🥇電子コンピューターの歴史、パート 2: 巨像

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1938年、英国秘密諜報部長はロンドンから24マイル離れた80ヘクタールの敷地を密かに購入した。それは、北はロンドン、西はオックスフォード、東はケンブリッジに至る鉄道の交差点に位置し、誰にも見られず、ほとんどの人が簡単にアクセスできる組織にとって理想的な場所でした。重要な知識の中心地と英国当局。として知られる物件ブレッチリーパーク、第二次世界大戦中に英国の暗号解読の中心地となった。おそらくここは、暗号化への関与で知られる世界で唯一の場所です。

タニー

1941 年の夏、ブレッチリーではドイツ陸海軍が使用していた有名な暗号機エニグマを解読する作業がすでに進行していました。イギリスの暗号解読者についての映画を見ていると、彼らはエニグマについて話しましたが、ここではそれについては話しません。なぜなら、ソ連侵攻直後、ブレッチリーは新しいタイプの暗号化によるメッセージの送信を発見したからです。

暗号解析者たちはすぐに、メッセージの送信に使用されるマシンの一般的な性質を解明し、「タニー」と名付けました。

メッセージを手動で解読する必要があったエニグマとは異なり、タニーはテレタイプに直接接続しました。テレタイプは、オペレーターが入力した各文字を標準の点と十字のストリーム (モールス信号の点とダッシュに似ています) に変換しました。ボードットコード XNUMX文字あたりXNUMX文字で構成されます。それは暗号化されていないテキストでした。タニーは、一度に XNUMX 個のホイールを使用して、点と十字の平行なストリーム、つまりキーを作成しました。次に、彼女はメッセージにキーを追加し、無線で送信される暗号文を作成しました。加算は XNUMX 進数演算で実行され、ドットは XNUMX に対応し、×印は XNUMX に対応します。

0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0

同じ設定を持つ受信者側の別のタニーが同じ鍵を生成し、それを暗号化されたメッセージに追加して元のメッセージを生成し、受信者のテレタイプによって紙に印刷されました。「ドットプラスドットドットプラス」というメッセージがあるとします。数字で表すと、01001 になります。ランダムなキー 11010 を追加しましょう。1 + 0 = 1、1 + 1 = 0、0 + 0 = 0、0 + 1 = 1、1 + 0 = 1、つまり暗号文を取得します。 10011. 再度キーを追加すると、元のメッセージを復元できます。確認してみましょう: 1 + 1 = 0、1 + 0 = 1、0 + 0 = 0、1 + 1 = 0、0 + 1 = 1、01001 が得られます。

Tunney の解析作業は、その使用の初期の数か月間、送信者がメッセージを送信する前に使用するホイール設定を渡していたという事実によって容易になりました。その後、ドイツ人はプリセットされたホイール設定を含むコードブックをリリースしました。送信者は、受信者が本の中で正しいホイール設定を見つけるために使用できるコードを送信するだけで済みました。彼らは最終的にコードブックを毎日変更することになり、ブレッチリーは毎朝コードホイールをハッキングする必要がありました。

興味深いことに、暗号解読者は送信局と受信局の位置に基づいてタニー関数を解いた。この鉄道は、ドイツ軍最高司令部の中枢と、占領下のフランスからロシアの草原に至るまで、ヨーロッパのさまざまな軍事前線の陸軍および軍集団司令官とを結びつけた。それは魅力的な仕事でした。タニーをハッキングすると、敵の最高レベルの意図と能力に直接アクセスできることが約束されました。

その後、ドイツ人演算子によるミス、狡猾さと粘り強い決意の組み合わせにより、若い数学者はウィリアム・タットタニーの研究についての単純な結論をはるかに超えたものでした。彼は機械そのものを見ることなく、その内部構造を完全に決定しました。彼は、各車輪の可能な位置 (それぞれに独自の素数があります) と、車輪の位置がどのように正確にキーを生成するかを論理的に推定しました。この情報をもとに、ブレッチリーは、車輪が適切に調整されるとすぐに、メッセージの解読に使用できるタニーのレプリカを作成しました。

