Andere artikelen in de serie:
- De geschiedenis van relais
- De geschiedenis van elektronische computers
- De geschiedenis van de transistor
- De geschiedenis van het internet
In 1938 kocht de hoofd van de Britse geheime inlichtingendienst stilletjes een landgoed van 24 hectare, 80 mijl van Londen. Het lag op de kruising van spoorwegen van Londen naar het noorden en van Oxford naar het westen naar Cambridge in het oosten, en was de ideale plek voor een organisatie die niemand mocht zien, maar toch gemakkelijk toegankelijk was voor de meeste belangrijke centra van kennis en macht in Groot-Brittanniƫ. Het landgoed, bekend als , werd het Britse centrum voor het kraken van codes tijdens de Tweede Wereldoorlog. Dit is misschien de enige plek ter wereld die bekend staat om zijn betrokkenheid bij cryptografie.
Tanni
In de zomer van 1941 was men in Bletchley al druk bezig met het kraken van de beroemde codeermachine Enigma, die door het Duitse leger en de marine werd gebruikt. Als je de film over de Britse codekrakers hebt gezien, dan hebben ze het daar over Enigma, maar daar gaan we hier verder niet op in - want kort na de invasie van de Sovjetunie werd in Bletchley een communicatie met een nieuw type codering ontdekt.
Cryptanalisten ontraadselden al snel de algemene aard van de gebruikte machine voor het verzenden van berichten, die ze 'Tanni' noemden.
In tegenstelling tot Enigma, waarvan de berichten handmatig moesten worden ontcijferd, sloot Tanni zich rechtstreeks aan op de teletype. De teletype veranderde elk teken dat door de operator werd ingevoerd in een stroom van stippen en kruisen (vergelijkbaar met de punten en streepjes van de Morse-code) in de standaard met vijf symbolen per letter. Dit was niet-versleutelde tekst. Tanni gebruikte tegelijkertijd twaalf wieltjes om haar eigen parallelle stroom van punten en kruisen te creƫren: de sleutel. Vervolgens voegde ze de sleutel toe aan het bericht, waardoor de versleutelde tekst werd verzonden via de lucht. De optelling vond plaats in binaire rekenkunde, waarbij punten overeenkwamen met nullen en kruisen met enen.
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Een andere Tanni aan de ontvangende kant met dezelfde instellingen genereerde dezelfde sleutel en voegde deze toe aan het versleutelde bericht om het oorspronkelijke bericht te onthullen, dat op papier werd getypt door de telegrafist van de ontvanger. Stel dat we het bericht hebben: āpunt plus punt punt plusā. In cijfers zou dit 01001 zijn. Laten we een willekeurige sleutel toevoegen: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, zodat we de versleutelde tekst 10011 krijgen. Door de sleutel opnieuw toe te voegen, kan het oorspronkelijke bericht worden hersteld. Laten we het controleren: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, we krijgen 01001.
De analyse van Tanni's werking werd vergemakkelijkt door het feit dat in de vroege maanden van haar gebruik de zenders de instellingen van de wieltjes doorgaven die moesten worden gebruikt voordat ze het bericht verzonden. Later publiceerden de Duitsers codeboeken met vooraf ingestelde wieltjesinstellingen, en de zender hoefde alleen maar de code te versturen waarmee de ontvanger de juiste wielsinstelling in het boek kon vinden. Uiteindelijk gingen ze de codeboeken dagelijks wisselen, waardoor Bletchley elke ochtend de instellingen van de coderingswieltjes moest kraken.
Het is interessant dat cryptanalisten de functie van Tanni ontrafelden op basis van de locatie van de verzend- en ontvangstations. Ze verbond de zenuwcentra van het hoogste Duitse commando met het leger en de bevelhebbers van de legergroepen aan verschillende Europese oorlogsfronten, van bezet Frankrijk tot de Russische steppe. Dit was een uitdagende taak: het kraken van Tanni beloofde directe toegang tot de bedoelingen en mogelijkheden van de vijand op het hoogste niveau.
