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Nel 1938, il capo dell'intelligence segreta britannica acquistò senza clamore una tenuta di 24 ettari a 80 miglia da Londra. Situata all'incrocio delle ferrovia che va da Londra a nord e da Oxford a ovest verso Cambridge a est, era il luogo ideale per un'organizzazione che doveva rimanere invisibile, ma comunque facilmente accessibile dalla maggior parte dei centri decisionali e di potere della Gran Bretagna. La tenuta, nota come , divenne il centro britannico per la decifratura durante la Seconda Guerra Mondiale. È forse l'unico luogo al mondo conosciuto per il suo ruolo nella crittografia.
Tanni
Nell'estate del 1941, a Bletchley erano già in corso intensi sforzi per decifrare la famosa macchina Enigma, utilizzata dall'esercito e dalla marina tedesca. Se hai visto un film sui decifratori britannici, avrai sentito parlare dell'Enigma, ma non ci dilungheremo su di essa — poiché poco dopo l'invasione dell'Unione Sovietica, a Bletchley fu scoperta una trasmissione di messaggi con un nuovo tipo di crittografia.
Gli esperti di crittografia hanno presto decifrato la natura generale della macchina utilizzata per la trasmissione dei messaggi, che hanno soprannominato "Tanni".
A differenza dell'Enigma, i cui messaggi dovevano essere decifrati manualmente, Tanni si collegava direttamente al teletype. Il teletype convertiva ogni simbolo inserito dall'operatore in un flusso di punti e crocette (simile a punti e trattini del codice Morse) in standard con cinque simboli per lettera. Si trattava di testo non cifrato. Tanni utilizzava contemporaneamente dodici ruote per generare il proprio flusso parallelo di punti e crocette: la chiave. Poi aggiungeva la chiave al messaggio, producendo il testo cifrato trasmesso per aria. La somma avveniva in aritmetica binaria, dove i punti corrispondevano a zero e le crocette a uno:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Un altro Tanney dalla parte del destinatario emetteva la stessa chiave con le stesse impostazioni e la aggiungeva al messaggio crittografato per restituire l'originale, che veniva stampato su carta dal teletype del destinatario. Supponiamo di avere il messaggio: «punto più punto punto più». In cifre questo sarà 01001. Aggiungiamo una chiave casuale: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, quindi otteniamo il testo crittografato 10011. Aggiungendo di nuovo la chiave, è possibile recuperare il messaggio originale. Controlliamo: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, otteniamo 01001.
L'analisi del funzionamento del Tanney era facilitata dal fatto che nei primi mesi del suo utilizzo, i mittenti trasmettevano le impostazioni delle ruote da utilizzare prima di inviare il messaggio. Successivamente, i tedeschi pubblicarono libri di codici con impostazioni delle ruote predefinite, e il mittente doveva solo inviare il codice in modo che il destinatario potesse trovare la giusta impostazione della ruota nel libro. Alla fine, cominciarono a cambiare i libri di codici ogni giorno, il che costringeva Bletchley a violare le impostazioni dei codici ogni mattina.
È interessante notare che gli esperti di crittografia hanno decifrato la macchina Tanny sulla base della disposizione delle stazioni di invio e ricezione. Essa collegava i centri nevralgici del comando supremo tedesco con l'esercito e i comandanti dei gruppi armati sui diversi fronti di guerra europei, dalla Francia occupata fino alle steppe russe. Si trattava di un compito allettante: decifrare Tanny prometteva accesso diretto alle intenzioni e alle capacità del nemico a livello più elevato.
Poi, grazie a una combinazione di errori degli operatori tedeschi, astuzia e determinazione instancabile, il giovane matematico si è spinto molto oltre le semplici deduzioni riguardanti il funzionamento di Tanny. Pur non avendo mai visto la macchina, ha definito completamente la sua struttura interna. Ha dedotto logicamente le possibili posizioni di ciascuna ruota (ognuna delle quali aveva il proprio numero primo), e come la disposizione delle ruote generasse la chiave. Armati di queste informazioni, a Bletchley furono costruite copie di Tanny che potevano essere utilizzate per decifrare i messaggi — subito dopo la corretta impostazione delle ruote.
