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Em 1938, o chefe da inteligência secreta britânica adquiriu discretamente uma propriedade de 24 hectares a 80 milhas de Londres. Ela estava situada no cruzamento de ferrovias que vão de Londres ao norte, de Oxford a oeste e de Cambridge a leste, sendo o local ideal para uma organização que ninguém deveria ver, mas que precisava estar rapidamente acessível aos principais centros de conhecimento e poder da Grã-Bretanha. A propriedade, conhecida como , tornou-se o centro britânico de decifração de códigos durante a Segunda Guerra Mundial. Este é talvez o único lugar no mundo conhecido por sua ligação com a criptografia.
Tanni
No verão de 1941, em Bletchley, já se trabalhava arduamente para decifrar a famosa máquina de codificação Enigma, utilizada pelo exército e pela marinha alemães. Se você assistiu a um filme sobre os decifradores britânicos, eles mencionam a Enigma, mas não vamos nos aprofundar nela aqui — uma vez que logo após a invasão da União Soviética, foi detectada em Bletchley uma transmissão de mensagens com um novo tipo de criptografia.
Os criptoanalistas decifraram rapidamente a natureza geral da máquina utilizada para transmitir as mensagens, a qual apelidaram de “Tanni”.
Ao contrário da Enigma, cujas mensagens precisavam ser decifradas manualmente, Tanni se conectava diretamente a um teletipo. O teletipo convertia cada símbolo inserido pelo operador em um fluxo de pontos e traços (semelhante às letras e traços do código Morse) em um padrão padrão com cinco símbolos por letra. Este era um texto não criptografado. Tanni usava simultaneamente doze rodas para criar seu próprio fluxo paralelo de pontos e traços: a chave. Em seguida, ela adicionava a chave à mensagem, gerando um texto criptografado que era transmitido pelo ar. A soma era realizada em aritmética binária, onde os pontos correspondiam a zeros e os traços — a uns:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Outra máquina Tanni do lado do destinatário com as mesmas configurações produzia a mesma chave e a adicionava à mensagem criptografada, a fim de gerar a original, que era impressa no papel do telégrafo do destinatário. Suponha que temos a mensagem: "ponto mais ponto ponto mais". Em números, isso seria 01001. Vamos adicionar uma chave aleatória: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, então teremos o texto criptografado 10011. Novamente adicionando a chave, podemos restaurar a mensagem original. Vamos verificar: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, resultando em 01001.
A análise do funcionamento da Tanni foi facilitada pelo fato de que, nos primeiros meses de uso, os remetentes transmitiam as configurações das rodas que deveriam ser usadas antes do envio da mensagem. Mais tarde, os alemães emitiram livros de códigos com configurações de rodas pré-definidas, e o remetente só precisava enviar o código, para que o destinatário pudesse encontrar a configuração de roda necessária no livro. No final, eles passaram a mudar os livros de código diariamente, o que obrigou Bletchley a quebrar as configurações das rodas de codificação todas as manhãs.
É interessante notar que os criptoanalistas decifraram a função da Tanni com base na localização das estações remetentes e receptores. Ela conectava os centros nervosos do alto comando alemão com o exército e os comandantes de grupos de exércitos em várias frentes de guerra europeias, desde a França ocupada até as estepes russas. Era uma tarefa tentadora: decifrar a Tanni prometia acesso direto às intenções e capacidades do inimigo no mais alto nível.
Então, graças a uma combinação de erros dos operadores alemães, astúcia e determinação obstinada, o jovem matemático avançou muito além de conclusões simples sobre o funcionamento da Tanni. Sem ter visto a própria máquina, ele determinou completamente sua estrutura interna. Ele deduziu logicamente as posições possíveis de cada roda (cada uma com seu número primo) e como a disposição das rodas gerava a chave. Armados com essas informações, em Bletchley construíram cópias da Tanni que podiam ser usadas para decifrar mensagens — imediatamente após a configuração correta das rodas.