Vervolgens, door een combinatie van fouten van Duitse operators, sluwheid en vastberadenheid, de jonge wiskundige Hij ging veel verder dan simpele conclusies over het functioneren van de Tanni. Zonder de machine te zien, bepaalde hij volledig haar interne structuur. Hij leidde logisch de mogelijke posities van ieder wiel af (ieder had zijn eigen priemgetal) en hoe de positie van de wielen de sleutel genereerde. Gewapend met deze informatie bouwden ze in Bletchley kopieƫn van de Tanni, die konden worden gebruikt voor het ontcijferen van berichten - direct na de juiste afstemming van de wielen.
12 wielen van de sleutel van de machine die de Lorenz-codering gebruikt, bekend als de Tanni
Hit Robinson
Tegen het einde van 1942 zette Tatt zijn aanvallen op de Tanni voort, door hiervoor een speciale strategie te ontwikkelen. Deze was gebaseerd op het delta-concept: de som modulo 2 van ƩƩn signaal in een bericht (punten of kruisjes, 0 of 1) met het volgende. Hij begreep dat door de onderbroken beweging van de Tanni-wielen er een relatie bestond tussen de delta van de versleutelde tekst en de delta van de sleuteltekst: ze moesten gezamenlijk veranderen. Dus als je de versleutelde tekst vergeleek met de sleuteltekst, gegenereerd onder verschillende instelingen van de wielen, kon je de delta voor elk berekenen en het aantal overeenkomsten tellen. Een aantal overeenkomsten dat aanzienlijk boven de 50% lag, zou een potentiƫle kandidaat voor de echte boodschap-sleutel moeten markeren. In theorie was het idee goed, maar in de praktijk was het onuitvoerbaar, aangezien dit vereiste dat er 2400 doorgangen voor elk bericht werden gedaan om alle mogelijke instellingen te controleren.
Tatt bracht deze taak naar een andere wiskundige, Max Newman, die leidinggaf aan een afdeling in Bletchley, die iedereen 'Newmania' noemde. Newman leek in eerste instantie een onwaarschijnlijke kandidaat voor het leiden van een gevoelige Britse inlichtingendienst, omdat 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 opkomst van Hitlers dominantie in Europa, dat hij zijn gezin naar een veilige plek in New York verhuisde, kort na de ineenstorting van Frankrijk in 1940, en een tijdlang overwoog zelf naar Princeton te verhuizen.
Max Newman
Het gebeurde zo dat Newman een idee had om berekeningen te doen die nodig waren voor de Tata-methode ā door het creĆ«ren van een machine. In Bletchley waren ze al gewend om machines te gebruiken voor cryptanalyse. Zo werd de Enigma gekraakt. Maar Newman bedacht een specifiek elektronisch apparaat voor het werken aan de Tanni-codering. Voor de oorlog doceerde hij aan de Universiteit van Cambridge (een van zijn studenten was Alan Turing) en hij was bekend met elektronische tellers, gebouwd door Wynne-Williams voor het tellen van deeltjes in Cavendish. Het idee was als volgt: als je twee gesloten lussen van film synchroniseert die met hoge snelheid draaien, met op de ene de sleutel en op de andere het versleutelde bericht, en elke element door een verwerker laat tellen die de delftjes berekent, zou de elektronische teller de resultaten kunnen optellen. Door de uiteindelijke telling aan het einde van elke run te lezen, kon je bepalen of deze sleutel potentieel was of niet.
Zo gebeurde het dat er een groep ingenieurs met de juiste ervaring was. Onder hen was ook Wynne-Williams zelf. Turing rekruteerde Wynne-Williams van het radar lab in Malvern om te helpen bij het creƫren van een nieuwe rotor voor de machine die de Enigma decodeerde, die elektronica gebruikte om de omwentelingen te tellen. Hij werd daarbij geholpen door drie ingenieurs van het Post Research Station in Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadheath en Tommy Flowers (ik herinner eraan dat het Britse postbedrijf een hightechorganisatie was, verantwoordelijk niet alleen voor post, maar ook voor telegrafie en telefonie). Beide projecten mislukten en de mannen zaten zonder werk. Newman verzamelde hen. Hij stelde Flowers aan als teamleider van de groep die het 'combinatieapparaat' zou ontwikkelen, dat de delftjes moest tellen en de resultaten moest doorgeven aan de teller waaraan Wynne-Williams werkte.
