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Nel 1938, il capo dei servizi segreti britannici acquistò tranquillamente una tenuta di 24 ettari a 80 miglia da Londra. Si trovava all'incrocio delle ferrovie da Londra a nord e da Oxford a ovest a Cambridge a est, ed era il luogo ideale per un'organizzazione che non sarebbe stata vista da nessuno, ma era facilmente raggiungibile dalla maggior parte degli importanti centri del sapere e delle autorità britanniche. La proprietà conosciuta come , divenne il centro britannico per la decifrazione dei codici durante la seconda guerra mondiale. Questo è forse l'unico posto al mondo conosciuto per il suo coinvolgimento nella crittografia.
Tonno
Nell'estate del 1941 a Bletchley erano già in corso i lavori per decifrare la famosa macchina di crittografia Enigma utilizzata dall'esercito e dalla marina tedesca. Se hai guardato un film sui decodificatori britannici, hai parlato di Enigma, ma non ne parleremo qui, perché poco dopo l'invasione dell'Unione Sovietica, Bletchley ha scoperto la trasmissione di messaggi con un nuovo tipo di crittografia.
I crittoanalisti capirono presto la natura generale della macchina utilizzata per trasmettere messaggi, che soprannominarono "Tunny".
A differenza di Enigma, i cui messaggi dovevano essere decifrati a mano, Tunney si collegava direttamente alla telescrivente. La telescrivente converteva ogni carattere inserito dall'operatore in un flusso di punti e croci (simili ai punti e linee del codice Morse) in formato standard con cinque caratteri per lettera. Era un testo non criptato. Tunney ha utilizzato dodici ruote alla volta per creare il proprio flusso parallelo di punti e croci: la chiave. Ha poi aggiunto la chiave al messaggio, producendo un testo cifrato trasmesso via etere. L'addizione veniva eseguita in aritmetica binaria, dove i punti corrispondevano agli zeri e le croci corrispondevano alle unità:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Un'altra Tanny dalla parte del destinatario con le stesse impostazioni ha prodotto la stessa chiave e l'ha aggiunta al messaggio crittografato per produrre quello originale, che è stato stampato su carta dalla telescrivente del destinatario. Diciamo che abbiamo un messaggio: "punto più punto punto più". In numeri 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 è possibile ripristinare il messaggio originale. Controlliamo: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, otteniamo 01001.
L'analisi del lavoro di Tunney è stata resa più semplice dal fatto che nei primi mesi di utilizzo, i mittenti trasmettevano le impostazioni della ruota da utilizzare prima di inviare un messaggio. Successivamente i tedeschi lanciarono libri di codici con impostazioni di ruota preimpostate e il mittente doveva solo inviare un codice che il destinatario potesse utilizzare per trovare nel libro l'impostazione corretta della ruota. Finirono per cambiare i libri dei codici ogni giorno, il che significava che Bletchley doveva hackerare le ruote dei codici ogni mattina.
È interessante notare che i crittoanalisti hanno risolto la funzione Tunny in base alla posizione delle stazioni di invio e ricezione. Collegava i centri nevralgici dell'alto comando tedesco con l'esercito e i comandanti di gruppi armati su diversi fronti militari europei, dalla Francia occupata alle steppe russe. Era un compito allettante: l'hacking di Tunney prometteva l'accesso diretto alle intenzioni e alle capacità di più alto livello del nemico.
Poi, attraverso una combinazione di errori degli operatori tedeschi, astuzia e caparbia determinazione, il giovane matematico è andato molto oltre le semplici conclusioni sul lavoro di Tunney. Senza vedere la macchina stessa, ne determinò completamente la struttura interna. Dedusse logicamente le possibili posizioni di ciascuna ruota (ognuna delle quali aveva il proprio numero primo) e come esattamente la posizione delle ruote generasse la chiave. Armato di queste informazioni, Bletchley costruì repliche del Tunney che potevano essere utilizzate per decifrare i messaggi, non appena le ruote fossero state regolate correttamente.
