papírra nyomtatott. Tegyük fel, hogy van egy üzenetünk: „pont plusz pont plusz”. Számokban ez 01001 lesz. Adjunk hozzá egy véletlenszerű kulcsot: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, így megkapjuk a titkosított szöveget 10011. A kulcs újbóli hozzáadásával visszaállíthatja az eredeti üzenetet. Ellenőrizzük: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, 01001-et kapunk.
Tunney elemzését megkönnyítette az a tény, hogy a használat első hónapjaiban a feladók átadták a kerékbeállításokat, amelyeket az üzenet elküldése előtt használnak. Később a németek kiadtak kódkönyveket előre beállított kerékbeállításokkal, és a feladónak csak egy kódot kellett elküldenie, amivel a címzett megtalálta a megfelelő kerékbeállítást a könyvben. Végül naponta cserélték a kódkönyveket, ami azt jelentette, hogy Bletchleynek minden reggel fel kellett törnie a kódkereket.
Érdekes módon a kriptoanalitikusok a Tunny függvényt a küldő és fogadó állomások elhelyezkedése alapján oldották meg. Összekötötte a német főparancsnokság idegközpontjait a hadsereg és a hadseregcsoport parancsnokaival a különböző európai katonai frontokon, a megszállt Franciaországtól az orosz sztyeppékig. Csábító feladat volt: Tunney feltörése közvetlen hozzáférést ígért az ellenség legmagasabb szintű szándékaihoz és képességeihez.
Aztán a német operátorok hibáinak, a ravaszságnak és a kitartó elszántságnak köszönhetően a fiatal matematikus sokkal tovább ment az egyszerű következtetéseknél Tunney munkájáról. Anélkül, hogy magát a gépet látta volna, teljesen meghatározta a belső szerkezetét. Logikusan levezette az egyes kerekek lehetséges pozícióit (mindegyiknek saját prímszáma volt), és azt, hogy a kerekek helyzete pontosan hogyan generálja a kulcsot. Ezzel az információval felvértezve Bletchley megépítette az Tunney replikáit, amelyeket üzenetek megfejtésére lehetett használni – amint a kerekeket megfelelően beállították.
A Tanny néven ismert Lorenz titkosítógép 12 kulcsos kereke
Heath Robinson
1942 végére Tat tovább támadta Tannit, ehhez speciális stratégiát dolgozott ki. Ez a delta koncepción alapult: egy üzenetben lévő jel (pont vagy kereszt, 2 vagy 0) modulo 1 összege a következővel. Rájött, hogy az Tunney-kerekek szaggatott mozgása miatt kapcsolat van a rejtjelezett szöveg delta és a kulcsszöveg delta között: együtt kell változniuk. Tehát ha összehasonlítja a rejtjelezett szöveget a különböző kerékbeállításokon generált kulcsszövegekkel, kiszámíthatja mindegyik deltáját, és megszámolhatja az egyezések számát. Az 50%-ot jóval meghaladó egyezési arány potenciális jelöltet jelenthet a valódi üzenetkulcsra. Az ötlet elméletben jó volt, de a gyakorlatban lehetetlen volt megvalósítani, mert minden lehetséges beállítás ellenőrzéséhez minden üzenethez 2400 lépés kellett.
Tat egy másik matematikushoz, Max Newmanhez vitte a problémát, aki a Bletchley-i tanszéket vezette, amelyet mindenki Newmaniának nevezett. Newman első pillantásra valószínűtlen választás volt az érzékeny brit hírszerző szervezet vezetésére, mivel édesapja Németországból származott. Valószínűtlennek tűnt azonban, hogy Hitlernek kémkedett, mivel a családja zsidó volt. Annyira aggódott Hitler európai uralmának előrehaladása miatt, hogy nem sokkal Franciaország 1940-es összeomlása után családját New Yorkba költöztette, és egy ideig maga is fontolgatta, hogy Princetonba költözik.