Le 12 ruote della macchina chiave, che utilizzava il cifrario Lorenz, nota come Tanny
Hitt Robinson
Alla fine del 1942, Tatti continuava ad attaccare Tanni, sviluppando per questo una strategia speciale. Essa si basava sul concetto di delta: la somma modulo 2 di un segnale in un messaggio (punto o croce, 0 o 1) con il successivo. Capì che, a causa del movimento discontinuo delle ruote di Tanni, esisteva una relazione tra il delta del testo cifrato e il delta del testo della chiave: dovevano variare congiuntamente. Così, confrontando il testo cifrato con il testo della chiave, generato con impostazioni delle ruote diverse, è possibile calcolare il delta per ciascuno e contare il numero di corrispondenze. Un numero di corrispondenze che supera il 50% dovrebbe segnare un potenziale candidato per la vera chiave del messaggio. In teoria, l'idea era buona, ma era impossibile attuarla nella pratica, poiché richiedeva 2400 passaggi per ciascun messaggio per verificare tutte le possibili impostazioni.
Tat portò questo compito a un altro matematico, Max Newman, che dirigeva un dipartimento a Bletchley, conosciuto da tutti come "newmanismo". Newman, a prima vista, era una candidatura improbabile per guidare un'organizzazione di spionaggio britannica così sensibile, poiché suo padre era originario della Germania. Tuttavia, sembrava poco probabile che potesse spiare a favore di Hitler, dato che la sua famiglia era ebrea. Era così preoccupato per il crescente dominio di Hitler in Europa che trasferì la sua famiglia in un luogo sicuro, a New York, poco dopo il collasso della Francia nel 1940, e per un certo periodo pensò persino di trasferirsi a Princeton.
Max Newman
È interessante notare come Newman avesse un'idea per lavorare su calcoli necessari al metodo Tata — attraverso la creazione di una macchina. A Bletchley erano già abituati a utilizzare macchine per il criptoanalisi. È proprio così che fu decifrata l'Enigma. Ma Newman concepì un certo dispositivo elettronico per lavorare sul cifrario Tanni. Prima della guerra, insegnava a Cambridge (uno dei suoi studenti era Alan Turing), e conosceva i contatori elettronici costruiti da Wynn-Williams per il conteggio delle particelle al Cavendish. L'idea era questa: se sincronizzare due nastri chiusi ad anello, che ruotano ad alta velocità, uno contenente la chiave e l'altro il messaggio cifrato, e contare ogni singolo elemento con un elaboratore che contabilizza le differenze, allora il contatore elettronico potrebbe sommare i risultati. Leggendo il conteggio finale alla fine di ogni corsa, si poteva decidere se quella chiave fosse potenziale o meno.
È interessante notare che esisteva un gruppo di ingegneri con le competenze adeguate. Tra loro c'era anche Wynn-Williams. Turing reclutò Wynn-Williams dal laboratorio radar di Malvern per aiutarlo a creare un nuovo rotore per la macchina che decifrava l'Enigma, utilizzando l'elettronica per contare le rotazioni. A lui si unì un team di tre ingegneri della Post Research Station di Dollis Hill: William Chandler, Sydney Broadhurst e Tommy Flowers (ricordo che la British Post era un'organizzazione ad alta tecnologia, responsabile non solo della posta cartacea, ma anche della telegrafia e della telefonia). Entrambi i progetti fallirono, lasciando gli uomini senza lavoro. Newman li riunì. Nominò Flowers capo del team che stava sviluppando un 'dispositivo combinatore' destinato a contare le differenze e inviare il risultato al contatore su cui stava lavorando Wynn-Williams.
Newman ha assunto ingegneri per la costruzione di macchine, mentre il Dipartimento Femminile della Royal Navy si occupava della gestione delle sue macchine per il trattamento dei messaggi. Il governo affidava le alte posizioni dirigenziali solo agli uomini, mentre le donne si destreggiavano bene lavorando come operatrici a Bletchley, occupandosi sia della trascrizione dei messaggi che delle impostazioni di decodifica. Hanno fatto un passaggio molto fluido dal lavoro d'ufficio alla cura delle macchine che automatizzavano il loro lavoro. La loro macchina sotto sussistenza è stata ironicamente chiamata ««, l'equivalente britannico di [entrambi erano illustratori-cartoonisti che rappresentavano dispositivi estremamente complessi, ingombranti e intricati, che svolgevano funzioni molto semplici / nota del traduttore].