12 ruote chiave di una macchina cifratrice Lorenz conosciuta come Tanny
Heath Robinson
Entro la fine del 1942, Tat continuò ad attaccare Tanni, avendo sviluppato una strategia speciale per questo. Si basava sul concetto di delta: la somma modulo 2 di un segnale in un messaggio (punto o croce, 0 o 1) con quello successivo. Si rese conto che, a causa del movimento intermittente delle ruote di Tunney, esisteva una relazione tra il delta del testo cifrato e il delta del testo chiave: dovevano cambiare insieme. Quindi, se confronti il testo cifrato con il testo chiave generato su diverse impostazioni della ruota, puoi calcolare il delta per ciascuno e contare il numero di corrispondenze. Un tasso di corrispondenza ben superiore al 50% dovrebbe contrassegnare un potenziale candidato per la vera chiave del messaggio. L'idea era buona in teoria, ma era impossibile da realizzare nella pratica, poiché richiedeva 2400 passaggi per ciascun messaggio per verificare tutte le possibili impostazioni.
Tat sottopose il problema a un altro matematico, Max Newman, che dirigeva il dipartimento di Bletchley che tutti chiamavano “Newmania”. Newman era, a prima vista, una scelta improbabile per guidare la sensibile organizzazione di intelligence britannica, dal momento che suo padre era tedesco. Tuttavia, sembrava improbabile che potesse spiare per Hitler poiché la sua famiglia era ebrea. Era così preoccupato per il progresso del dominio di Hitler in Europa che trasferì la sua famiglia nella sicurezza di New York poco dopo il crollo della Francia nel 1940, e per un certo periodo considerò di trasferirsi a Princeton.
Max Newmann
È successo così che Newman abbia avuto l'idea di lavorare sui calcoli richiesti dal metodo Tata, creando una macchina. Bletchley era già abituato a utilizzare macchine per la crittoanalisi. È così che è stato craccato Enigma. Ma Newman concepì un certo dispositivo elettronico per lavorare sulla cifratura Tunney. Prima della guerra insegnava a Cambridge (uno dei suoi studenti era Alan Turing) e conosceva i contatori elettronici costruiti da Wynne-Williams per contare le particelle a Cavendish. L'idea era questa: se si sincronizzassero due film chiusi in loop, scorrendo ad alta velocità, uno dei quali aveva una chiave, e l'altro un messaggio criptato, e trattando ogni elemento come un processore che contava i delta, allora un contatore elettronico poteva sommare i risultati. Leggendo il punteggio finale alla fine di ogni esecuzione, si poteva decidere se questa chiave fosse potenziale o meno.
È successo che esistesse un gruppo di ingegneri con l'esperienza adeguata. Tra loro c'era lo stesso Wynne-Williams. Turing reclutò Wynne-Williams dal Malvern Radar Laboratory per aiutarlo a creare un nuovo rotore per la macchina Enigma, utilizzando l'elettronica per contare i giri. Fu assistito in questo e in un altro progetto Enigma da tre ingegneri della Postal Research Station di Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst e Tommy Flowers (permettetemi di ricordarvi che l'ufficio postale britannico era un'organizzazione ad alta tecnologia, ed era responsabile non solo per la posta cartacea, ma e per telegrafia e telefonia). Entrambi i progetti fallirono e gli uomini rimasero inattivi. Newman li raccolse. Nominò Flowers a guidare una squadra che creasse un “dispositivo di combinazione” in grado di contare i delta e trasmettere il risultato a un contatore su cui Wynne-Williams stava lavorando.
Newman occupò gli ingegneri di costruire le macchine e il Dipartimento femminile della Royal Navy di far funzionare le sue macchine per l'elaborazione dei messaggi. Il governo si fidava solo degli uomini con posizioni di leadership di alto livello, e le donne si comportavano bene come ufficiali delle operazioni di Bletchley, gestendo sia la trascrizione dei messaggi che le impostazioni di decodifica. Sono riusciti in modo molto organico a passare dal lavoro d'ufficio alla cura delle macchine che automatizzavano il loro lavoro. Hanno dato un nome frivolo alla loro macchina "", equivalente britannico [entrambi erano illustratori fumettisti che raffiguravano dispositivi estremamente complessi, ingombranti e intricati che svolgevano funzioni molto semplici / ca. trad.].
