Andre artikler i serien:
- Historien til stafetten
- Elektroniske datamaskiners historie
- Transistorens historie
- Internett-historie
I 1938 kjøpte sjefen for British Secret Intelligence stille en 24 hektar stor eiendom 80 miles fra London. Det lå i krysset mellom jernbanene fra London i nord, og fra Oxford i vest til Cambridge i øst, og var et ideelt sted for en organisasjon som ikke ville bli sett av noen, men som var innen rekkevidde av de fleste av de viktige kunnskapssentrene og britiske myndigheter. Eiendommen kjent som , ble Storbritannias senter for kodebryting under andre verdenskrig. Dette er kanskje det eneste stedet i verden kjent for sitt engasjement i kryptografi.
Tunney
Sommeren 1941 var arbeidet allerede i gang ved Bletchley for å bryte den berømte Enigma-krypteringsmaskinen som ble brukt av den tyske hæren og marinen. Hvis du så en film om britiske kodebrytere, snakket de om Enigma, men vi vil ikke snakke om det her - for kort tid etter invasjonen av Sovjetunionen oppdaget Bletchley overføring av meldinger med en ny type kryptering.
Kryptanalytikere fant snart ut den generelle naturen til maskinen som ble brukt til å overføre meldinger, som de kalte «Tunny».
I motsetning til Enigma, hvis meldinger måtte tydes for hånd, koblet Tunney direkte til teletypen. Teletypen konverterte hvert tegn som ble skrevet inn av operatøren til en strøm av prikker og kryss (ligner prikkene og strekene i morsekode) i standard med fem tegn per bokstav. Det var ukryptert tekst. Tunney brukte tolv hjul om gangen for å lage sin egen parallelle strøm av prikker og kryss: nøkkelen. Hun la deretter nøkkelen til meldingen, og produserte kryptert tekst som ble sendt over luften. Addisjon ble utført i binær aritmetikk, der prikker tilsvarte nuller og kryss tilsvarte enere:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
En annen Tanny på mottakerens side med de samme innstillingene produserte den samme nøkkelen og la den til den krypterte meldingen for å produsere den originale, som ble skrevet ut på papir av mottakerens teletype. La oss si at vi har en melding: "dot plus dot dot plus." I tall blir det 01001. La oss legge til en tilfeldig nøkkel: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, så vi får chifferteksten 10011. Ved å legge til nøkkelen igjen, kan du gjenopprette den opprinnelige meldingen. La oss sjekke: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, vi får 01001.
Å analysere Tunneys arbeid ble lettere av det faktum at avsendere i de første månedene av bruken ga hjulinnstillinger som skulle brukes før de sendte en melding. Senere ga tyskerne ut kodebøker med forhåndsinnstilte hjulinnstillinger, og avsenderen måtte bare sende en kode som mottakeren kunne bruke for å finne riktig hjulinnstilling i boken. De endte opp med å bytte kodebøkene daglig, noe som betydde at Bletchley måtte hacke kodehjulene hver morgen.
Interessant nok løste kryptoanalytikere Tunny-funksjonen basert på plasseringen av sende- og mottaksstasjonene. Den koblet nervesentrene til den tyske overkommandoen med hæren og hærgruppesjefene på ulike europeiske militærfronter, fra det okkuperte Frankrike til de russiske steppene. Det var en fristende oppgave: hacking av Tunney lovet direkte tilgang til fiendens intensjoner og evner på høyeste nivå.
Så, gjennom en kombinasjon av feil fra tyske operatører, utspekulert og iherdig besluttsomhet, den unge matematikeren gikk mye lenger enn enkle konklusjoner om Tunneys arbeid. Uten å se selve maskinen, bestemte han fullstendig dens interne struktur. Han utledet logisk de mulige posisjonene til hvert hjul (som hver hadde sitt eget primtall), og hvordan nøyaktig posisjonen til hjulene genererte nøkkelen. Bevæpnet med denne informasjonen bygde Bletchley kopier av Tunney som kunne brukes til å tyde meldinger - så snart hjulene var riktig justert.