La macchina «Old Robinson», molto simile al suo predecessore, la macchina «Hitting Robinson»
E in effetti, "Hit Robinson", sebbene teoricamente affidabile, ha sofferto nella pratica di gravi problemi. Il problema principale era la necessità di una sincronizzazione perfetta tra due pellicole — il testo crittografato e il testo chiave. Qualsiasi distorsione o slittamento di una delle pellicole comprometteva l'intero passaggio. Per ridurre al minimo il rischio di errori, la macchina elaborava non più di 2000 caratteri al secondo, anche se le cinghie avrebbero potuto funzionare a velocità superiori. Flowers, a malincuore d'accordo con il progetto "Hit Robinson", riteneva ci fosse un modo migliore: una macchina costruita quasi interamente con componenti elettronici.
Colosso
Thomas Flowers lavorava come ingegnere nel dipartimento di ricerca della British Post dal 1930, dove inizialmente si dedicò allo studio delle connessioni errate e fallite nelle nuove centrali telefoniche automatiche. Questo lo portò a riflettere su come creare una versione migliorata del sistema telefonico, e nel 1935 iniziò a sostenere la sostituzione dei componenti elettromeccanici del sistema, come i relè, con componenti elettronici. Questo obiettivo ha definito tutta la sua carriera successiva.
Tommy Flowers, intorno al 1940
La maggior parte degli ingegneri criticava i componenti elettronici per la loro capricciosità e inaffidabilità nell'uso su larga scala, ma Flowers ha dimostrato che, se utilizzati ininterrottamente e a potenze molto inferiori a quelle calcolate, le valvole elettroniche mostrano in realtà una durata sorprendentemente lunga. Ha provato le sue idee sostituendo tutti i terminali che emettevano toni di segnalazione su uno switch che gestiva 1000 linee, con valvole; ce n'erano in totale da 3.000 a 4.000. Questa installazione è stata avviata in servizio reale nel 1939. Nello stesso periodo, ha sperimentato la sostituzione dei registri relè che memorizzavano i numeri di telefono con relè elettronici.
Flowers credeva che il "Hit Robinson", per il quale era stato assunto per la sua realizzazione, avesse gravi difetti e che potesse affrontare il compito in modo molto più efficace, utilizzando più lampade e meno parti meccaniche. Nel febbraio del 1943, presentò a Newman uno schema alternativo della macchina. Flowers trovò un modo ingegnoso per eliminare la pellicola con la chiave, risolvendo il problema della sincronizzazione. La sua macchina doveva generare il testo della chiave in tempo reale, simulando elettronica per Tanney, passando attraverso tutte le impostazioni delle ruote e confrontando ciascuna di esse con il testo cifrato, registrando le possibili corrispondenze. Si aspettava che tale approccio richiedesse circa 1500 lampade elettroniche.
Newman e il resto della dirigenza di Bletchley erano scettici riguardo a questa proposta. Come la maggior parte dei contemporanei di Flowers, dubitavano che fosse possibile far funzionare l'elettronica su tali scale. Inoltre, anche se fosse stata creata, avevano dei dubbi che una macchina del genere potesse essere costruita in tempo per essere utile durante la guerra.