Max Newman
Történt ugyanis, hogy Newmannek ötlete támadt a Tata-módszer által megkívánt számítások elvégzéséről - egy gép létrehozásával. Bletchley már megszokta, hogy gépeket használ kriptoanalízishez. Így törték fel az Enigmát. Newman azonban kitalált egy bizonyos elektronikus eszközt, amely az Tunney-rejtjelen működik. A háború előtt Cambridge-ben tanított (egyik tanítványa Alan Turing volt), és tudott a Wynne-Williams által a Cavendish-i részecskeszámláláshoz épített elektronikus számlálókról. Az ötlet a következő volt: ha két hurokba zárt, nagy sebességgel gördülő filmet szinkronizálsz, amelyek közül az egyiknek kulcsa, a másiknak titkosított üzenete volt, és mindegyik elemet deltákat számláló processzorként kezeled, akkor egy elektronikus számláló összeadni az eredményeket. A végeredményt minden futás végén leolvasva eldönthető, hogy ez a kulcs potenciális-e vagy sem.
Történt ugyanis, hogy létezett egy megfelelő tapasztalattal rendelkező mérnökcsoport. Köztük volt maga Wynne-Williams is. Turing beszervezte Wynne-Williams-t a Malvern Radar Laboratory-ból, hogy segítsen létrehozni egy új rotort az Enigma géphez, amely elektronikát használ a fordulatok számlálására. Ebben és egy másik Enigma projektben a Dollis Hill-i Postakutató Állomás három mérnöke segítette: William Chandler, Sidney Broadhurst és Tommy Flowers (hadd emlékeztessem önöket arra, hogy a brit posta egy high-tech szervezet volt, és nem volt felelős azért, hogy csak papírpostára, de táviratra és telefonálásra is). Mindkét projekt kudarcot vallott, és a férfiak tétlenül maradtak. Newman összegyűjtötte őket. Flowers-t nevezte ki egy csapat élére, amely létrehoz egy „kombináló eszközt”, amely számolja a deltákat, és továbbítja az eredményt egy számlálóhoz, amelyen Wynne-Williams dolgozott.
Newman a mérnököket a gépek építésével, a Királyi Haditengerészet Női Osztályát pedig az üzenetfeldolgozó gépeinek működtetésével foglalkozta. A kormány csak a magas szintű vezető pozíciót betöltő férfiakat bízta meg, a nők pedig jól teljesítettek Bletchley műveleti tisztjeiként, mind az üzenetek átírásával, mind a dekódolási beállításokkal. Nagyon szervesen sikerült áttérniük az irodai munkáról a munkájukat automatizáló gépek gondozására. Komolyan elnevezték az autójukat"", brit megfelelője [mindketten karikaturista illusztrátorok voltak, akik rendkívül összetett, terjedelmes és bonyolult eszközöket ábrázoltak, amelyek nagyon egyszerű funkciókat láttak el / kb. ford.].
Az "Old Robinson" autó, nagyon hasonlít elődjéhez, a "Heath Robinson" autóhoz
Valójában Heath Robinson, bár elméletben meglehetősen megbízható, a gyakorlatban komoly problémákkal küzdött. A legfontosabb az volt, hogy a két film - a rejtjelezett szöveg és a kulcsszöveg - tökéletes szinkronizálására volt szükség. Bármelyik film megnyúlása vagy elcsúszása használhatatlanná tette az egész járatot. A hibák kockázatának minimalizálása érdekében a gép legfeljebb 2000 karaktert dolgozott fel másodpercenként, bár a szalagok gyorsabban működhettek. Flowers, aki vonakodva értett egyet a Heath Robinson projekt munkájával, úgy vélte, van jobb út is: egy gép, amely szinte teljes egészében elektronikus alkatrészekből épül fel.