12 nøkkelhjul på en Lorenz-chiffermaskin kjent som Tanny
Heath Robinson
Mot slutten av 1942 fortsatte Tat å angripe Tanni, etter å ha utviklet en spesiell strategi for dette. Det var basert på konseptet delta: modulo 2-summen av ett signal i en melding (punkt eller kryss, 0 eller 1) med den neste. Han innså at på grunn av den intermitterende bevegelsen til Tunney-hjulene, var det et forhold mellom chiffertekstdeltaet og nøkkeltekstdeltaet: de måtte endres sammen. Så hvis du sammenligner chifferteksten med nøkkelteksten generert på forskjellige hjulinnstillinger, kan du beregne deltaet for hver og telle antall treff. En matchrate godt over 50 % bør markere en potensiell kandidat for den virkelige meldingsnøkkelen. Ideen var god i teorien, men den var umulig å implementere i praksis, siden det krevde å gjøre 2400 passeringer for hver melding for å sjekke alle mulige innstillinger.
Tat brakte problemet til en annen matematiker, Max Newman, som ledet avdelingen på Bletchley som alle kalte "Newmania." Newman var ved første øyekast et usannsynlig valg for å lede den følsomme britiske etterretningsorganisasjonen, siden faren var fra Tyskland. Det virket imidlertid usannsynlig at han ville spionere for Hitler siden familien hans var jødisk. Han var så bekymret for fremgangen i Hitlers herredømme over Europa at han flyttet familien til sikkerheten i New York kort tid etter Frankrikes kollaps i 1940, og en periode vurderte han selv å flytte til Princeton.
Max Newman
Det skjedde slik at Newman hadde en idé om å jobbe med beregningene som kreves av Tata-metoden - ved å lage en maskin. Bletchley var allerede vant til å bruke maskiner for kryptoanalyse. Slik ble Enigma knekt. Men Newman unnfanget en viss elektronisk enhet for å fungere på Tunney-chifferet. Før krigen underviste han ved Cambridge (en av studentene hans var Alan Turing), og visste om de elektroniske tellerne bygget av Wynne-Williams for å telle partikler ved Cavendish. Ideen var denne: Hvis du synkroniserte to filmer lukket i en sløyfe, rullende i høy hastighet, hvorav den ene hadde en nøkkel, og den andre en kryptert melding, og behandlet hvert element som en prosessor som teller deltaer, så kunne en elektronisk teller legge sammen resultatene. Ved å lese sluttresultatet på slutten av hvert løp, kunne man avgjøre om denne nøkkelen var en potensiell eller ikke.
Det hendte seg at en gruppe ingeniører med passende erfaring nettopp eksisterte. Blant dem var Wynne-Williams selv. Turing rekrutterte Wynne-Williams fra Malvern Radar Laboratory for å hjelpe til med å lage en ny rotor for Enigma-maskinen, ved å bruke elektronikk til å telle svinger. Han ble assistert med dette og et annet Enigma-prosjekt av tre ingeniører fra Postforskningsstasjonen ved Dollys Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst og Tommy Flowers (la meg minne deg på at det britiske postkontoret var en høyteknologisk organisasjon, og var ansvarlig for ikke bare for papirpost, men og for telegrafi og telefoni). Begge prosjektene mislyktes og mennene ble stående uvirksomme. Newman samlet dem. Han utnevnte Flowers til å lede et team som skapte en "kombinasjonsenhet" som skulle telle deltaer og overføre resultatet til en teller som Wynne-Williams jobbet med.