Newman had engineers build machines, while the Women's Royal Naval Service managed his machines for handling messages. The government entrusted high-ranking positions only to men, while women performed well working as operators at Bletchley ā they were involved in both transcribing messages and decoding settings. They transitioned smoothly from clerical work to caring for the machines that automated their tasks. They whimsically named their protĆ©gĆ© machine "", the British equivalent of [both were cartoonist illustrators depicting incredibly complex, bulky, and convoluted devices that performed very simple functions / translator's note].
The machine "Old Robinson," very similar to its predecessor, the machine "Hit Robinson"
Indeed, "Hit Robinson," theoretically quite reliable, practically suffered from serious issues. The main problem was the need for perfect synchronization of two tapes ā the encrypted text and the key text. Any stretching or slipping of either tape rendered the entire pass worthless. To minimize the risk of errors, the machine processed no more than 2000 characters per second, although the belts could operate faster. Flowers, reluctantly agreeing with the workings of the "Hit Robinson" project, believed there was a better way: a machine almost entirely built from electronic components.
Colossus
Thomas Flowers worked as an engineer in the research department of the British Post Office from 1930, where he initially worked on researching incorrect and failed connections in new automatic telephone exchanges. This led him to contemplate how to create an improved version of the telephone system, and by 1935 he was advocating the replacement of electromechanical components of the system, such as relays, with electronic ones. This goal defined his entire subsequent career.
Tommy Flowers, around 1940
De meeste ingenieurs bekritiseerden elektronische componenten vanwege hun grilligheid en onbetrouwbaarheid bij gebruik op grote schaal, maar Flowers toonde aan dat als je ze continu gebruikt en op veel lagere vermogens dan berekend, elektronische lampen in feite een opmerkelijk lange levensduur vertonen. Hij bewees zijn ideeƫn door alle terminals die de toon-signaalverbinding op een schakelaar die 1000 lijnen bediende, te vervangen door lampen; in totaal waren er 3-4 duizend. Deze installatie werd in 1939 in echte werking genomen. In dezelfde periode experimenteerde hij met het vervangen van relaisregisters, die telefoonnummers opsloegen, door elektronische relais.
Flowers was van mening dat de 'Hit Robinson', waarvoor hij was ingehuurd, ernstige tekortkomingen had en dat hij deze taak veel beter kon oplossen door meer lampen en minder mechanische onderdelen te gebruiken. In februari 1943 presenteerde hij een alternatief schema van de machine aan Newman. Flowers ontdekte slim de sleutelband waardoor het synchronisatieprobleem werd geƫlimineerd. Zijn machine zou de sleuteltekst on-the-fly moeten genereren. Het zou Tannie elektronisch moeten simuleren door alle wielinstellingen te doorlopen en elke instelling te vergelijken met de versleutelde tekst, waarbij het waarschijnlijk overeenkomsten vastlegde. Hij verwachtte dat deze aanpak ongeveer 1500 elektronische lampen zou vereisen.
Newman en de rest van de Bletchley-leiding waren sceptisch over dit voorstel. Zoals de meeste tijdgenoten van Flowers twijfelden ze of het mogelijk was om elektronica op deze schaal te laten werken. Bovendien, zelfs als het mogelijk zou zijn om het werkend te krijgen, twijfelden ze of zo'n machine tijdig gebouwd kon worden om in de oorlog van nut te zijn.
De leidinggevende van Flowers in Dollis Hill gaf hem uiteindelijk toestemming om een team samen te stellen voor de creatie van dit elektronische monster - Flowers beschreef misschien niet helemaal eerlijk hoeveel zijn idee werd gewaardeerd in Bletchley (Als we Andrew Hodges mogen geloven, vertelde Flowers aan zijn baas, Gordon Radley, dat het project een kritieke werk was voor Bletchley en Radley had al van Churchill gehoord dat het werk in Bletchley absoluut prioriteit had). Naast Flowers speelden Sydney Broadhurst en William Chandler een grote rol in de ontwikkeling van het systeem, en het hele project vergde de inzet van bijna 50 mensen, de helft van de middelen van Dollis Hill. Het team liet zich inspireren door precedenten die in de telefonie werden gebruikt: tellers, vertakking logica, apparatuur voor routering en signaalvertaling, en apparatuur voor periodieke statusmetingen van de apparatuur. Broadhurst was een meester in dergelijke elektromechanische schema's, terwijl Flowers en Chandler experts waren in elektronica, die begrepen hoe ze concepten uit de wereld van relais naar de wereld van kleppen konden overbrengen. Begin 1944 presenteerde het team een werkend model in Bletchley. De gigantische machine kreeg de naam 'Colossus' en bewees snel dat ze 'Robinson's Hit' kon overschaduwen door betrouwbaar 5000 symbolen per seconde te verwerken.