Kolosszus
Thomas Flowers 1930-tól mérnökként dolgozott a British Post Office kutatási osztályán, ahol kezdetben az új automatikus telefonközpontok helytelen és meghibásodott kapcsolatainak kutatásán dolgozott. Ez arra késztette, hogy elgondolkozzon a telefonrendszer továbbfejlesztett változatának megalkotásán, és 1935-re elkezdte szorgalmazni az elektromechanikus rendszerelemek, például a relék elektronikusakkal való helyettesítését. Ez a cél meghatározta egész jövőbeli pályafutását.
Tommy Flowers, 1940 körül
A legtöbb mérnök kritizálta az elektronikai alkatrészeket, amiért szeszélyesek és megbízhatatlanok, ha nagy mennyiségben használják őket, de Flowers kimutatta, hogy a vákuumcsövek folyamatos és jóval a tervezettnél alacsonyabb teljesítmény mellett elképesztően hosszú élettartamot mutatnak. Elképzeléseit bebizonyította azzal, hogy egy 1000 soros kapcsoló összes tárcsahang terminálját csövekre cserélte; összesen 3-4 ezren voltak. Ezt az installációt 1939-ben indították el. Ugyanebben az időszakban kísérletezett a telefonszámokat tároló relé regiszterek elektronikus közvetítőkkel való helyettesítésével.
Flowers úgy vélte, hogy a Heath Robinson, amelyet felbérelt, súlyosan hibás, és sokkal jobban meg tudja oldani a problémát, ha több csövet és kevesebb mechanikai alkatrészt használ. 1943 februárjában a gép alternatív kialakítását hozta el Newmannek. Flowers ügyesen megszabadult a billentyűszalagtól, kiküszöbölve a szinkronizálási problémát. A gépének menet közben kellett generálnia a kulcsszöveget. Elektronikusan szimulálta Tunneyt, végigment az összes kerékbeállításon, és mindegyiket összehasonlította a rejtjelezett szöveggel, rögzítve a valószínű egyezéseket. Becslése szerint ehhez a megközelítéshez körülbelül 1500 vákuumcső használatára lenne szükség.
Newman és Bletchley vezetőségének többi tagja szkeptikusan fogadta ezt a javaslatot. Flowers legtöbb kortársához hasonlóan ők is kételkedtek abban, hogy az elektronikát ilyen léptékben működőképessé lehet tenni. Sőt, még ha sikerül is működőképessé tenni, kételkedtek abban, hogy egy ilyen gépet időben meg lehet építeni, hogy hasznos legyen a háborúban.
Flowers Dollis Hill-i főnöke megadta neki az utat, hogy összeállítson egy csapatot ennek az elektronikus szörnyetegnek a megalkotásához – Flowers talán nem volt teljesen őszinte, amikor leírta neki, mennyire tetszett az ötlete a Bletchleynél (Andrew Hodges szerint Flowers elmondta főnöke, Gordon Radley, hogy a projekt kritikus munka volt Bletchley számára, és Radley már hallott Churchilltől, hogy Bletchley munkája abszolút prioritást élvez). A rendszer fejlesztésében Flowers mellett Sidney Broadhurst és William Chandler is nagy szerepet játszott, az egész vállalkozás közel 50 embert foglalkoztatott, ami a Dollis Hill erőforrásainak a fele. A csapatot a telefonálásban használt precedensek inspirálták: mérőórák, leágazási logika, útválasztási és jelfordítási berendezések, valamint a berendezések állapotának időszakos mérésére szolgáló berendezések. Broadhurst mestere volt az ilyen elektromechanikus áramköröknek, Flowers és Chandler pedig elektronikai szakértők voltak, akik megértették, hogyan lehet átvinni a koncepciókat a relék világából a szelepek világába. 1944 elejére a csapat bemutatott egy működő modellt Bletchley-nek. Az óriási gépet "Colossus"-nak nevezték el, és gyorsan bebizonyította, hogy másodpercenként 5000 karakter megbízható feldolgozásával felülmúlhatja Heath Robinsont.