Newman okkuperte ingeniørene med å bygge maskinene og kvinneavdelingen til Royal Navy med å betjene meldingsbehandlingsmaskiner. Regjeringen stolte bare på menn med lederstillinger på høyt nivå, og kvinner gjorde det bra som Bletchleys operasjonsoffiserer, og håndterte både meldingstranskripsjon og dekodingsoppsett. De klarte veldig organisk å gå fra kontorarbeid til å ta seg av maskinene som automatiserte arbeidet deres. De kalte bilen sin useriøst "", britisk ekvivalent [begge var tegneserietegnere som skildret ekstremt komplekse, klumpete og intrikate enheter som utførte svært enkle funksjoner / ca. overs.].
"Old Robinson"-bilen, veldig lik sin forgjenger, "Heath Robinson"-bilen
Faktisk, Heath Robinson, selv om det var ganske pålitelig i teorien, led av alvorlige problemer i praksis. Hovedsaken var behovet for perfekt synkronisering av de to filmene - chifferteksten og nøkkelteksten. Enhver strekking eller glidning av noen av filmene gjorde hele passasjen ubrukelig. For å minimere risikoen for feil, behandlet maskinen ikke mer enn 2000 tegn per sekund, selv om beltene kunne fungere raskere. Flowers, som motvillig var enig i arbeidet med Heath Robinson-prosjektet, mente at det fantes en bedre måte: en maskin bygget nesten utelukkende av elektroniske komponenter.
Colossus
Thomas Flowers jobbet som ingeniør i forskningsavdelingen til det britiske postkontoret fra 1930, hvor han til å begynne med arbeidet med forskning på feil og mislykkede forbindelser i nye automatiske telefonsentraler. Dette fikk ham til å tenke på hvordan han kunne lage en forbedret versjon av telefonsystemet, og i 1935 begynte han å gå inn for å erstatte elektromekaniske systemkomponenter som releer med elektroniske. Dette målet bestemte hele hans fremtidige karriere.
Tommy Flowers, rundt 1940
De fleste ingeniører har kritisert elektroniske komponenter for å være lunefulle og upålitelige når de brukes i stor skala, men Flowers viste at når de ble brukt kontinuerlig og med krefter godt under deres design, viste vakuumrør faktisk forbløffende lang levetid. Han beviste ideene sine ved å erstatte alle summetoneterminalene på en 1000-linjers bryter med rør; totalt var det 3-4 tusen av dem. Denne installasjonen ble lansert i virkelig arbeid i 1939. I samme periode eksperimenterte han med å erstatte reléregistrene som lagret telefonnumre med elektroniske reléer.
Flowers mente at Heath Robinson han ble ansatt for å bygge var alvorlig feil, og at han kunne løse problemet mye bedre ved å bruke flere rør og færre mekaniske deler. I februar 1943 brakte han en alternativ design for maskinen til Newman. Blomster ble på en smart måte kvitt nøkkeltapen, og eliminerte synkroniseringsproblemet. Maskinen hans måtte generere nøkkelteksten umiddelbart. Hun ville simulere Tunney elektronisk, gå gjennom alle hjulinnstillingene og sammenligne hver enkelt med chifferteksten, og registrere sannsynlige treff. Han estimerte at denne tilnærmingen ville kreve bruk av rundt 1500 vakuumrør.
Newman og resten av Bletchleys ledelse var skeptiske til dette forslaget. Som de fleste av Flowers' samtidige, tvilte de på om elektronikk kunne fås til å fungere i en slik skala. Dessuten, selv om den kunne fås til å fungere, tvilte de på at en slik maskin kunne bygges i tide for å være nyttig i krig.
