Altri articoli del ciclo:
- Storia del relè
- Storia dei computer elettronici
- Storia del transistor
- Storia di Internet
Nel 1938, il capo dell'intelligence britannica acquistò senza clamore una tenuta di 24 ettari a 80 miglia da Londra. Era situata all'incrocio delle ferrovie che correvano da Londra verso nord e da Oxford verso ovest, in direzione di Cambridge a est, ed era il luogo ideale per un'organizzazione che nessuno doveva vedere, ma che doveva essere facilmente accessibile alla maggior parte dei centri di conoscenza e potere della Gran Bretagna. La tenuta, conosciuta come , diventò il centro britannico di decifratura durante la Seconda Guerra Mondiale. Questo è, forse, l'unico luogo al mondo noto per il suo coinvolgimento nella crittografia.
Tanni
Nell'estate del 1941, a Bletchley si stava già lavorando alacremente per decifrare la famosa macchina crittografica Enigma, utilizzata dall'armata e dalla marina tedesca. Se hai visto film sui crittografi britannici, certamente avranno parlato di Enigma, ma qui non ci dilungheremo su di essa — poiché poco dopo l'invasione dell'Unione Sovietica, a Bletchley vennero intercettati messaggi con un nuovo tipo di crittografia.
I crittoanalisti risolsero abbastanza rapidamente la natura generale della macchina utilizzata per trasmettere i messaggi, che soprannominarono "Tanni".
A differenza di 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 croci (simile ai punti e tracce del codice Morse) in un codice standard con cinque simboli per lettera. Questo era un testo non crittografato. Tanni utilizzava simultaneamente dodici ruote per creare un proprio flusso parallelo di punti e croci: la chiave. Successivamente aggiungeva la chiave al messaggio, producendo il testo cifrato trasmesso via radio. L’addizione avveniva in aritmetica binaria, dove i punti corrispondevano a zeri e le croci a uno:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Un altro Tanni sul lato del destinatario con le stesse impostazioni generava la stessa chiave e la aggiungeva al messaggio cifrato, in modo da rivelare il testo originale, che veniva stampato su carta tramite il telegrafo del destinatario. Immaginiamo di avere un messaggio: «punto più punto punto più». In cifre 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 cifrato 10011. Aggiungendo nuovamente la chiave, possiamo ripristinare il messaggio originale. Verifichiamo: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, otteniamo 01001.
L'analisi del funzionamento di Tanni era facilitata dal fatto che nei primi mesi del suo utilizzo i mittenti trasmettevano le impostazioni delle ruote da utilizzare prima di inviare un messaggio. Successivamente, i tedeschi pubblicarono libri di codici con impostazioni delle ruote predefinite, e al mittente bastava inviare un codice, grazie al quale il destinatario poteva trovare l'impostazione corretta della ruota nel libro. Alla fine, iniziarono a cambiare i libri di codici quotidianamente, il che costringeva Bletchley a decifrare le impostazioni delle ruote di codice ogni mattina.
È interessante notare che i crittoanalisti decifrarono la funzione di Tanni sulla base della posizione delle stazioni di invio e ricezione. Essa collegava i centri nervosi del comando supremo tedesco con l'esercito e i comandanti dei gruppi armati sui vari fronti militari europei, dalla Francia occupata alle steppe russe. Era un compito allettante: decifrare Tanni prometteva accesso diretto alle intenzioni e alle capacità del nemico ai massimi livelli.
Poi, grazie a una combinazione di errori degli operatori tedeschi, astuzia e determinazione, il giovane matematico si spinse molto oltre le semplici deduzioni sul funzionamento di Tanni. Senza aver visto la macchina, definì completamente la sua struttura interna. Derivò logicamente le possibili posizioni di ciascuna ruota (ognuna con il suo numero primo), e come in effetti la disposizione delle ruote generasse la chiave. Armati di queste informazioni, a Bletchley costruirono copie di Tanni che potevano essere utilizzate per decifrare messaggi — subito dopo la corretta impostazione delle ruote.
12 ruote della chiave della macchina che utilizza il cifrario di Lorenz, nota come Tanni
Hit Robinson
Alla fine del 1942, Tat continuava ad attaccare Tanni, sviluppando per questo una strategia speciale. Essa era basata sul concetto di delta: la somma modulo 2 di un segnale nel messaggio (punto o croce, 0 o 1) con il successivo. Capì che a causa del movimento discontinuo delle ruote di Tanni esisteva una connessione tra il delta del testo cifrato e il delta del testo della chiave: dovevano variare insieme. Così, confrontando il testo cifrato con il testo della chiave, creato su diverse impostazioni delle ruote, si poteva calcolare il delta per ciascuno e contare il numero di corrispondenze. Una percentuale di corrispondenze superiore al 50% doveva segnare un potenziale candidato per la chiave reale del messaggio. In teoria, l'idea era buona, ma non era possibile attuarla nella pratica, poiché richiedeva 2400 passaggi per ogni messaggio per verificare tutte le possibili impostazioni.