Newman és a Bletchley vezetőségének többi tagja hamar rájött, hogy hibát követtek el, amikor visszautasították Flowerst. 1944 februárjában további 12 Colossit rendeltek, amelyeknek június 1-ig kellett volna üzembe helyezniük – ekkorra tervezték Franciaország megszállását, bár ezt Flowers természetesen nem tudta. Flowers egyenesen azt mondta, hogy ez lehetetlen, de csapatának hősies erőfeszítésekkel május 31-ig sikerült leszállítania egy második autót, amelyen az új csapattag, Alan Coombs számos fejlesztést hajtott végre.
A Mark II néven ismert átdolgozott dizájn folytatta az első autó sikerét. A filmellátó rendszeren kívül 2400 lámpából, 12 forgókapcsolóból, 800 reléből és egy elektromos írógépből állt.
Colossus Mark II
Kellően testreszabható és rugalmas volt ahhoz, hogy különféle feladatokat kezeljen. A telepítés után a női csapatok mindegyike beállította a „Kolosszusát”, hogy megoldjon bizonyos problémákat. A telefonkezelő panelhez hasonló patch panelre volt szükség az Tunney kerekeit szimuláló elektronikus csengetések felállításához. A kapcsolókészlet lehetővé tette a kezelők számára, hogy tetszőleges számú funkcionális eszközt konfiguráljanak, amelyek két adatfolyamot dolgoztak fel: egy külső filmet és egy belső jelet, amelyet a gyűrűk generáltak. Különböző logikai elemek kombinációjával a Colossus tetszőleges Boole-függvényeket tudott kiszámítani adatok alapján, azaz olyan függvényeket, amelyek 0-t vagy 1-et adnának. Minden egység növelte a Colossus-számlálót. Egy külön vezérlőkészülék hozott elágazási döntéseket a számláló állapota alapján - például leállítja és kinyomtatja a kimenetet, ha a számláló értéke meghaladja az 1000-et.
Kapcsolópanel a „Colossus” konfigurálásához
Tegyük fel, hogy a Colossus a mai értelemben vett általános célú programozható számítógép volt. Logikusan egyesíthet két adatfolyamot – egyet a szalagon, a másikat pedig a gyűrűszámlálók generálják –, és megszámolja a talált 1-eket, és ennyi. A Colossus "programozásának" nagy része papíron zajlott, az operátorok végrehajtották az elemzők által készített döntési fát: mondjuk, "ha a rendszer kimenete kisebb, mint X, állítsa be a B konfigurációt és tegye az Y-t, ellenkező esetben tegye a Z-t".
Magas szintű blokkdiagram a Colossushoz
Ennek ellenére a "Colossus" eléggé képes volt megoldani a rábízott feladatot. Az Atanasoff-Berry számítógéppel ellentétben a Colossus rendkívül gyors volt – másodpercenként 25000 XNUMX karaktert tudott feldolgozni, amelyek mindegyikéhez több logikai műveletre volt szükség. A Mark II ötszörösére növelte a sebességet a Mark I-hez képest azáltal, hogy egyidejűleg öt különböző filmrészletet olvasott és dolgozott fel. Nem volt hajlandó a teljes rendszert összekapcsolni lassú elektromechanikus bemeneti-kimeneti eszközökkel, fotocellákat használva (légvédelmi eszközökből vettek). ) a bejövő szalagok olvasásához és egy regiszter az írógép kimenetének puffereléséhez. A Colossust az 1990-es években restauráló csapat vezetője megmutatta, hogy a munkahelyén még mindig könnyedén felülmúlja az 1995-ös Pentium alapú számítógépet.