タニーとして知られるローレンツ暗号機の 12 個のキーホイール

ヒース・ロビンソン

1942年末までに、タットは特別な戦略を開発し、タニーを攻撃し続けた。これは、メッセージ内の 2 つの信号 (ドットまたはクロス、0 または 1) と次の信号のモジュロ 50 の合計であるデルタの概念に基づいています。彼は、タニーホイールの断続的な動きにより、暗号文のデルタとキーテキストのデルタの間には関係があることに気づきました。つまり、それらは一緒に変化する必要があるということです。したがって、暗号文をさまざまなホイール設定で生成されたキーテキストと比較すると、それぞれの差分を計算して一致の数をカウントできます。 2400% を大きく超える一致率は、実際のメッセージキーの潜在的な候補であることを示すはずです。このアイデアは理論的には優れていましたが、考えられるすべての設定をチェックするにはメッセージごとに XNUMX 回のパスを作成する必要があったため、実際に実装するのは不可能でした。

タットは、誰もが「ニューマニア」と呼ぶブレッチリー大学の部門を率いていた別の数学者、マックス・ニューマンにこの問題を持ち込んだ。ニューマン氏は、父親がドイツ出身だったため、一見すると、機密性の高い英国諜報機関を率いるとは考えられない選択だった。しかし、彼の家族はユダヤ人であったため、彼がヒトラーのためにスパイする可能性は低いように思われました。彼はヒトラーによるヨーロッパ支配の進展を非常に懸念していたので、1940年のフランス崩壊直後に家族を安全なニューヨークに移し、一時は彼自身もプリンストンに移ることを考えた。

マックス・ニューマン

偶然、ニューマンは、タタ法で必要な計算に取り組む、つまりマシンを作成するというアイデアを思いつきました。ブレッチリー氏は、暗号解析に機械を使用することにすでに慣れていました。こうしてエニグマは解読された。しかし、ニューマンはタニーの暗号を解くためのある電子装置を考案した。戦前、彼はケンブリッジで教鞭をとっており（彼の生徒の一人にアラン・チューリングがいた）、ウィン・ウィリアムズがキャベンディッシュで粒子をカウントするために製造した電子計数器について知っていた。アイデアは次のとおりです。ループ内で閉じられ、高速でスクロールする XNUMX つのフィルムを同期し、一方にはキーがあり、もう一方には暗号化されたメッセージがあり、各要素をデルタをカウントするプロセッサとして扱うと、電子カウンターは次のようになります。結果を合計します。各実行の終了時に最終スコアを読み取ることで、このキーが潜在的なキーであるかどうかを判断できます。

たまたま、適切な経験を持ったエンジニアの集団が存在しただけです。その中にはウィン＝ウィリアムズ自身も含まれていた。チューリングはマルバーン・レーダー研究所からウィン・ウィリアムズを採用し、電子機器を使用して回転数をカウントするエニグマ・マシン用の新しいローターの作成を手伝ってもらいました。彼は、このプロジェクトと別のエニグマプロジェクトを、ドリスヒルにある郵便研究ステーションの XNUMX 人のエンジニア、ウィリアムチャンドラー、シドニーブロードハースト、トミーフラワーズによって支援されました (英国郵便局はハイテク組織であり、責任を負っていたことを思い出させてください)紙の郵便のみですが、電信と電話も同様です）。両方のプロジェクトは失敗し、男性たちは何もせずに放置されました。ニューマンはそれらを集めた。彼はフラワーズを、デルタをカウントし、その結果をウィン・ウィリアムズが開発していたカウンターに送信する「結合装置」を作成するチームのリーダーに任命した。

ニューマンはエンジニアたちをマシンの構築に費やし、イギリス海軍女性局はメッセージ処理マシンの操作に専念しました。政府は高レベルの指導的地位にある男性のみを信頼し、女性はブレッチリーの作戦担当官としてうまく働き、メッセージの転写と解読のセットアップの両方を担当した。彼らは非常に有機的に、事務作業から作業を自動化する機械の管理へと移行することができました。彼らは軽薄にも自分の車に「」という名前を付けたヒース・ロビンソン"、イギリス相当ルーブ・ゴールドバーグ [どちらも漫画家のイラストレーターで、非常に単純な機能を実行する、非常に複雑でかさばる複雑なデバイスを描いていました。翻訳]。