Flowers' sjef på Dollis Hill ga ham klarsignal til å sette sammen et team for å lage dette elektroniske monsteret - Flowers har kanskje ikke vært helt oppriktig når de beskrev for ham hvor godt ideen hans ble likt på Bletchley (Ifølge Andrew Hodges, fortalte Flowers sjefen hans, Gordon Radley, at prosjektet var kritisk arbeid for Bletchley, og Radley hadde allerede hørt fra Churchill at Bletchleys arbeid var en absolutt prioritet). I tillegg til Flowers spilte Sidney Broadhurst og William Chandler en stor rolle i utviklingen av systemet, og hele virksomheten sysselsatte nesten 50 personer, halvparten av Dollis Hills ressurser. Teamet var inspirert av presedenser brukt i telefoni: målere, grenlogikk, utstyr for ruting og signaloversettelse, og utstyr for periodiske målinger av utstyrsstatus. Broadhurst var en mester i slike elektromekaniske kretser, og Flowers og Chandler var elektronikkeksperter som forsto hvordan man kunne overføre konsepter fra reléverdenen til ventilverdenen. Tidlig i 1944 hadde teamet presentert en arbeidsmodell for Bletchley. Den gigantiske maskinen ble kalt "Colossus", og viste raskt at den kunne overgå Heath Robinson ved pålitelig å behandle 5000 tegn per sekund.
Newman og resten av ledelsen i Bletchley innså raskt at de hadde gjort en feil ved å avslå Flowers. I februar 1944 beordret de 12 flere kolosser, som skulle være operative innen 1. juni – datoen da invasjonen av Frankrike var planlagt, selv om dette selvfølgelig var ukjent for Flowers. Flowers sa rett ut at dette var umulig, men med heroisk innsats klarte teamet hans å levere en ny bil innen 31. mai, som det nye teammedlemmet Alan Coombs gjorde mange forbedringer på.
Den reviderte designen, kjent som Mark II, fortsatte suksessen til den første maskinen. I tillegg til filmforsyningssystemet besto det av 2400 lamper, 12 dreiebrytere, 800 releer og en elektrisk skrivemaskin.
Koloss Mark II
Den var tilpassbar og fleksibel nok til å håndtere en rekke oppgaver. Etter installasjonen konfigurerte hvert av kvinnelagene sin "Colossus" for å løse visse problemer. Et patchpanel, som ligner på en telefonoperatørs panel, var nødvendig for å sette opp elektroniske ringer som simulerte Tunney-hjul. Et sett med brytere tillot operatører å konfigurere et hvilket som helst antall funksjonelle enheter som behandlet to datastrømmer: en ekstern film og et internt signal generert av ringene. Ved å kombinere et sett med forskjellige logiske elementer, kunne Colossus beregne vilkårlige boolske funksjoner basert på data, det vil si funksjoner som ville produsere en 0 eller 1. Hver enhet økte Colossus-telleren. Et eget kontrollapparat tok forgreningsbeslutninger basert på tellerens tilstand - for eksempel stopp og skriv ut en utgang hvis tellerverdien oversteg 1000.
Bryterpanel for å konfigurere "Colossus"
La oss anta at Colossus var en generell programmerbar datamaskin i moderne forstand. Den kunne logisk sett kombinere to datastrømmer - en på bånd og en generert av ringetellere - og telle antall 1-ere som er oppstått, og det er det. Mye av Kolossens "programmering" fant sted på papir, med operatører som utførte et beslutningstre utarbeidet av analytikere: si, "hvis systemutgangen er mindre enn X, sett opp konfigurasjon B og gjør Y, ellers gjør Z."
Høynivå blokkdiagram for Colossus
Likevel var "Colossus" ganske i stand til å løse oppgaven som ble tildelt den. I motsetning til Atanasoff-Berry-datamaskinen var Colossus ekstremt rask - den kunne behandle 25000 XNUMX tegn per sekund, som hver kunne kreve flere boolske operasjoner. Mark II økte hastigheten femdoblet over Mark I ved samtidig å lese og behandle fem forskjellige deler av filmen. Den nektet å koble hele systemet med trege elektromekaniske inngangs-utgangsenheter, ved å bruke fotoceller (hentet fra luftvern ) for lesing av innkommende bånd og et register for buffering av skrivemaskinutgang. Lederen for teamet som restaurerte Colossus på 1990-tallet viste at han fortsatt lett kunne utkonkurrere en Pentium-basert datamaskin fra 1995 på jobben sin.