Ez a nagy teljesítményű szövegszerkesztő gép lett az Tunney-kód feltörésére irányuló projekt központja. Tíz további Mark II-t építettek a háború vége előtt, amelyek paneljeit havonta egyenként adták ki a birminghami postagyár dolgozói, akiknek fogalmuk sem volt arról, hogy mit gyártanak, majd Bletchleyben szerelték össze. . Az Ellátási Minisztérium egyik ingerült tisztviselője, miután újabb kérést kapott ezer speciális szelepre, megkérdezte, vajon a postai dolgozók „a németekre lőnek-e”. Ilyen ipari módon, nem pedig egy egyedi projekt kézzel történő összeszerelésével, a következő számítógép csak az 1950-es években készülne el. Flowers utasításai szerint a szelepek védelmére minden Colossus éjjel-nappal működött a háború végéig. Csendesen, ragyogva álltak a sötétben, felmelegítették a nedves brit telet, és türelmesen vártak az utasításokra, amíg el nem jön a nap, amikor már nincs rájuk szükség.
A csend fátyla
A Bletchleyben kibontakozó izgalmas dráma iránti természetes lelkesedés a szervezet katonai eredményeinek durva eltúlzásához vezetett. Rettenetesen abszurd célozni, ahogy a film teszi."[Az utánzási játék], hogy a brit civilizáció megszűnne létezni, ha nem Alan Turing. A "kolosszus" láthatóan nem volt hatással a háború lefolyására Európában. Legnagyobb nyilvánosságot kapott eredménye az volt, hogy bebizonyította, hogy az 1944-es normandiai partraszállás megtévesztése működött. A Tanny-n keresztül érkezett üzenetek azt sugallták, hogy a szövetségesek sikeresen meggyőzték Hitlert és parancsnokságát, hogy az igazi csapás keletebbre, a Pas de Calais-nál éri. Biztató információ, de nem valószínű, hogy a szövetséges parancsnokság vérének kortizolszintjének csökkentése segített volna megnyerni a háborút.
Másrészt a Colossus által bemutatott technológiai fejlődés tagadhatatlan volt. De ezt a világ nem fogja megtudni egyhamar. Churchill elrendelte, hogy a játék végén létező összes „kolosszát” szereljék szét, és a tervezésük titkát velük együtt küldjék el a szeméttelepre. Két jármű valahogy túlélte ezt a halálos ítéletet, és az 1960-as évekig a brit titkosszolgálatnál maradt. De a brit kormány még akkor sem lebbentette fel a hallgatás fátylát a Bletchleynél végzett munkával kapcsolatban. Létezése csak az 1970-es években vált köztudomásúvá.
A brit kormány túlzott óvatosságának nevezhető az a döntés, hogy véglegesen betiltják a Bletchley Parkban folyó munkálatokról szóló vitákat. De Flowers számára ez személyes tragédia volt. Megfosztották a Colossus feltalálójának minden hitelétől és presztízsétől, elégedetlenség és frusztráció érte, mivel folyamatosan blokkolták a relék elektronikával való helyettesítésére tett kísérleteit a brit telefonrendszerben. Ha a „Colossus” példáján keresztül demonstrálhatná teljesítményét, akkor meglenne az álma megvalósításához szükséges befolyás. De mire eredményei ismertté váltak, Flowers már rég visszavonult, és nem tudott semmit sem befolyásolni.
Számos, a világon szétszórt elektronikus számítástechnika-rajongó szenvedett hasonló problémáktól, amelyek a Colossust övező titkolózáshoz és ennek a megközelítésnek az életképességére vonatkozó bizonyítékok hiányához kapcsolódnak. Az elektromechanikus számítástechnika még egy ideig uralkodó maradhat. De volt egy másik projekt is, amely megnyitotta az utat az elektronikus számítástechnika középpontjába kerülése előtt. Bár ez is titkos katonai fejlesztések eredménye, a háború után nem rejtették el, hanem éppen ellenkezőleg, ENIAC néven a legnagyobb aplombával tárták a világ elé.
Mit kell olvasni:
• Jack Copeland, szerk. Colossus: A Bletchley Park kódtörő számítógépeinek titkai (2006)
• Thomas H. Flowers, „The Design of Colossus”, Annals of the History of Computing, 1983. július
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Forrás: will.com