12 rodas da chave da máquina que utiliza o código de Lorenz, conhecida como Tanni
Hitt Robinson
Até o final de 1942, Turing continuava a atacar a Tanny, desenvolvendo uma estratégia especial para isso. Ela era fundamentada na concepção de delta: a soma módulo 2 de um sinal na mensagem (ponto ou cruz, 0 ou 1) com o seguinte. Ele percebeu que, devido ao movimento intermitente das rodas da Tanny, havia uma relação entre o delta do texto criptografado e o delta do texto-chave: ambos deveriam mudar juntos. Assim, ao comparar o texto criptografado com o texto-chave, gerado em configurações diferentes das rodas, era possível calcular o delta para cada um e contar o número de correspondências. Uma quantidade de correspondências que excedesse 50% deveria indicar um potencial candidato para a verdadeira chave da mensagem. Na teoria, a ideia era boa, mas era impossível de ser implementada na prática, pois isso exigiria fazer 2400 passagens para cada mensagem, para verificar todas as configurações possíveis.
Turing trouxe essa tarefa a outro matemático, Max Newman, que chefiava um departamento em Bletchley, conhecido como 'newmanismo'. À primeira vista, Newman era uma escolha improvável para liderar uma organização de inteligência britânica tão sensível, uma vez que seu pai era natural da Alemanha. No entanto, era pouco provável que ele estivesse espionando para Hitler, uma vez que sua família era judia. Ele estava tão preocupado com o avanço da dominação de Hitler na Europa que transferiu sua família para um lugar seguro, em Nova York, logo após o colapso da França em 1940, e por um tempo pensou em se mudar para Princeton.
Max Newman
Aconteceu que Newman tinha uma ideia para trabalhar em cálculos necessários para o método de Turing — por meio da criação de uma máquina. Em Bletchley, já estavam acostumados a usar máquinas para criptoanálise. Foi assim que a Enigma foi decifrada. Mas Newman planejou um dispositivo eletrônico específico para trabalhar no cifrador Tani. Antes da guerra, ele lecionava em Cambridge (um de seus alunos foi Alan Turing) e sabia sobre os contadores eletrônicos construídos por Wynn-Williams para contar partículas em Cavendish. A ideia era a seguinte: se sincronizássemos duas fitas fechadas em loop, rodando em alta velocidade, em uma das quais estaria a chave e na outra a mensagem criptografada, e contássemos cada elemento com um processador que contasse as diferenças, então o contador eletrônico poderia somar os resultados. Ao ler a contagem final no final de cada execução, poder-se-ia determinar se essa chave era potencial ou não.
Aconteceu que havia um grupo de engenheiros com a experiência adequada. Entre eles estava também o próprio Wynn-Williams. Turing recrutou Wynn-Williams do laboratório de radar em Malvern para ajudar a criar um novo rotor para a máquina que decifrava a Enigma, usando eletrônica para contar as rotações. Ele contou com a ajuda de três engenheiros da estação de pesquisa postal em Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst e Tommy Flowers (lembrando que o serviço postal britânico era uma organização altamente tecnológica, responsável não apenas pelo correio físico, mas também por telegrafia e telefonia). Ambos os projetos falharam e os homens ficaram sem trabalho. Newman os reuniu. Ele designou Flowers como líder da equipe que estava criando o "dispositivo combinatório", que deveria contar as diferenças e enviar o resultado para o contador em que Wynn-Williams estava trabalhando.
Newman confiou aos engenheiros a construção das máquinas, enquanto o Departamento Feminino da Marinha Real ficou encarregado de operar suas máquinas para o processamento de mensagens. O governo confiava altos cargos de liderança apenas a homens, enquanto as mulheres se destacavam trabalhando como operadoras em Bletchley — elas lidavam tanto com a transcrição de mensagens quanto com as configurações de decodificação. Elas conseguiram transitar de forma muito natural do trabalho burocrático para o cuidado das máquinas que automatizavam suas funções. Sua máquina sob responsabilidade foi levada de forma descontraída a nomear-se ««, o equivalente britânico a [ambos eram illustradores-cartunistas que representavam dispositivos extremamente complexos, volumosos e confusos, que executavam funções muito simples / nota do tradutor].