Tat portò questo compito a un altro matematico, Max Newman, che guidava un dipartimento a Bletchley, che tutti chiamavano 'newmania'. Newman, a prima vista, era una candidatura poco probabile per dirigere un'organizzazione di intelligence britannica così delicata, poiché suo padre era originario della Germania. Tuttavia, sembrava improbabile che potesse fare spionaggio per conto di Hitler, poiché la sua famiglia era di origini ebraiche. Era così preoccupato per i progressi del 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 di trasferirsi a Princeton.
Max Newman
È successo che Newman avesse un'idea per lavorare sui calcoli richiesti dal metodo di Turing - creando una macchina. A Bletchley, erano già abituati a utilizzare macchine per il criptoanalisi. Ed è proprio così che fu decifrata l'Enigma. Ma Newman concepì un dispositivo elettronico specifico 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 contare le particelle a Cavendish. L'idea era la seguente: se sincronizzassero due nastri chiusi in un anello, che scorrevano ad alta velocità, uno dei quali conteneva la chiave e l'altro il messaggio cifrato, e ogni elemento fosse contato da un processore che calcolava le delta, allora il contatore elettronico potrebbe sommare i risultati. Leggendo il conteggio finale alla fine di ogni corsa era possibile determinare se quella fosse una chiave potenziale o meno.
A sorpresa, esisteva un gruppo di ingegneri con le competenze adatte. Tra di loro c'era lo stesso 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. Tre ingegneri della Post Office Research Station di Dollis Hill lo aiutarono in questo e in altri progetti legati all'Enigma: William Chandler, Sidney Broadhurst e Tommy Flowers (ricordo che la British Post era un'organizzazione ad alta tecnologia, responsabile non solo della corrispondenza cartacea, ma anche della telegrafia e della telefonia). Entrambi i progetti fallirono e gli uomini rimasero senza lavoro. Newman li riunì. Designò Flowers come leader del team che stava creando il "dispositivo combinante", che doveva calcolare le delta e trasferire il risultato al contatore su cui stava lavorando Wynn-Williams.
Newman si occupava ingegneri nella costruzione di macchine, mentre il Dipartimento Femminile della Royal Navy si occupava della gestione delle sue macchine per l'elaborazione dei messaggi. Il governo affidava 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. Sono riuscite a passare in modo molto naturale dal lavoro d'ufficio alla cura delle macchine che automatizzavano il loro lavoro. Hanno in modo scherzoso chiamato la loro macchina ««, l'equivalente britannico di [entrambi erano illustratori e caricaturisti 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 'Hit Robinson'
Ed effettivamente, 'Hit Robinson', in teoria sufficientemente affidabile, nella pratica soffriva di seri problemi. Il principale era la necessità di una sincronizzazione perfetta tra i due nastri — il testo cifrato e il testo della chiave. Qualsiasi allungamento o scorrimento di uno dei nastri rendeva inservibile l'intero passaggio. Per minimizzare il rischio di errori, la macchina elaborava non più di 2000 caratteri al secondo, anche se le cinghie potevano funzionare più velocemente. Flowers, che accettava a malincuore il lavoro sul progetto 'Hit Robinson', riteneva che ci fosse un modo migliore: una macchina costruita quasi interamente con componenti elettronici.
Colosso
Thomas Flowers lavorava come ingegnere nel dipartimento di ricerca della posta britannica dal 1930, dove inizialmente si occupava di studiare connessioni difettose e difettose in nuovi centralini telefonici automatici. Questo lo portò a riflettere su come creare una versione migliorata del sistema telefonico e, nel 1935, iniziò a predicare la sostituzione dei componenti elettromeccanici del sistema, come i relè, con componenti elettronici. Questo obiettivo determinò l'intera sua carriera futura.
Tommy Flowers, intorno al 1940
La maggior parte degli ingegneri criticava i componenti elettronici per la loro capricciosità e inaffidabilità quando utilizzati su larga scala, ma Flowers dimostrò che se utilizzati in modo continuo e a potenze molto inferiori a quelle calcolate, le lampade elettroniche mostrano in realtà un sorprendentemente lungo tempo di vita. Dimostrò le sue idee sostituendo tutti i terminali che stabilivano il segnale di tono su un centralino che serviva 1000 linee, con lampade; in totale ce n'erano 3-4 mila. Questa installazione fu avviata al lavoro reale nel 1939. Nello stesso periodo, sperimentò la sostituzione dei registri relè che memorizzavano i numeri di telefono con relè elettronici.
