Andere artikelen in de serie:
- Geschiedenis van het relais
- Geschiedenis van elektronische computers
- Geschiedenis van de transistor
- Internetgeschiedenis
In 1938 kocht het hoofd van de Britse geheime inlichtingendienst stilletjes een landgoed van 24 hectare, 80 kilometer van Londen. Het lag op het kruispunt van de spoorwegen van Londen in het noorden, en van Oxford in het westen naar Cambridge in het oosten, en was een ideale locatie voor een organisatie die door niemand zou worden gezien, maar wel binnen handbereik was van de meeste mensen. van de belangrijke kenniscentra en de Britse autoriteiten. Het landgoed bekend als , werd tijdens de Tweede Wereldoorlog het Britse centrum voor het kraken van codes. Dit is misschien wel de enige plaats ter wereld die bekend staat om zijn betrokkenheid bij cryptografie.
tanni
In de zomer van 1941 werd er in Bletchley al gewerkt aan het kraken van de beroemde Enigma-coderingsmachine die door het Duitse leger en de marine werd gebruikt. Als je een film over Britse codebrekers hebt gezien, hadden ze het over Enigma, maar daar zullen we het hier niet over hebben - omdat Bletchley kort na de invasie van de Sovjet-Unie de overdracht van berichten met een nieuw type codering ontdekte.
Cryptanalisten ontdekten al snel de algemene aard van de machine die werd gebruikt om berichten te verzenden, die ze de bijnaam ‘Tunny’ gaven.
In tegenstelling tot Enigma, wiens berichten met de hand moesten worden ontcijferd, maakte Tunney rechtstreeks verbinding met het teletype. Het teletype zette elk door de telefoniste ingevoerd teken om in een stroom van punten en kruisjes (vergelijkbaar met de punten en streepjes van morsecode) in standaard met vijf tekens per letter. Het was ongecodeerde tekst. Tunney gebruikte twaalf wielen tegelijk om haar eigen parallelle stroom van stippen en kruisen te creëren: de sleutel. Vervolgens voegde ze de sleutel toe aan het bericht en produceerde de cijfertekst die via de ether werd verzonden. Optelling werd uitgevoerd in binaire rekenkunde, waarbij punten correspondeerden met nullen en kruisjes correspondeerden met enen:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Een andere Tanny aan de kant van de ontvanger met dezelfde instellingen produceerde dezelfde sleutel en voegde deze toe aan het gecodeerde bericht om het originele bericht te produceren, dat op papier werd afgedrukt door het teletype van de ontvanger. Laten we zeggen dat we een bericht hebben: "punt plus punt punt plus." In cijfers is dit 01001. Laten we een willekeurige sleutel toevoegen: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, dus we krijgen de cijfertekst 10011. Door de sleutel opnieuw toe te voegen, kunt u het oorspronkelijke bericht herstellen. Laten we eens kijken: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, we krijgen 01001.
Het ontleden van Tunney's werk werd gemakkelijker gemaakt door het feit dat afzenders in de eerste maanden van gebruik de wielinstellingen doorgaven die moesten worden gebruikt voordat ze een bericht stuurden. Later brachten de Duitsers codeboeken uit met vooraf ingestelde wielinstellingen en hoefde de afzender alleen maar een code te sturen waarmee de ontvanger de juiste wielinstelling in het boek kon vinden. Uiteindelijk veranderden ze de codeboeken dagelijks, wat betekende dat Bletchley elke ochtend de codewielen moest hacken.
Interessant is dat cryptanalisten de Tunny-functie hebben opgelost op basis van de locatie van de zend- en ontvangststations. Het verbond de zenuwcentra van het Duitse opperbevel met de leger- en legergroepcommandanten op verschillende Europese militaire fronten, van bezet Frankrijk tot de Russische steppen. Het was een verleidelijke taak: het hacken van Tunney beloofde directe toegang tot de hoogste bedoelingen en capaciteiten van de vijand.
Vervolgens, door een combinatie van fouten van Duitse operators, sluwe en hardnekkige vastberadenheid, de jonge wiskundige ging veel verder dan simpele conclusies over het werk van Tunney. Zonder de machine zelf te zien, bepaalde hij de interne structuur volledig. Hij leidde op logische wijze de mogelijke posities van elk wiel af (elk had zijn eigen priemgetal), en hoe precies de positie van de wielen de sleutel genereerde. Gewapend met deze informatie bouwde Bletchley replica's van de Tunney die konden worden gebruikt om berichten te ontcijferen - zodra de wielen goed waren afgesteld.