Il responsabile di Flowers a Dollis Hill ha comunque dato il via libera per assemblare un team per realizzare questo mostro elettronico—Flowers, forse non del tutto sinceramente, gli ha descritto quanto fosse piaciuta la sua idea a Bletchley (se si crede ad Andrew Hodges, Flowers ha detto al suo capo, Gordon Radley, che il progetto era un lavoro critico per Bletchley e Radley aveva già sentito da Churchill che il lavoro di Bletchley era assolutamente prioritario). Oltre a Flowers, un ruolo importante nello sviluppo del sistema fu ricoperto da Sidney Broadhurst e William Chandler, e l'intero progetto coinvolse quasi 50 persone, metà delle risorse di Dollis Hill. Il team si ispirava a precedenti utilizzati nella telefonia: contatori, logica ramificata, apparecchiature di instradamento e traduzione dei segnali, e apparecchiature per misurazioni periodiche delle condizioni dell'hardware. Broadhurst era un maestro di tali schemi elettromeccanici, mentre Flowers e Chandler erano esperti in elettronica, capaci di trasferire concetti dal mondo dei relè a quello delle valvole. All'inizio del 1944, il team presentò un modello funzionante a Bletchley. La gigantesca macchina fu denominata 'Colossus' e dimostrò rapidamente di poter competere con 'Heath Robinson', elaborando in modo affidabile fino a 5000 caratteri al secondo.
Newman e il resto della dirigenza di Bletchley si resero rapidamente conto di aver commesso un errore nel rifiutare Flowers. Nel febbraio del 1944, ordinarono altri 12 'Colossus', che avrebbero dovuto essere pronti per il 1° giugno, data prevista per l'invasione della Francia, anche se, naturalmente, Flowers non lo sapeva. Flowers dichiarò esplicitamente che ciò era impossibile, ma con sforzi eroici, il suo team riuscì a completare la seconda macchina entro il 31 maggio, nella quale un nuovo membro del team, Alan Coombs, apportò numerosi miglioramenti.
Il design rivisitato, conosciuto come Mark II, continuò il successo della prima macchina. Oltre al sistema di alimentazione della pellicola, era composta da 2400 lampadine, 12 interruttori rotativi, 800 relè e una macchina da scrivere elettrica.
Colossus Mark II
Era personalizzabile e sufficientemente flessibile per eseguire diverse attività. Dopo l'installazione, ciascuna delle squadre femminili configurò il proprio “Colosso” per affrontare problemi specifici. Era necessaria una pannello di commutazione, simile a quello utilizzato dagli operatori telefonici, per configurare gli anelli elettronici che simulavano le ruote di Tanni. Il set di interruttori permetteva agli operatori di impostare qualsiasi numero di dispositivi funzionali, che elaboravano due flussi di dati: il film esterno e il segnale interno generato dagli anelli. Combinando un insieme di diversi elementi logici, il “Colosso” poteva calcolare funzioni booleane arbitrarie basate sui dati, cioè, funzioni che restituivano 0 o 1. Ogni unità aumentava il contatore del “Colosso”. Un'apparecchiatura di controllo separata prendeva decisioni ramificate in base allo stato del contatore - ad esempio, fermarsi e stampare l'output se il valore del contatore superava 1000.
Pannello di interruttori per configurare il “Colosso”
Immagina che il "Colossus" fosse un computer programmabile generale nel senso moderno. Era in grado di combinare logicamente due flussi di dati — uno su nastro e l'altro generato da contatori circolari — e contare il numero di unità incontrate, e basta. Gran parte della "programmazione" del "Colossus" avveniva su carta, e gli operatori eseguivano un albero di decisione preparato dagli analisti: ad esempio, "se l'output del sistema è inferiore a X, impostare la configurazione B e eseguire Y, altrimenti eseguire Z".
Diagramma di flusso di alto livello per il "Colossus"
Tuttavia, il 'Colossus' era ben in grado di affrontare il compito a lui assegnato. A differenza del computer di Atanasoff-Berry, il 'Colossus' era straordinariamente veloce: poteva elaborare 25.000 caratteri al secondo, ognuno dei quali poteva richiedere l'esecuzione di più operazioni booleane. Il Mark II quintuplicò la velocità rispetto al Mark I, leggendo e processando simultaneamente cinque diverse sezioni del nastro. Non si collegò l'intero sistema a dispositivi meccatronici lenti per l'input/output, utilizzando fotocellule (prese dai detonatori radioattivi ) для чтения входящих плёнок и реестр для буферизации вывода на пишущую машинку. Лидер команды, восстанавливавшей «Колосса» в 1990-х, показал, что в своём деле он всё ещё легко мог обогнать по производительности компьютер на базе процессора Pentium 1995 года.