A máquina “Velho Robinson”, muito semelhante à sua predecessora, a máquina “Hit Robinson”
E, de fato, “Hit Robinson”, teoricamente bastante confiável, na prática sofria de problemas sérios. O principal era a necessidade de uma sincronização perfeita entre as duas fitas — o texto criptografado e o texto da chave. Qualquer estiramento ou deslize de qualquer uma das fitas tornava todo o processo inválido. Para minimizar o risco de erros, a máquina processava não mais que 2000 caracteres por segundo, embora as correias pudesses operar até mais rápido. Flowers, que relutantemente concordou com o trabalho do projeto “Hit Robinson”, acreditava que havia uma maneira melhor: uma máquina, quase totalmente construída a partir de componentes eletrônicos.
Colosso
Thomas Flowers trabalhou como engenheiro na divisão de pesquisa dos correios britânicos desde 1930, onde inicialmente se dedicou a investigar conexões incorretas e falhas em novas centrais telefônicas automáticas. Isso o levou a refletir sobre como criar uma versão melhorada do sistema telefônico e, até 1935, ele começou a advogar pela substituição dos componentes eletromecânicos do sistema, como relés, por componentes eletrônicos. Esse objetivo definiu toda sua carreira posterior.
Tommy Flowers, por volta de 1940
A maior parte dos engenheiros criticava os componentes eletrônicos por sua caprichosidade e falta de confiabilidade em grandes escalas, mas Flowers demonstrou que, se usados continuamente e em potências muito abaixo das calculadas, as lâmpadas eletrônicas realmente apresentam um tempo de vida surpreendentemente longo. Ele provou suas ideias substituindo todos os terminais que geravam o sinal tonal de comunicação em um comutador que atendia 1000 linhas, com lâmpadas; no total, havia entre 3.000 e 4.000. Essa instalação foi colocada em operação real em 1939. Neste mesmo período, ele experimentou substituir os registradores de relé que armazenavam números de telefone por relés eletrônicos.
Flowers acreditava que o "Hit Robinson", para a criação do qual foi contratado, apresentava sérias deficiências, e que poderia resolver essa tarefa de forma muito melhor utilizando mais lâmpadas e menos peças mecânicas. Em fevereiro de 1943, ele trouxe um esquema alternativo da máquina para Newman. Flowers ingeniosamente eliminou a fita de chave, resolvendo o problema de sincronização. Sua máquina deveria gerar o texto da chave em tempo real. Ela deveria simular Tanny de forma eletrônica, passando por todos os ajustes das rodas e comparando cada um deles com o texto criptografado, registrando as prováveis coincidências. Ele esperava que essa abordagem exigisse cerca de 1.500 lâmpadas eletrônicas.
Newman e a restante diretoria de Bletchley foram céticos quanto a essa proposta. Assim como a maioria dos contemporâneos de Flowers, eles duvidavam que fosse possível fazer a eletrônica funcionar em tais escalas. Além disso, mesmo que fosse possível fazê-la funcionar, duvidavam que uma máquina assim pudesse ser construída a tempo de ser útil na guerra.