Flowers riteneva che "Hit Robinson", per la creazione del quale era stato assunto, avesse seri difetti e che avrebbe potuto risolvere molto meglio questo compito utilizzando più lampade e meno parti meccaniche. Nel febbraio 1943, presentò un'alternativa al progetto della macchina a Newman. Flowers riuscì astutamente a eliminare il film con la chiave, risolvendo il problema della sincronizzazione. La sua macchina doveva generare il testo della chiave al volo. Doveva simulare Turing in modo elettronico, passando attraverso tutte le impostazioni delle ruote e confrontando ciascuna di esse con il testo cifrato, registrando le corrispondenze probabili. Si aspettava che questo approccio richiedesse l'uso di circa 1500 lampade elettroniche.
Newman e il resto della direzione di Bletchley furono scettici riguardo a questa proposta. Come la maggior parte dei contemporanei di Flowers, dubitavano che si potesse far funzionare l'elettronica su tali scale. Inoltre, anche se si fosse riusciti a farla funzionare, dubitavano che si potesse costruire una macchina del genere in tempo utile per essere utilizzata nella guerra.
Il capo di Flowers a Dollis Hill gli ha comunque dato il permesso di raccogliere una squadra per creare questo mostro elettronico: Flowers potrebbe non aver descritto in modo del tutto sincero quanto piacesse 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, nello sviluppo del sistema hanno avuto un ruolo importante Sidney Broadhurst e William Chandler, e l'intero progetto ha coinvolto quasi 50 persone, la metà delle risorse di Dollis Hill. La squadra si ispirava ai precedenti utilizzati nella telefonia: contatori, logica ramificata, apparecchiature per il routing e la traduzione dei segnali, e dispositivi per misurazioni periodiche dello stato dei macchinari. Broadhurst era un maestro di tali schemi elettromeccanici, mentre Flowers e Chandler erano esperti di elettronica, capaci di trasferire concetti dal mondo dei relè a quello delle valvole. All'inizio del 1944, la squadra presentò un modello funzionante a Bletchley. La gigantesca macchina ricevette il nome di "Colossus" e dimostrò rapidamente di poter sovrastare l'"Hit di Robinson", elaborando con affidabilità fino a 5000 caratteri al secondo.
Newman e il resto della direzione a Bletchley capirono rapidamente di aver commesso un errore a rifiutare Flowers. Nel febbraio del 1944, ordinarono altri 12 "Colossi", che dovevano essere operativi entro il 1° giugno — data in cui era previsto l'invasione della Francia, anche se ovviamente a Flowers non era noto. Flowers disse chiaramente che era impossibile, ma con sforzi eroici, il suo team riuscì a mettere in funzione la seconda macchina entro il 31 maggio, nella quale un nuovo membro del team, Alan Coombs, apportò numerosi miglioramenti.
Lo schema rivisitato, noto come Mark II, continuò il successo della prima macchina. Oltre al sistema di alimentazione della pellicola, consisteva di 2400 lampade, 12 interruttori rotativi, 800 relè e una macchina da scrivere elettrica.
Colossus Mark II
Era personalizzabile e sufficientemente flessibile per svolgere vari compiti. Dopo l'installazione, ciascuno dei team femminili ha configurato il proprio "Colosso" per risolvere problemi specifici. Era necessario un pannello di commutazione, simile a quello per il lavoro di un operatore telefonico, per regolare gli anelli elettronici che simulavano le ruote di Tanni. Un insieme di interruttori permetteva agli operatori di configurare qualsiasi numero di apparecchi funzionali che gestivano due flussi di dati: il film esterno e il segnale interno generato dagli anelli. Combinando un insieme di vari elementi logici, il "Colosso" poteva eseguire calcoli di funzioni booleane arbitrarie basate sui dati, ossia funzioni che avrebbero fornito 0 o 1. Ogni unità aumentava il contatore del "Colosso". Un apparecchio di controllo separato prendeva decisioni ramificate in base allo stato del contatore, ad esempio, fermarsi e stampare il risultato se il valore del contatore superava 1000.
Pannello di interruttori per la configurazione del "Colosso"
Supponiamo che il "Colosso" fosse un computer programmabile di uso generale nel senso moderno. Poteva combinare logicamente due flussi di dati: uno sul film e uno generato dai contatori ad anello, e contare il numero di unità incontrate, e basta. La maggior parte della "programmazione" del "Colosso" avveniva su carta, e gli operatori seguivano l'albero decisionale preparato dagli analisti: supponiamo, "se l'output del sistema è inferiore a X, configurare la configurazione B e eseguire Y, altrimenti eseguire Z".