12 sleutelwielen van een Lorenz-codeermachine bekend als Tanny
Heide Robinson
Tegen het einde van 1942 bleef Tat Tanni aanvallen, nadat hij hiervoor een speciale strategie had ontwikkeld. Het was gebaseerd op het concept van delta: de modulo 2-som van het ene signaal in een bericht (punt of kruis, 0 of 1) met het volgende. Hij realiseerde zich dat er door de intermitterende beweging van de Tunney-wielen een verband bestond tussen de cijfertekstdelta en de sleuteltekstdelta: ze moesten samen veranderen. Dus als u de cijfertekst vergelijkt met de sleuteltekst die bij verschillende wielinstellingen is gegenereerd, kunt u voor elke wielinstelling de delta berekenen en het aantal overeenkomsten tellen. Een matchpercentage van ruim boven de 50% zou een potentiële kandidaat voor de echte berichtsleutel moeten markeren. Het idee was in theorie goed, maar in de praktijk onmogelijk uit te voeren, omdat er voor elk bericht 2400 passen nodig waren om alle mogelijke instellingen te controleren.
Tat legde het probleem voor aan een andere wiskundige, Max Newman, die aan het hoofd stond van de afdeling in Bletchley die iedereen ‘Newmania’ noemde. Newman was op het eerste gezicht een onwaarschijnlijke keuze om de gevoelige Britse inlichtingenorganisatie te leiden, aangezien zijn vader uit Duitsland kwam. Het leek echter onwaarschijnlijk dat hij voor Hitler zou spioneren, aangezien zijn familie joods was. Hij was zo bezorgd over de voortgang van Hitlers dominantie in Europa dat hij zijn gezin kort na de ineenstorting van Frankrijk in 1940 naar het veilige New York verhuisde, en een tijdlang overwoog hij zelf om naar Princeton te verhuizen.
Max Nieuwman
Het gebeurde zo dat Newman een idee had om te werken aan de berekeningen die nodig zijn voor de Tata-methode - door een machine te maken. Bletchley was al gewend aan het gebruik van machines voor cryptanalyse. Dit is hoe Enigma werd gekraakt. Maar Newman bedacht een bepaald elektronisch apparaat om aan het Tunney-cijfer te werken. Voor de oorlog gaf hij les in Cambridge (een van zijn studenten was Alan Turing), en kende de elektronische tellers die door Wynne-Williams waren gebouwd om deeltjes te tellen in Cavendish. Het idee was dit: als je twee films synchroniseerde die in een lus waren gesloten en met hoge snelheid scrolden, waarvan de ene een sleutel had en de andere een gecodeerd bericht, en elk element behandelde als een processor die delta's telde, dan zou een elektronische teller kunnen de resultaten bij elkaar optellen. Door de eindscore aan het einde van elke run af te lezen, kon men beslissen of deze sleutel een potentiële sleutel was of niet.
Het gebeurde zo dat er gewoon een groep ingenieurs met de juiste ervaring bestond. Onder hen was Wynne-Williams zelf. Turing rekruteerde Wynne-Williams van het Malvern Radar Laboratory om te helpen bij het creëren van een nieuwe rotor voor de Enigma-machine, waarbij hij elektronica gebruikte om windingen te tellen. Bij dit en een ander Enigma-project werd hij bijgestaan door drie ingenieurs van het Postal Research Station in Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst en Tommy Flowers (laat me u eraan herinneren dat het British Post Office een hightech organisatie was en niet verantwoordelijk was alleen voor papieren post, maar ook voor telegrafie en telefonie). Beide projecten mislukten en de mannen bleven werkeloos achter. Newman verzamelde ze. Hij benoemde Flowers om leiding te geven aan een team dat een ‘combinerend apparaat’ creëerde dat delta’s zou tellen en het resultaat zou doorgeven aan een teller waar Wynne-Williams aan werkte.