Questa potente macchina per l'elaborazione dei testi divenne il fulcro del progetto per decifrare i codici di Turing. Fino alla fine della guerra, furono costruite altre dieci Mark II, i cui pannelli venivano stampati uno alla volta ogni mese da operai di una fabbrica postale a Birmingham, ignari di cosa esattamente stessero producendo, che poi venivano assemblati a Bletchley. Un funzionario irritato del Ministero dell'Approvvigionamento, ricevendo una nuova richiesta di mille valvole speciali, si chiedeva se i lavoratori postali le stessero 'sparando contro i tedeschi'. In questo modo industriale, e non attraverso l'assemblaggio manuale di un progetto individuale, il prossimo computer non verrà prodotto prima degli anni '50. Secondo le istruzioni di Flowers per preservare le valvole, ogni 'Colosso' lavorava giorno e notte fino alla fine della guerra. Rimanevano lì, brillando silenziosamente nell'oscurità, riscaldando l'umida inverno britannico e aspettando pazientemente istruzioni, fino a quel giorno in cui non erano più necessari.
Il velo del silenzio
L'entusiasmo naturale per il dramma affascinante che si svolgeva a Bletchley ha portato a un'eccessiva esagerazione dei successi militari di questa organizzazione. È terribilmente assurdo suggerire, come fa il film «» [The Imitation Game], che la civiltà britannica sarebbe cessata di esistere senza Alan Turing. Il 'Colossus', a quanto pare, non ha avuto alcun impatto sul corso della guerra in Europa. Il suo risultato più pubblicizzato è stato dimostrare che il piano ingannevole relativo allo sbarco in Normandia nel 1944 ha avuto successo. I messaggi ricevuti tramite Tanny indicavano che gli alleati erano riusciti a convincere Hitler e il suo comando che il vero attacco si sarebbe concentrato più a est, al Pas de Calais. Un'informazione rassicurante, ma è difficile immaginare che una riduzione dei livelli di cortisolo nel comando alleato abbia contribuito a vincere la guerra.
D'altra parte, i progressi tecnologici presentati dal "Colosso" erano indiscutibili. Ma il mondo non lo saprà presto. Churchill ordinò che tutte le macchine esistenti al termine del gioco "Colosso" venissero smontate e che il segreto del loro funzionamento fosse inviato al macero insieme a queste. Due macchine sopravvissero in qualche modo a questa condanna a morte, e rimasero in servizio per i servizi segreti britannici fino agli anni '60. Ma anche allora, il governo britannico non sollevò il velo di silenzio riguardo al lavoro a Bletchley. Solo negli anni '70 la sua esistenza divenne di pubblico dominio.
La decisione di vietare per sempre qualsiasi discussione sui lavori condotti a Bletchley Park può essere considerata una cautela eccessiva da parte del governo britannico. Ma per Flowers era una tragedia personale. Privato di ogni merito e prestigio come inventore del "Colossus", soffriva di insoddisfazione e delusione mentre i suoi ripetuti tentativi di sostituire i relè con l'elettronica nel sistema telefonico britannico venivano continuamente bloccati. Se solo fosse riuscito a dimostrare il suo successo con il "Colossus", avrebbe avuto l'influenza necessaria per realizzare il suo sogno. Ma quando le sue realizzazioni divennero pubbliche, Flowers era già da tempo in pensione e non poteva più influenzare nulla.
Diversi appassionati di calcolatori elettronici in tutto il mondo hanno affrontato problemi simili relativi alla segretezza che circondava il «Colosso» e alla mancanza di prove della fattibilità di questo approccio. I calcoli elettromeccanici potevano rimanere predominanti ancora per un po'. Ma c'era un altro progetto in arrivo che avrebbe aperto la strada all'era dominante dei calcolatori elettronici. Sebbene anche questo fosse il risultato di sviluppi militari segreti, non fu occultato dopo la guerra, ma anzi, fu presentato al mondo con grande enfasi, sotto il nome di ENIAC.
Cosa leggere:
• Jack Copeland, ed. Colossus: The Secrets of Bletchley Park’s Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, “The Design of Colossus,” Annals of the History of Computing, luglio 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Fonte: habr.com