Diagramma di flusso di alto livello per il "Colosso"
Tuttavia, il "Colosso" era perfettamente in grado di risolvere il problema a lui assegnato. A differenza del computer di Atanasoff-Berry, il "Colosso" era estremamente veloce: poteva elaborare 25000 simboli al secondo, ognuno dei quali poteva richiedere l'esecuzione di più operazioni booleane. Il Mark II aumentò la velocità cinque volte rispetto al Mark I, leggendo e elaborando contemporaneamente cinque diverse sezioni di film. In esso si rinunciò a collegare l'intero sistema a dispositivi di input-output elettromeccanici lenti, utilizzando fotocellule (prese dai dispositivi antiaerei ) per la lettura delle pellicole in ingresso e un registro per buffering dell'output su macchina da scrivere. Il leader del team che restaurò il "Colossus" negli anni '90 dimostrò che nel suo lavoro era ancora in grado di superare facilmente in prestazioni un computer basato su un processore Pentium del 1995.
Questa potente macchina per la elaborazione di testi divenne il fulcro del progetto per decifrare i codici di Turing. Fino alla fine della guerra furono costruiti altri dieci Mark II, i pannelli dei quali venivano realizzati uno alla volta al mese da lavoratori della fabbrica postale di Birmingham, senza avere idea di cosa stessero producendo, per poi essere assemblati a Bletchley. Un funzionario infastidito del Ministero dell'approvvigionamento, ricevendo un'altra richiesta per mille valvole speciali, si chiese se i lavoratori postali le stessero usando contro i tedeschi. Con questo metodo industriale, e non con l'assemblaggio manuale di un progetto individuale, il prossimo computer non sarebbe stato prodotto prima degli anni '50. Secondo le istruzioni di Flowers per proteggere le valvole, ogni "Colossus" lavorava giorno e notte fino alla fine della guerra. Rimanevano là, illuminandosi silenziosamente nel buio, riscaldando l'umida inverno britannico e attendendo pazientemente istruzioni, fino a quel giorno in cui non erano più necessari.
Il velo del silenzio
Il naturale entusiasmo per l'intrigante dramma che si svolgeva a Bletchley portò a un'eccessiva esagerazione dei successi bellici di quest'organizzazione. È estremamente assurdo insinuare, come fa il film "" [The Imitation Game], che la civiltà britannica sarebbe cessata di esistere senza Alan Turing. Il "Colossus", a quanto pare, non ebbe alcuna influenza sull'andamento della guerra in Europa. La sua realizzazione più pubblicizzata consisteva nel dimostrare che il piano ingannevole riguardo lo sbarco in Normandia nel 1944 funzionò. I messaggi ottenuti tramite Turing evidenziavano come gli alleati fossero riusciti a convincere Hitler e il suo comando che il vero colpo sarebbe stato più a est, nella zona del Pas-de-Calais. Informazioni incoraggianti, ma è dubbio che la diminuzione del livello di cortisolo nel sangue del comando alleato abbia aiutato a vincere la guerra.
D'altra parte, le conquiste tecnologiche presentate dal "Colossus" erano innegabili. Ma il mondo non lo scoprirà tanto presto. Churchill ordinò che tutte le macchine esistenti al momento del termine del gioco "Colossus" venissero smontate e gettate in una discarica insieme ai segreti del loro funzionamento. Due macchine, in qualche modo, sopravvissero a questa condanna a morte e rimasero in servizio nell'intelligence britannica fino agli anni '60. Ma anche allora il governo britannico non sollevò il velo del silenzio riguardo al lavoro di Bletchley. Solo negli anni '70 la loro esistenza divenne di pubblico dominio.
La decisione di vietare per sempre ogni discussione sui lavori condotti a Bletchley Park potrebbe essere definita un'eccessiva cautela da parte del governo britannico. Ma per Flowers fu una tragedia personale. Private di ogni merito e prestigio come inventore del "Colossus", soffrì di insoddisfazione e delusione, mentre i suoi continui tentativi di sostituire i relè con l'elettronica nel sistema telefonico britannico venivano costantemente bloccati. Se fosse riuscito a dimostrare il suo traguardo con il "Colossus", avrebbe avuto l'influenza necessaria per realizzare il suo sogno. Ma nel momento in cui le sue conquiste divennero note, Flowers era già andato in pensione da tempo e non poteva influenzare nulla.
Alcuni appassionati di calcolo elettronico sparsi per il mondo affrontavano problemi simili legati al segreto che circondava il "Colossus" e alla mancanza di prove della fattibilità di questo approccio. La computazione elettromeccanica poteva rimanere dominante ancora per un po'. Ma c'era un altro progetto che avrebbe aperto la strada all'affermazione della computazione elettronica. Anche se questo fu il risultato di sviluppi militari segreti, non fu nascosto dopo la guerra, ma anzi, presentato al mondo con grande vanto, con il nome di ENIAC.
Cosa leggere:
• Jack Copeland, ed. Colossus: I segreti dei computer di codifica di Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, “Il design di Colossus,” Annals of the History of Computing, Luglio 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: L'enigma (1983)
Fonte: habr.com