Newman hield de ingenieurs bezig met het bouwen van de machines en de Women's Department van de Royal Navy met het bedienen van zijn berichtenverwerkingsmachines. De regering vertrouwde alleen mannen met leidinggevende posities op hoog niveau toe, en vrouwen deden het goed als operationele officieren van Bletchley, waarbij ze zowel de transcriptie als de decodering van berichten verzorgden. Ze slaagden er heel organisch in om van administratief werk over te stappen op het zorgen voor de machines die hun werk automatiseerden. Ze noemden hun auto frivool "", Brits equivalent [beiden waren cartoonistische illustratoren die uiterst complexe, omvangrijke en ingewikkelde apparaten afbeeldden die zeer eenvoudige functies uitvoerden / ca. vert.].
De auto "Old Robinson", die sterk lijkt op zijn voorganger, de auto "Heath Robinson".
Heath Robinson, hoewel in theorie behoorlijk betrouwbaar, kampte in de praktijk met ernstige problemen. Het belangrijkste was de behoefte aan perfecte synchronisatie van de twee films: de cijfertekst en de sleuteltekst. Elk uitrekken of verschuiven van een van de films maakte de hele doorgang onbruikbaar. Om de kans op fouten te minimaliseren verwerkte de machine niet meer dan 2000 tekens per seconde, al konden de banden wel sneller werken. Flowers, die met tegenzin instemde met het werk van het Heath Robinson-project, geloofde dat er een betere manier was: een machine die bijna volledig uit elektronische componenten was opgebouwd.
kolos
Thomas Flowers werkte vanaf 1930 als ingenieur op de onderzoeksafdeling van het Britse Postkantoor, waar hij zich aanvankelijk bezighield met onderzoek naar onjuiste en mislukte verbindingen in nieuwe automatische telefooncentrales. Dit bracht hem ertoe na te denken over hoe hij een verbeterde versie van het telefoonsysteem kon creëren, en in 1935 begon hij te pleiten voor het vervangen van elektromechanische systeemcomponenten, zoals relais, door elektronische. Dit doel bepaalde zijn hele toekomstige carrière.
Tommy Bloemen, rond 1940
De meeste ingenieurs hebben elektronische componenten bekritiseerd omdat ze grillig en onbetrouwbaar zijn bij gebruik op grote schaal, maar Flowers toonde aan dat vacuümbuizen bij continu gebruik en bij vermogens ver beneden hun ontwerp een verbazingwekkend lange levensduur vertoonden. Hij bewees zijn ideeën door alle kiestoonterminals op een schakelaar met 1000 lijnen te vervangen door buizen; in totaal waren het er 3-4 duizend. Deze installatie werd in 1939 in gebruik genomen. In dezelfde periode experimenteerde hij met het vervangen van de relaisregisters waarin telefoonnummers waren opgeslagen door elektronische relais.
Flowers geloofde dat de Heath Robinson die hij moest bouwen ernstige gebreken vertoonde en dat hij het probleem veel beter kon oplossen door meer buizen en minder mechanische onderdelen te gebruiken. In februari 1943 bracht hij een alternatief ontwerp voor de machine naar Newman. Flowers heeft op een slimme manier de sleutelband verwijderd, waardoor het synchronisatieprobleem is geëlimineerd. Zijn machine moest de sleuteltekst direct genereren. Ze simuleerde Tunney elektronisch, doorliep alle wielinstellingen en vergeleek ze allemaal met de cijfertekst, en registreerde waarschijnlijke overeenkomsten. Hij schatte dat deze aanpak het gebruik van ongeveer 1500 vacuümbuizen zou vereisen.
Newman en de rest van het management van Bletchley stonden sceptisch tegenover dit voorstel. Net als de meeste tijdgenoten van Flowers betwijfelden zij of elektronica op een dergelijke schaal zou kunnen werken. Bovendien betwijfelden ze, zelfs als het zou kunnen werken, of een dergelijke machine op tijd gebouwd zou kunnen worden om bruikbaar te zijn in de oorlog.