L'auto "Old Robinson", molto simile al suo predecessore, l'auto "Heath Robinson".
In effetti, Heath Robinson, sebbene abbastanza affidabile in teoria, soffriva di seri problemi nella pratica. La cosa principale era la necessità di una perfetta sincronizzazione dei due film: il testo cifrato e il testo chiave. Qualsiasi allungamento o scivolamento delle pellicole rendeva l'intero passaggio inutilizzabile. Per ridurre al minimo il rischio di errori, la macchina elaborava non più di 2000 caratteri al secondo, anche se i nastri potevano lavorare più velocemente. Flowers, che con riluttanza acconsentì al lavoro del progetto Heath Robinson, credeva che esistesse un modo migliore: una macchina costruita quasi interamente con componenti elettronici.
colosso
Thomas Flowers lavorò dal 1930 come ingegnere presso il dipartimento di ricerca delle poste britanniche, dove inizialmente lavorò alla ricerca su connessioni errate e interrotte nelle nuove centrali telefoniche automatiche. Ciò lo portò a pensare a come creare una versione migliorata del sistema telefonico e nel 1935 iniziò a sostenere la sostituzione dei componenti del sistema elettromeccanici come i relè con quelli elettronici. Questo obiettivo ha determinato la sua intera carriera futura.
Tommy Flowers, intorno al 1940
La maggior parte degli ingegneri ha criticato i componenti elettronici perché sono capricciosi e inaffidabili se usati su larga scala, ma Flowers ha dimostrato che, se usati continuamente e a potenze ben al di sotto della loro potenza nominale, i tubi a vuoto mostrano in realtà una durata di vita sorprendentemente lunga. Ha dimostrato le sue idee sostituendo tutti i terminali del segnale di linea su un commutatore da 1000 linee con tubi; in totale ce n'erano 3-4mila. Questa installazione fu lanciata nel lavoro vero e proprio nel 1939. Nello stesso periodo sperimentò la sostituzione dei registri relè che memorizzavano i numeri telefonici con relè elettronici.
Flowers credeva che l'Heath Robinson per cui era stato assunto fosse gravemente difettoso e che avrebbe potuto risolvere il problema molto meglio utilizzando più tubi e meno parti meccaniche. Nel febbraio 1943 presentò a Newman un progetto alternativo per la macchina. Flowers ha abilmente eliminato il nastro della chiave, eliminando il problema della sincronizzazione. La sua macchina doveva generare il testo chiave al volo. Avrebbe simulato Tunney elettronicamente, esaminando tutte le impostazioni della ruota e confrontandole ciascuna con il testo cifrato, registrando le probabili corrispondenze. Ha stimato che questo approccio richiederebbe l'uso di circa 1500 tubi a vuoto.
Newman e il resto del management di Bletchley erano scettici nei confronti di questa proposta. Come la maggior parte dei contemporanei di Flowers, dubitavano che l'elettronica potesse funzionare su tale scala. Inoltre, anche se fosse stato possibile farla funzionare, dubitavano che una macchina del genere potesse essere costruita in tempo per essere utile in guerra.
Il capo di Flowers a Dollis Hill gli ha dato il via libera per mettere insieme una squadra per creare questo mostro elettronico - Flowers potrebbe non essere stato del tutto sincero nel descrivergli quanto la sua idea fosse piaciuta a Bletchley (Secondo Andrew Hodges, Flowers ha detto il suo capo, Gordon Radley, che il progetto era un lavoro fondamentale per Bletchley, e Radley aveva già sentito da Churchill che il lavoro di Bletchley era una priorità assoluta). Oltre a Flowers, Sidney Broadhurst e William Chandler hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo del sistema e l'intera impresa impiegava quasi 50 persone, metà delle risorse di Dollis Hill. Il team si è ispirato ai precedenti utilizzati nella telefonia: contatori, logica di filiale, apparecchiature per l'instradamento e la traduzione del segnale e apparecchiature per le misurazioni periodiche dello stato delle apparecchiature. Broadhurst era un maestro di tali circuiti elettromeccanici, e Flowers e Chandler erano esperti di elettronica che capirono come trasferire concetti dal mondo dei relè al mondo delle valvole. All'inizio del 1944 il team aveva presentato a Bletchley un modello funzionante. La macchina gigante fu soprannominata "Colossus" e dimostrò rapidamente di poter eclissare Heath Robinson elaborando in modo affidabile 5000 caratteri al secondo.