前身である「ヒース・ロビンソン」車によく似た「オールド・ロビンソン」車

実際、ヒース・ロビンソンは理論的には非常に信頼できる人物でしたが、実際には深刻な問題に悩まされました。主なことは、2000 つの映画、つまり暗号テキストとキーテキストを完全に同期させる必要があるということでした。いずれかのフィルムが伸びたり滑ったりすると、通路全体が使用できなくなりました。エラーのリスクを最小限に抑えるために、ベルトはもっと速く動作する可能性がありますが、マシンは XNUMX 秒あたり XNUMX 文字を超えて処理しませんでした。フラワーズ氏はヒース・ロビンソン・プロジェクトの取り組みにしぶしぶ同意したが、もっと良い方法がある、つまりほぼ完全に電子部品で作られた機械があると信じていた。

巨像

トーマスフラワーズは、1930 年から英国郵便局の研究部門でエンジニアとして働き、最初は新しい自動電話交換機における誤った接続や失敗した接続の研究に取り組みました。これにより、彼は電話システムの改良版を作成する方法を考えるようになり、1935 年までにリレーなどの電気機械システムのコンポーネントを電子コンポーネントに置き換えることを提唱し始めました。この目標が彼の将来のキャリア全体を決定づけました。

トミー・フラワーズ、1940年頃

ほとんどの技術者は、電子部品は大規模に使用すると気まぐれで信頼性が低いと批判してきましたが、フラワーズ氏は、設計値を大幅に下回る電力で継続的に使用すると、真空管は実際に驚くほど長い寿命を示すことを示しました。彼は、1000 回線交換機のすべてのダイヤルトーン端子を真空管に置き換えることで、自分のアイデアを証明しました。合計で3〜4千個ありました。このインスタレーションは 1939 年に実際に稼働を始めました。同時期に、電話番号を記憶するリレーレジスタを電子リレーに置き換える実験を行った。

フラワーズは、自分が建設するために雇われたヒース・ロビンソンには重大な欠陥があり、より多くの真空管を使用し、機械部品を減らすことで問題をよりよく解決できると信じていました。 1943 年 1500 月に、彼はマシンの代替設計をニューマンに持ち込みました。 Flowers は巧みにキーテープを取り除き、同期の問題を解決しました。彼のマシンはキーテキストをその場で生成する必要がありました。彼女はタニーを電子的にシミュレートし、すべてのホイール設定を調べて、それぞれを暗号文と比較し、一致する可能性の高いものを記録しました。同氏は、このアプローチには約 XNUMX 本の真空管の使用が必要になると見積もっていました。

ニューマンとブレッチリーの他の経営陣はこの提案に懐疑的だった。フラワーズの同時代人のほとんどと同じように、彼らもエレクトロニクスをこれほどの規模で動作させることができるかどうか疑問に思っていました。さらに、たとえそれが機能するようになったとしても、彼らはそのような機械が戦争で役立つように間に合うように構築できるかどうかを疑っていました。

ドリス・ヒルのフラワーズの上司は、この電子モンスターを作成するためのチームを結成する許可を彼に与えました - フラワーズは、自分のアイデアがブレッチリーでどれほど気に入られたかを彼に説明するのに完全に誠実ではなかったかもしれません（アンドリュー・ホッジスによると、フラワーズは語った）彼の上司のゴードン・ラドリーは、このプロジェクトはブレッチリーにとって重要な仕事であり、ラドリーはすでにブレッチリーの仕事が絶対的な優先事項であることをチャーチルから聞いていたと話した）。 Flowers に加えて、Sidney Broadhurst と William Chandler がシステムの開発に大きな役割を果たし、この事業全体で Dollis Hill のリソースの半分に当たる 50 人近くが雇用されました。チームは、メーター、分岐ロジック、ルーティングと信号変換用の機器、機器ステータスの定期測定用の機器など、電話で使用されている前例からインスピレーションを得ました。ブロードハーストはそのような電気機械回路の達人であり、フラワーズとチャンドラーはリレーの世界からバルブの世界に概念を移す方法を理解したエレクトロニクスの専門家でした。 1944 年の初めまでに、チームはブレッチリーに実用的なモデルを提示しました。この巨大なマシンは「コロッサス」と呼ばれ、5000 秒あたり XNUMX 文字を確実に処理することでヒース・ロビンソンを上回ることができることがすぐに証明されました。