Denne kraftige tekstbehandlingsmaskinen ble sentrum i prosjektet for å knekke Tunney-koden. Ti flere Mark II-er ble bygget før krigens slutt, panelene for disse ble kuttet ut med en hastighet på én per måned av arbeidere ved postfabrikken i Birmingham, som ikke hadde noen anelse om hva de laget, og deretter satt sammen på Bletchley . En irritert tjenestemann fra forsyningsdepartementet, etter å ha mottatt en ny forespørsel om tusen spesialventiler, spurte om postarbeiderne «skjøt dem mot tyskerne». På denne industrielle måten, i stedet for å håndmontere et individuelt prosjekt, ville den neste datamaskinen ikke bli produsert før på 1950-tallet. Under Flowers 'instruksjoner for å beskytte ventilene, opererte hver koloss dag og natt til slutten av krigen. De sto stille og glødet i mørket, varmet opp den våte britiske vinteren og tålmodig ventet på instruksjoner til dagen kom da de ikke lenger var nødvendige.
Slør av stillhet
Naturlig entusiasme for det spennende dramaet som utspiller seg på Bletchley førte til grov overdrivelse av organisasjonens militære prestasjoner. Det er fryktelig absurd å hinte, slik filmen gjør."[The Imitation Game] at den britiske sivilisasjonen ville slutte å eksistere hvis ikke for Alan Turing. "Colossus" hadde tilsynelatende ingen innvirkning på krigens gang i Europa. Hans mest publiserte prestasjon var å bevise at landingsbedraget i Normandie i 1944 hadde fungert. Meldinger mottatt gjennom Tanny antydet at de allierte hadde overbevist Hitler og hans kommando om at det virkelige slaget ville komme lenger øst, ved Pas de Calais. Oppmuntrende informasjon, men det er usannsynlig at reduksjon av nivået av kortisol i blodet til den allierte kommandoen bidro til å vinne krigen.
På den annen side var de teknologiske fremskrittene som Colossus presenterte ubestridelige. Men verden får ikke vite dette snart. Churchill beordret at alle "Colossi" som eksisterer på tidspunktet for slutten av spillet skulle demonteres, og hemmeligheten bak designet deres skulle sendes sammen med dem til søppelfyllingen. To kjøretøy overlevde på en eller annen måte denne dødsdommen, og forble i britisk etterretningstjeneste til 1960-tallet. Men selv da løftet ikke den britiske regjeringen sløret av taushet angående arbeid på Bletchley. Det var først på 1970-tallet at dens eksistens ble offentlig kjent.
Beslutningen om å permanent forby enhver diskusjon om arbeidet som utføres ved Bletchley Park kan kalles en overforsiktighet fra den britiske regjeringen. Men for Flowers var det en personlig tragedie. Fratatt all æren og prestisje av å være oppfinneren av Colossus, led han misnøye og frustrasjon da hans konstante forsøk på å erstatte reléer med elektronikk i det britiske telefonsystemet stadig ble blokkert. Hvis han kunne demonstrere sin prestasjon gjennom eksemplet med "Colossus", ville han ha den innflytelsen som er nødvendig for å realisere drømmen. Men da prestasjonene hans ble kjent, hadde Flowers for lengst trukket seg tilbake og var ikke i stand til å påvirke noe.
Flere elektroniske dataentusiaster spredt rundt i verden led av lignende problemer knyttet til hemmeligholdet rundt Colossus og mangelen på bevis for levedyktigheten til denne tilnærmingen. Elektromekanisk databehandling kan forbli kongen i en stund fremover. Men det var et annet prosjekt som ville bane vei for elektronisk databehandling til å ta sentrum. Selv om det også var et resultat av hemmelig militær utvikling, ble det ikke skjult etter krigen, men tvert imot ble det avslørt for verden med den største selvtillit, under navnet ENIAC.
Hva du bør lese:
• Jack Copeland, red. Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, "The Design of Colossus," Annals of the History of Computing, juli 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Kilde: www.habr.com