De baas van Flowers bij Dollis Hill gaf hem groen licht om een team samen te stellen om dit elektronische monster te creëren - Flowers was misschien niet helemaal oprecht toen hij hem vertelde hoezeer zijn idee bij Bletchley in de smaak viel (volgens Andrew Hodges vertelde Flowers zijn baas, Gordon Radley, dat het project cruciaal werk was voor Bletchley, en Radley had al van Churchill gehoord dat Bletchley's werk een absolute prioriteit was). Naast Flowers speelden Sidney Broadhurst en William Chandler een grote rol in de ontwikkeling van het systeem, en de hele onderneming had bijna 50 mensen in dienst, de helft van de middelen van Dollis Hill. Het team liet zich inspireren door precedenten uit de telefonie: meters, taklogica, apparatuur voor routering en signaalvertaling, en apparatuur voor periodieke metingen van de status van apparatuur. Broadhurst was een meester in dergelijke elektromechanische circuits, en Flowers en Chandler waren elektronica-experts die begrepen hoe ze concepten van de wereld van relais naar de wereld van kleppen konden overbrengen. Begin 1944 had het team een werkend model aan Bletchley gepresenteerd. De gigantische machine kreeg de naam "Colossus" en bewees al snel dat hij Heath Robinson kon overtreffen door op betrouwbare wijze 5000 tekens per seconde te verwerken.
Newman en de rest van het management van Bletchley beseften al snel dat ze een fout hadden gemaakt door Flowers af te wijzen. In februari 1944 bestelden ze nog eens twaalf Colossi, die op 12 juni operationeel moesten zijn - de datum waarop de invasie van Frankrijk gepland was, hoewel dit bij Flowers uiteraard niet bekend was. Flowers zei ronduit dat dit onmogelijk was, maar met heroïsche inspanningen slaagde zijn team erin om op 1 mei een tweede auto af te leveren, waaraan nieuw teamlid Alan Coombs veel verbeteringen aanbracht.
Het herziene ontwerp, bekend als de Mark II, zette het succes van de eerste machine voort. Naast het filmtoevoersysteem bestond het uit 2400 lampen, 12 draaischakelaars, 800 relais en een elektrische typemachine.
Kolos Mark II
Het was aanpasbaar en flexibel genoeg om een verscheidenheid aan taken uit te voeren. Na de installatie configureerde elk damesteam zijn "Colossus" om bepaalde problemen op te lossen. Er was een patchpaneel nodig, vergelijkbaar met het paneel van een telefoonoperator, om elektronische ringen op te zetten die Tunney-wielen simuleerden. Met een reeks schakelaars konden operators een willekeurig aantal functionele apparaten configureren die twee datastromen verwerkten: een externe film en een intern signaal gegenereerd door de ringen. Door een reeks verschillende logische elementen te combineren, kon Colossus willekeurige Booleaanse functies berekenen op basis van gegevens, dat wil zeggen functies die een 0 of 1 zouden opleveren. Elke eenheid verhoogde de Colossus-teller. Een afzonderlijk besturingsapparaat nam vertakkingsbeslissingen op basis van de status van de teller - bijvoorbeeld stoppen en een uitvoer afdrukken als de tellerwaarde de 1000 overschreed.
Schakelpaneel voor het configureren van “Colossus”
Laten we aannemen dat de Colossus een programmeerbare computer voor algemeen gebruik in de moderne zin van het woord was. Het zou logischerwijs twee datastromen kunnen combineren – één op tape en één gegenereerd door ringtellers – en het aantal aangetroffen XNUMX-en kunnen tellen, en dat is alles. Een groot deel van de "programmering" van de Colossus vond plaats op papier, waarbij operators een beslissingsboom uitvoerden die was opgesteld door analisten: zeg: "als de systeemuitvoer kleiner is dan X, stel dan configuratie B in en voer Y uit, anders doe je Z."
Blokdiagram op hoog niveau voor Colossus
Niettemin was "Colossus" heel goed in staat de hem toegewezen taak op te lossen. In tegenstelling tot de Atanasoff-Berry-computer was de Colossus extreem snel: hij kon 25000 tekens per seconde verwerken, die elk verschillende Booleaanse bewerkingen konden vereisen. De Mark II verhoogde de snelheid vervijfvoudigd ten opzichte van de Mark I door tegelijkertijd vijf verschillende filmfragmenten te lezen en te verwerken. Het weigerde het hele systeem aan te sluiten op langzame elektromechanische invoer-uitvoerapparaten, waarbij gebruik werd gemaakt van fotocellen (afkomstig van luchtafweergeschut). ) voor het lezen van binnenkomende banden en een register voor het bufferen van de uitvoer van de typemachine. De leider van het team dat Colossus in de jaren negentig restaureerde, liet zien dat hij op zijn werk nog steeds gemakkelijk beter kon presteren dan een Pentium-computer uit 1990.