O chefe Flowers em Dollis Hill finalmente deu a ele a aprovação para reunir uma equipe para criar esse monstro eletrônico — Flowers pode não ter sido totalmente sincero ao descrever ao seu chefe o quanto sua ideia foi bem recebida em Bletchley (Se Andrew Hodges estiver correto, Flowers disse ao seu chefe, Gordon Radley, que o projeto era um trabalho crítico para Bletchley, e Radley já havia ouvido de Churchill que o trabalho em Bletchley era absolutamente prioritário). Além de Flowers, Sidney Broadhurst e William Chandler desempenharam um papel significativo na criação do sistema, e todo o esforço envolveu quase 50 pessoas, metade dos recursos de Dollis Hill. A equipe se inspirou em precedentes utilizados na telefonia: contadores, lógica ramificada, equipamentos de roteamento e transmissão de sinais, e hardware para medições periódicas do estado do equipamento. Broadhurst era um mestre em tais esquemas eletromecânicos, enquanto Flowers e Chandler eram especialistas em eletrônica, compreendendo como transferir conceitos do mundo dos relés para o mundo das válvulas. No início de 1944, a equipe apresentou um modelo funcional em Bletchley. A gigantesca máquina foi nomeada "Colossus" e rapidamente provou que podia superar o "Hit de Robinson", processando de forma confiável 5000 caracteres por segundo.
Newman e a alta administração em Bletchley rapidamente perceberam que estavam errados ao recusar Flowers. Em fevereiro de 1944, encomendaram mais 12 "Colossus", que deveriam ser colocados em operação até 1º de junho — essa data marcava a data prevista para a invasão da França, embora Flowers não soubesse disso. Flowers disse claramente que isso era impossível, mas, com esforços heroicos, sua equipe conseguiu entregar a segunda máquina até 31 de maio, que teve muitas melhorias implementadas pelo novo membro da equipe, Alan Coombs.
O projeto revisado, conhecido como Mark II, continuou o sucesso da primeira máquina. Além do sistema de alimentação de filme, consistia em 2400 válvulas, 12 interruptores rotativos, 800 relés e uma máquina de escrever elétrica.
Colossus Mark II
Era personalizável e suficientemente flexível para realizar diversas tarefas. Após a instalação, cada uma das equipes femininas configurou seu 'Colosso' para resolver problemas específicos. Um painel de comutação, semelhante ao de um operador telefônico, era necessário para configurar anéis eletrônicos que simulavam as rodas de Tanni. Um conjunto de interruptores permitia aos operadores configurar qualquer número de dispositivos funcionais que processavam dois fluxos de dados: o filme externo e o sinal interno gerado pelos anéis. Combinando um conjunto de diferentes elementos lógicos, o 'Colosso' podia realizar cálculos de funções booleanas arbitrárias com base nos dados, ou seja, funções que retornariam 0 ou 1. Cada unidade aumentava o contador do 'Colosso'. Um dispositivo controlador separado tomava decisões ramificadas com base no estado do contador — por exemplo, parar e imprimir a saída se o valor do contador ultrapassasse 1000.
Painel de interruptores para configurar o 'Colosso'
Suponha que o 'Colosso' fosse um computador programável de propósito geral no sentido moderno. Ele poderia combinar logicamente dois fluxos de dados — um no filme e outro gerado pelos contadores circulares — e contar o número de uns encontrados, e só isso. A maior parte da 'programação' do 'Colosso' ocorria no papel, e os operadores seguiam uma árvore de decisão preparada pelos analistas: suponha, 'se a saída do sistema for menor que X, configure a configuração B e execute Y, caso contrário execute Z'.
Fluxograma de alto nível para o 'Colosso'
No entanto, o 'Colosso' estava bem capacitado para resolver a tarefa que lhe foi confiada. Diferente do computador Atanasoff-Berry, o 'Colosso' era extremamente rápido — ele podia processar 25.000 caracteres por segundo, cada um dos quais poderia exigir a execução de várias operações booleanas. O Mark II quintuplicou a velocidade em comparação ao Mark I, lendo e processando simultaneamente cinco trechos diferentes de filme. Ele dispensou a conexão de todo o sistema a dispositivos de entrada e saída eletromecânicos lentos, utilizando células fotoelétricas (retiradas de sistemas de defesa aérea ) para leitura de fitas de entrada e registro para o buffer de saída em uma máquina de escrever. O líder da equipe que restaurou o 'Colosso' na década de 1990 demonstrou que ainda poderia facilmente superar em desempenho um computador com processador Pentium de 1995.