Newman en de rest van de leiding in Bletchley beseften snel dat ze een fout maakten door Flowers af te wijzen. In februari 1944 gaven ze een bestelling voor nog eens 12 'Colossussen', die gereed moesten zijn op 1 juni - de datum waarop de invasie in Frankrijk was gepland, hoewel Flowers hiervan natuurlijk niet op de hoogte was. Flowers zei letterlijk dat dit onmogelijk was, maar met heroĆÆsche inspanningen slaagde zijn team erin om de tweede machine op 31 mei af te hebben, waarin nieuw teamlid Alan Coombs vele verbeteringen aanbracht.
Het herziene schema, bekend als Mark II, zette het succes van de eerste machine voort. Naast de filmsysteem bestond het uit 2400 lampen, 12 draaiknoppen, 800 relais en een elektrische typemachine.
Colossus Mark II
Het was aanpasbaar en voldoende flexibel om verschillende taken uit te voeren. Na de installatie heeft elk van de vrouwelijke teams hun 'Colossus' geconfigureerd om specifieke problemen op te lossen. Een schakelpaneel, vergelijkbaar met dat van een telefoonoperator, was nodig om de elektronische ringen in te stellen die die van Tanni simuleerden. De set schakelaars stelde de operatoren in staat om elk aantal functionele apparaten in te stellen, die twee datastromen verwerkten: externe film en het interne signaal dat door de ringen werd gegenereerd. Door verschillende logische elementen te combineren, kon de 'Colossus' willekeurige binaire functies berekenen op basis van de gegevens, dat wil zeggen, functies die 0 of 1 zouden teruggeven. Eenheid voor eenheid verhoogde het de teller van de 'Colossus'. Een aparte besturingseenheid maakte vertakkende beslissingen op basis van de toestand van de teller ā bijvoorbeeld, stop met afdrukken als de waarde van de teller 1000 overschreed.
Schakelpaneel voor het instellen van de 'Colossus'
Stel je voor dat de 'Colossus' een programmeerbare computer van algemeen nut was in de moderne zin. Hij kon logisch twee datastromen combineren ā Ć©Ć©n op film, en Ć©Ć©n, gegenereerd door de ringtellers ā en het aantal ontmoeten Ć©Ć©nheden tellen, en dat was alles. Het grootste deel van de 'programmering' van de 'Colossus' vond op papier plaats, en de operatoren voerden een beslisboom uit die door analisten was voorbereid: stel dat, 'als de uitvoer van het systeem kleiner is dan X, configureer dan configuratie B en voer Y uit, anders voer Z uit'.
Hogere niveau stroomschema voor de 'Colossus'
Desondanks was de 'Colossus' zeer goed in staat om de hem opgelegde taak uit te voeren. In tegenstelling tot de computer van Atanasoff-Berry was de 'Colossus' extreem snel ā hij kon 25.000 tekens per seconde verwerken, elk waarvoor meerdere binaire bewerkingen uitgevoerd moesten worden. Mark II verhoogde de snelheid vijf keer ten opzichte van Mark I, door tegelijkertijd vijf verschillende filmsecties te lezen en te verwerken. Het koppelde het hele systeem niet aan langzame elektromechanische invoer- en uitvoerapparaten, dit gebeurde met fotodetectors (genomen van luchtafweersystemen). ) voor het lezen van binnenkomende films en register voor de buffering van de output naar de typemachine. De teamleider die in de jaren '90 het 'Colossus' herstelde, toonde aan dat hij in zijn vakgebied nog steeds moeiteloos de prestaties van een computer gebaseerd op een Pentium-processor uit 1995 kon overtreffen.