Newman e il resto della direzione di Bletchley si resero presto conto di aver commesso un errore rifiutando Flowers. Nel febbraio 1944 ordinarono altri 12 Colossi, che avrebbero dovuto essere operativi entro il 1 giugno, la data in cui era stata pianificata l'invasione della Francia, anche se, ovviamente, questo era sconosciuto a Flowers. Flowers disse apertamente che ciò era impossibile, ma con sforzi eroici la sua squadra riuscì a consegnare una seconda vettura entro il 31 maggio, alla quale il nuovo membro del team Alan Coombs apportò molti miglioramenti.
Il design rivisto, noto come Mark II, continuò il successo della prima macchina. Oltre al sistema di alimentazione della pellicola, era composto da 2400 lampade, 12 interruttori rotativi, 800 relè e una macchina da scrivere elettrica.
Colosso Marco II
Era personalizzabile e abbastanza flessibile da gestire una varietà di attività. Dopo l'installazione, ciascuna squadra femminile ha configurato il proprio "Colosso" per risolvere determinati problemi. Per impostare gli squilli elettronici che simulavano le ruote di Tunney era necessario un pannello di connessione, simile al pannello di un operatore telefonico. Una serie di interruttori consentiva agli operatori di configurare un numero qualsiasi di dispositivi funzionali che elaboravano due flussi di dati: una pellicola esterna e un segnale interno generato dagli anelli. Combinando un insieme di diversi elementi logici, Colossus poteva calcolare funzioni booleane arbitrarie basate sui dati, cioè funzioni che avrebbero prodotto uno 0 o 1. Ogni unità aumentava il contatore del Colossus. Un apparato di controllo separato prendeva decisioni di ramificazione in base allo stato del contatore, ad esempio interrompeva e stampava un output se il valore del contatore superava 1000.
Pannello interruttori per la configurazione di “Colossus”
Supponiamo che il Colosso fosse un computer programmabile per scopi generali nel senso moderno. Potrebbe combinare logicamente due flussi di dati, uno su nastro e uno generato dai contatori di squilli, e contare il numero di XNUMX incontrati, e il gioco è fatto. Gran parte della "programmazione" del Colosso è avvenuta su carta, con gli operatori che eseguivano un albero decisionale preparato dagli analisti: diciamo "se l'output del sistema è inferiore a X, imposta la configurazione B e fai Y, altrimenti fai Z".
Diagramma a blocchi di alto livello per Colossus
Tuttavia, "Colossus" era perfettamente in grado di risolvere il compito assegnatogli. A differenza del computer Atanasoff-Berry, il Colosso era estremamente veloce: poteva elaborare 25000 caratteri al secondo, ognuno dei quali poteva richiedere diverse operazioni booleane. Il Mark II ha aumentato di cinque volte la velocità rispetto al Mark I leggendo ed elaborando simultaneamente cinque diverse sezioni di pellicola. Si rifiutò di collegare l'intero sistema con lenti dispositivi elettromeccanici input-output, utilizzando fotocellule (prelevate dalla contraerea) ) per leggere i nastri in entrata e un registro per bufferizzare l'output della macchina da scrivere. Il leader del team che restaurò Colossus negli anni '1990 dimostrò di poter ancora facilmente superare in termini di prestazioni un computer basato su Pentium del 1995 nel suo lavoro.