ニューマンとブレッチリーの残りの経営陣は、フラワーズを断ったのが間違いだったことにすぐに気づきました。 1944 年 12 月、彼らはさらに 1 機のコロッシを発注し、フランス侵攻が計画された日である 31 月 XNUMX 日までに運用が開始される予定でしたが、もちろんフラワーズにはこのことは知らされていませんでした。フラワーズは「そんなことは不可能だ」ときっぱり言ったが、彼のチームは英雄的な努力でXNUMX月XNUMX日までにXNUMX台目のマシンを納入することに成功し、新チームメンバーのアラン・クームズは多くの改良を加えた。

マーク II として知られる改良された設計は、最初のマシンの成功を引き継ぎました。フィルム供給システムに加えて、2400 個のランプ、12 個のロータリースイッチ、800 個のリレー、および電動タイプライターで構成されていました。

コロッサスマークII

カスタマイズ可能で、さまざまなタスクを処理するのに十分な柔軟性がありました。インストール後、各女性チームは特定の問題を解決するために「Colossus」を設定しました。タニーの車輪をシミュレートする電子呼び出し音を設定するには、電話オペレーターのパネルに似たパッチパネルが必要でした。オペレータは、一連のスイッチを使用して、外部フィルムとリングによって生成される内部信号という 0 つのデータストリームを処理する機能デバイスを任意の数だけ設定できます。一連の異なる論理要素を組み合わせることで、Colossus はデータに基づいて任意のブール関数、つまり 1 または 1000 を生成する関数を計算できました。各ユニットは Colossus カウンターを増加させました。別の制御装置は、カウンタの状態に基づいて分岐決定を行いました。たとえば、カウンタ値が XNUMX を超えた場合は出力を停止して印刷します。

「Colossus」を設定するためのスイッチパネル

コロッサスが現代の意味での汎用のプログラム可能なコンピューターであると仮定しましょう。 XNUMX つのデータストリーム (XNUMX つはテープ上にあるもの、もう XNUMX つはリングカウンタによって生成されたもの) を論理的に結合し、遭遇した XNUMX の数をカウントするだけで済みます。 Colossus の「プログラミング」の多くは紙の上で行われ、オペレーターはアナリストが作成した決定ツリーを実行します。たとえば、「システム出力が X 未満の場合は、構成 B を設定して Y を実行し、そうでない場合は Z を実行します。」というものです。

Colossus の高レベルのブロック図

それにもかかわらず、「コロッサス」はそれに割り当てられたタスクを解決する能力が十分にありました。 Atanasoff-Berry コンピュータとは異なり、Colossus は非常に高速でした。25000 秒あたり XNUMX 文字を処理でき、各文字には複数のブール演算が必要になる場合がありました。 Mark II は、フィルムの XNUMX つの異なるセクションを同時に読み取り、処理することにより、Mark I に比べて速度が XNUMX 倍向上しました。それは、光電池（対空から採取したもの）を使用して、システム全体を低速の電気機械入出力デバイスに接続することを拒否しました。ラジオヒューズ）受信テープを読み取るためのレジスタと、タイプライター出力をバッファリングするためのレジスタ。 1990 年代に Colossus を復元したチームのリーダーは、仕事においては 1995 年の Pentium ベースのコンピュータを依然として簡単に上回るパフォーマンスを発揮できることを示しました。