Deze krachtige tekstverwerkingsmachine werd het middelpunt van het project om de Tunney-code te kraken. Voor het einde van de oorlog werden nog tien Mark II's gebouwd, waarvan de panelen met een snelheid van één per maand werden geproduceerd door arbeiders van de postfabriek in Birmingham, die geen idee hadden wat ze maakten, en vervolgens in Bletchley werden geassembleerd. . Een geïrriteerde ambtenaar van het Ministerie van Bevoorrading, die opnieuw een verzoek had ontvangen om duizend speciale kleppen, vroeg of de postbodes ‘ze op de Duitsers beschoten’. Op deze industriële manier, in plaats van door een individueel project met de hand in elkaar te zetten, zou de volgende computer pas in de jaren vijftig worden geproduceerd. Onder de instructies van Flowers om de kleppen te beschermen, werkte elke Colossus dag en nacht tot het einde van de oorlog. Ze stonden rustig gloeiend in de duisternis, warmden de natte Britse winter op en wachtten geduldig op instructies tot de dag aanbrak dat ze niet langer nodig waren.
Sluier van stilte
Het natuurlijke enthousiasme voor het intrigerende drama dat zich in Bletchley afspeelde, leidde tot een grove overdrijving van de militaire prestaties van de organisatie. Het is vreselijk absurd om te hinten, zoals de film doet."[The Imitation Game] dat de Britse beschaving zou ophouden te bestaan zonder Alan Turing. "Colossus" had blijkbaar geen invloed op het verloop van de oorlog in Europa. Zijn meest gepubliceerde prestatie was het bewijzen dat de misleiding van de landing in Normandië in 1944 had gewerkt. Via Tanny ontvangen berichten suggereerden dat de geallieerden Hitler en zijn commando er met succes van hadden overtuigd dat de echte klap verder naar het oosten zou komen, bij Pas de Calais. Bemoedigende informatie, maar het is onwaarschijnlijk dat het verlagen van het cortisolgehalte in het bloed van het geallieerde commando heeft bijgedragen aan het winnen van de oorlog.
Aan de andere kant waren de technologische vooruitgang die Colossus presenteerde onmiskenbaar. Maar de wereld zal dit niet snel weten. Churchill gaf opdracht om alle “Colossi” die aan het einde van het spel bestonden, te ontmantelen en het geheim van hun ontwerp mee naar de vuilstort te sturen. Twee voertuigen overleefden op de een of andere manier dit doodvonnis en bleven tot de jaren zestig in de Britse inlichtingendienst. Maar zelfs toen lichtte de Britse regering de sluier van stilte over het werk bij Bletchley niet op. Pas in de jaren zeventig werd het bestaan ervan algemeen bekend.
Het besluit om elke discussie over de werkzaamheden in Bletchley Park permanent te verbieden, zou een overdreven voorzichtigheid van de Britse regering kunnen worden genoemd. Maar voor Flowers was het een persoonlijke tragedie. Ontdaan van alle eer en prestige als uitvinder van de Colossus, kreeg hij te maken met ontevredenheid en frustratie omdat zijn voortdurende pogingen om relais in het Britse telefoonsysteem te vervangen door elektronica voortdurend werden geblokkeerd. Als hij zijn prestatie zou kunnen aantonen aan de hand van het voorbeeld van "Colossus", zou hij de invloed hebben die nodig is om zijn droom te verwezenlijken. Maar tegen de tijd dat zijn prestaties bekend werden, was Flowers al lang met pensioen en kon hij nergens meer invloed op uitoefenen.
Verschillende liefhebbers van elektronische computers, verspreid over de hele wereld, leden aan soortgelijke problemen die verband hielden met de geheimhouding rond Colossus en het gebrek aan bewijs voor de haalbaarheid van deze aanpak. Elektromechanisch computergebruik zou nog een tijdje koning kunnen blijven. Maar er was nog een ander project dat de weg zou vrijmaken voor elektronische computers om centraal te staan. Hoewel het ook het resultaat was van geheime militaire ontwikkelingen, werd het na de oorlog niet verborgen gehouden, maar werd het integendeel met het grootste zelfvertrouwen aan de wereld onthuld, onder de naam ENIAC.
Wat te lezen:
• Jack Copeland, uitg. Colossus: De geheimen van de codebrekende computers van Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, “The Design of Colossus”, Annals of the History of Computing, juli 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: Het raadsel (1983)
Bron: www.habr.com