Questa potente macchina per l'elaborazione testi è diventata il centro del progetto per decifrare il codice Tunney. Prima della fine della guerra furono costruiti altri dieci Mark II, i cui pannelli venivano sfornati al ritmo di uno al mese dai lavoratori della fabbrica postale di Birmingham, che non avevano idea di cosa stavano facendo, e poi assemblati a Bletchley. . Un funzionario irritato del Ministero degli Approvvigionamenti, dopo aver ricevuto un'altra richiesta per un migliaio di valvole speciali, chiese se gli impiegati delle poste "sparassero contro i tedeschi". In questo modo industriale, anziché assemblando manualmente un singolo progetto, il computer successivo non sarebbe stato prodotto fino agli anni ’1950. Secondo le istruzioni di Flowers di proteggere le valvole, ogni Colosso operò giorno e notte fino alla fine della guerra. Rimasero in silenzio, brillando nell'oscurità, riscaldando il umido inverno britannico e aspettando pazientemente istruzioni finché arrivò il giorno in cui non furono più necessari.
Velo del silenzio
L'entusiasmo naturale per l'intrigante dramma che si svolgeva a Bletchley portò a una grossolana esagerazione dei risultati militari dell'organizzazione. È terribilmente assurdo dargli un accenno, come fa il film." [The Imitation Game] che la civiltà britannica cesserebbe di esistere se non fosse per Alan Turing. "Colossus", a quanto pare, non ha avuto alcun impatto sul corso della guerra in Europa. Il suo risultato più pubblicizzato fu quello di dimostrare che l’inganno dello sbarco in Normandia del 1944 aveva funzionato. I messaggi ricevuti tramite Tanny suggerivano che gli Alleati fossero riusciti a convincere Hitler e il suo comando che il vero colpo sarebbe arrivato più a est, al Pas de Calais. Informazioni incoraggianti, ma è improbabile che la riduzione del livello di cortisolo nel sangue del comando alleato abbia contribuito a vincere la guerra.
D'altra parte, i progressi tecnologici presentati da Colossus erano innegabili. Ma il mondo non lo saprà presto. Churchill ordinò che tutti i "Colossi" esistenti al momento della fine del gioco fossero smantellati e che il segreto del loro design fosse inviato insieme a loro alla discarica. Due veicoli sopravvissero in qualche modo a questa condanna a morte e rimasero nei servizi segreti britannici fino agli anni '1960. Ma anche allora il governo britannico non sollevò il velo del silenzio sui lavori a Bletchley. Fu solo negli anni ’1970 che la sua esistenza divenne di dominio pubblico.
La decisione di vietare permanentemente qualsiasi discussione sui lavori in corso a Bletchley Park potrebbe essere definita un'eccessiva cautela da parte del governo britannico. Ma per Flowers è stata una tragedia personale. Spogliato di tutto il merito e il prestigio di essere l'inventore del Colosso, soffrì di insoddisfazione e frustrazione poiché i suoi continui tentativi di sostituire i relè con l'elettronica nel sistema telefonico britannico venivano continuamente bloccati. Se potesse dimostrare i suoi successi attraverso l'esempio di "Colossus", avrebbe l'influenza necessaria per realizzare il suo sogno. Ma quando i suoi successi divennero noti, Flowers si era ritirato da tempo e non era più in grado di influenzare nulla.
Diversi appassionati di computer elettronici sparsi in tutto il mondo soffrivano di problemi simili legati alla segretezza che circondava Colossus e alla mancanza di prove sulla fattibilità di questo approccio. L’informatica elettromeccanica potrebbe restare re per qualche tempo a venire. Ma c’era un altro progetto che avrebbe spianato la strada affinché l’informatica elettronica diventasse il centro della scena. Sebbene fosse anche il risultato di sviluppi militari segreti, non fu nascosto dopo la guerra, ma al contrario, fu rivelato al mondo con la massima disinvoltura, sotto il nome di ENIAC.
Cosa leggere:
• Jack Copeland, ed. Colossus: I segreti dei computer decifratori di codici di Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, “The Design of Colossus”, Annals of the History of Computing, luglio 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: L'enigma (1983)
Fonte: habr.com