この強力なワープロマシンは、タニーの暗号を解読するプロジェクトの中心となりました。戦争が終わるまでにさらに 1950 台のマーク II が製造されました。そのパネルはバーミンガムの郵便工場の労働者によって月に XNUMX 枚のペースで大量生産されましたが、彼らは何を作っているのか全く知りませんでした。その後、ブレッチリーで組み立てられました。。供給省のある役人は、再び特別なバルブXNUMX個の要求を受けてイライラし、郵便局員が「ドイツ人に向けて銃を撃っているのか」と尋ねた。個々のプロジェクトを手作業で組み立てるのではなく、この工業的な方法では、次のコンピューターは XNUMX 年代まで製造されませんでした。バルブを守るフラワーズの指示のもと、各巨像は終戦まで昼夜問わず活動した。彼らは暗闇の中で静かに光りながら立ち、湿気の多い英国の冬を暖め、必要なくなる日が来るまで辛抱強く指示を待ちました。

沈黙のベール

ブレッチリーで展開する興味深いドラマに対する自然な熱意が、組織の軍事的成果を著しく誇張することにつながりました。映画のように、ほのめかすのはひどくばかげている。模造ゲーム「『イミテーション・ゲーム』は、アラン・チューリングがいなかったらイギリス文明は存在しなくなっていただろう。「巨像」は明らかに、ヨーロッパの戦争の経過には何の影響も与えなかった。彼の最も有名な業績は、1944 年のノルマンディー上陸作戦の欺瞞が機能したことを証明したことです。タニーを通じて受け取ったメッセージは、連合国がヒトラーとその指揮官に、本当の打撃はさらに東のパ・ド・カレーで起こるだろうとうまく説得したことを示唆していた。心強い情報ではあるが、連合軍司令部の血液中のコルチゾール濃度を下げることが戦争の勝利に貢献したとは考えにくい。

その一方で、コロッサスが示した技術の進歩は否定できませんでした。しかし、世界はすぐにこのことを知ることはないでしょう。チャーチルは、ゲーム終了時に存在していたすべての「巨像」を解体し、その設計の秘密も一緒に埋め立て地に送るよう命じた。 1960台の車両はこの死刑判決を何とか生き延び、1970年代まで英国諜報機関に残された。しかしそれでも英国政府はブレッチリーでの仕事について沈黙のベールを解かなかった。その存在が世間に知られるようになったのはXNUMX年代に入ってからです。

ブレッチリー・パークで行われている工事に関するいかなる議論も永久に禁止するという決定は、英国政府の過剰な警戒と言えるかもしれない。しかしフラワーズにとって、それは個人的な悲劇だった。コロッサスの発明者としての信用と名声をすべて剥奪された彼は、英国の電話システムのリレーを電子機器に置き換えようとする絶え間ない試みが阻止され続けたため、不満とフラストレーションに悩まされました。「巨像」の例を通じて彼の功績を示すことができれば、夢の実現に必要な影響力を得ることができるでしょう。しかし、彼の功績が知られるようになる頃には、フラワーズはとっくの昔に引退しており、何の影響力も持たなくなっていた。

世界中に散らばる電子コンピューティング愛好家の何人かが、コロッサスをめぐる秘密と、このアプローチの実行可能性を示す証拠の欠如に関連する同様の問題に悩まされていました。電気機械コンピューティングは今後しばらくの間、王者であり続ける可能性があります。しかし、エレクトロニック・コンピューティングが表舞台に立つ道を開く別のプロジェクトがありました。これも極秘の軍事開発の結果であったが、戦後も隠蔽されることなく、逆にENIACの名のもとに堂々と世界に暴露された。

何を読む：

• ジャック・コープランド編。コロッサス: ブレッチリーパークの暗号解読コンピューターの秘密 (2006)
• トーマス H. フラワーズ、「The Design of Colossus」、コンピューティングの歴史年報、1983 年 XNUMX 月
• アンドリュー・ホッジス、アラン・チューリング: エニグマ (1983)

出所： habr.com

電子コンピュータの歴史、パート 2: 巨像

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