Deze krachtige tekstverwerkingsmachine werd het centrum van het project om de Tan-kode te kraken. Tegen het einde van de oorlog waren er nog eens tien Mark II gebouwd, waarvan de panelen Ć©Ć©n voor Ć©Ć©n per maand werden gestempeld door postkantoormedewerkers in Birmingham die geen idee hadden wat ze produceerden, en vervolgens werden ze in Bletchley in elkaar gezet. Een geĆÆrriteerde ambtenaar van het Ministerie van Voorzieningen vroeg zich, na opnieuw een aanvraag voor duizend speciale kleppen te hebben ontvangen, af of de postmedewerkers deze op de Duitsers schoten. Op deze industriĆ«le manier en niet met handmatige assemblage van een individueel project, werd de volgende computer pas in de jaren '50 geproduceerd. Volgens de instructies van Flowers voor de beveiliging van de kleppen werkte elke 'Colossus' dag en nacht tot het einde van de oorlog. Ze stonden daar, stillichtend in het donker, verwarmend voor het vochtige Britse winterweer en geduldig wachtend op instructies, totdat die dag kwam dat ze niet langer nodig waren.
De sluier van stilte
Natuurlijk enthousiasme over het intrigerende drama dat zich in Bletchley ontvouwde, leidde tot een overdreven exaggeratie van de militaire prestaties van deze organisatie. Het is vreselijk absurd om te suggereren, zoals de film āā [The Imitation Game], dat de Britse beschaving zou zijn opgehouden te bestaan zonder Alan Turing. 'Colossus' had kennelijk geen invloed op de loop van de oorlog in Europa. De meest gepromote prestatie was het bewijs dat het misleidende plan van de landing in NormandiĆ« in 1944 succesvol was. De berichten die via Tan werden ontvangen, gaven aan dat de bondgenoten Hitler en zijn leiding overtuigd hadden dat de echte aanval verder naar het oosten, bij de Pas de Calais, zou plaatsvinden. Bemoedigende informatie, maar het is zeer twijfelachtig dat een verlaging van het cortisolniveau in de bloedbaan van het bondgenotencommando hielp om de oorlog te winnen.
Aan de andere kant waren de technologische prestaties die de 'Colossus' had geleverd onbetwistbaar. Maar de wereld zal dit nog niet snel te weten komen. Churchill gaf opdracht om alle Colossi die bij het einde van het spel bestonden uit elkaar te halen en hun geheimen samen met hen naar de vuilnisbelt te sturen. Twee machines overleefden op de een of andere manier dit vonnis en bleven in gebruik bij de Britse inlichtingendienst tot de jaren 60. Maar zelfs toen tillen de Britse autoriteiten het geheim rondom het werk in Bletchley niet op. Pas in de jaren 70 werd hun bestaan publiekelijk bekend.
De beslissing om elke discussie over het werk dat in Bletchley Park werd gedaan voor altijd te verbieden, kan worden gezien als een overdreven voorzichtigheid van de Britse regering. Maar voor Flowers was het een persoonlijke tragedie. Beroven van alle verdiensten en prestige van de uitvinder van de 'Colossus', leed hij onder onbevredigdheid en teleurstelling toen zijn voortdurende pogingen om relais te vervangen door elektronica in het Britse telefoonsysteem steeds werden geblokkeerd. Als hij zijn prestatie met de 'Colossus' had kunnen demonstreren, zou hij de invloed hebben gehad die nodig was om zijn droom te verwezenlijken. Maar tegen de tijd dat zijn prestaties bekend werden, was Flowers al lang met pensioen en had hij geen enkele macht meer.
Enkele verspreide enthousiastelingen voor elektronische berekeningen over de wereld hadden te maken met vergelijkbare problemen, veroorzaakt door de geheimhouding die de 'Colossus' omhulde en het gebrek aan bewijs voor de levensvatbaarheid van deze aanpak. Elektromechanische berekeningen konden nog enige tijd de boventoon voeren. Maar er was nog een ander project dat de weg zou banen voor de opkomst van elektronische berekeningen. Hoewel dit ook het resultaat was van geheime militaire ontwikkelingen, werd het na de oorlog niet verborgen, maar in tegendeel met veel bravoure aan de wereld gepresenteerd, onder de naam ENIAC.
Wat te lezen:
ā¢ Jack Copeland, ed. Colossus: The Secrets of Bletchley Parkās Codebreaking Computers (2006)
ā¢ Thomas H. Flowers, āThe Design of Colossus,ā Annals of the History of Computing, juli 1983
ā¢ Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Bron: habr.com