Esta poderosa máquina de processamento de texto se tornou o centro do projeto de quebra de códigos de Tanni. Até o final da guerra, mais dez Mark II foram construídos, com painéis sendo produzidos a uma unidade por mês por trabalhadores de uma fábrica de correios em Birmingham, que não tinham ideia do que estavam realmente fazendo, e depois eram montados em Bletchley. Um funcionário irritado do Ministério de Suprimentos, ao receber mais um pedido de mil válvulas especiais, perguntou se os 'trabalhadores dos correios estavam atirando nelas nos alemães'. Assim, de uma maneira industrial, em vez de uma montagem manual de um projeto individual, o próximo computador não seria produzido antes da década de 1950. Seguindo as instruções de Flowers para a preservação das válvulas, cada 'Colosso' funcionou dia e noite até o final da guerra. Eles permaneciam, brilhando suavemente na escuridão, aquecendo o úmido inverno britânico e esperando pacientemente por instruções, até o dia em que não seriam mais necessários.
O véu do silêncio
O entusiasmo natural em relação à intrigante drama que se desenrolava em Bletchley levou a uma exageração excessiva das conquistas militares dessa organização. É absurdamente ridículo insinuar, como faz o filme '', que a civilização britânica teria deixado de existir se não fosse por Alan Turing. O 'Colosso', aparentemente, não teve nenhuma influência sobre o curso da guerra na Europa. Sua conquista mais proclamada consistia na prova de que o plano de engano sobre o desembarque na Normandia em 1944 foi bem-sucedido. As mensagens recebidas de Tanni indicavam que os aliados convenceram com sucesso Hitler e seu comando de que o ataque real ocorreria mais a leste, na região de Pas-de-Calais. Uma informação encorajadora, mas é improvável que a redução dos níveis de cortisol no comando aliado tenha contribuído para ganhar a guerra.
Por outro lado, as conquistas tecnológicas apresentadas pelo "Colosso" foram indiscutíveis. Mas o mundo não vai saber disso tão cedo. Churchill ordenou que todas as máquinas existentes na época do fim do jogo do "Colosso" fossem desmontadas e que o segredo de seu funcionamento fosse enviado junto delas para o lixo. Duas máquinas, de alguma forma, sobreviveram a essa sentença de morte e permaneceram em operação na inteligência britânica até os anos 1960. Mesmo assim, o governo britânico não levantou o véu de silêncio sobre o trabalho em Bletchley. Somente na década de 1970, sua existência se tornou de conhecimento público.
A decisão de proibir para sempre qualquer discussão sobre os trabalhos realizados em Bletchley Park poderia ser chamada de um excesso de cautela do governo britânico. Mas para Flowers, isso foi uma tragédia pessoal. Privado de todos os méritos e prestígio de inventor do "Colosso", ele sofria de insatisfação e frustração enquanto suas constantes tentativas de substituir relés por eletrônica no sistema telefônico britânico eram constantemente bloqueadas. Se ele pudesse demonstrar sua conquista com o exemplo do "Colosso", teria a influência necessária para realizar seu sonho. Mas, quando suas realizações se tornaram conhecidas, Flowers já havia se aposentado há muito tempo e não podia influenciar nada.
Alguns entusiastas da computação eletrônica espalhados pelo mundo enfrentavam problemas semelhantes relacionados ao sigilo que cercava o "Colosso" e à falta de evidências da viabilidade dessa abordagem. A computação eletromecânica poderia permanecer predominante por mais algum tempo. Mas havia outro projeto que prepararia o caminho para a ascensão da computação eletrônica. Embora também fosse resultado de desenvolvimentos militares secretos, ele não foi mantido em segredo após a guerra; pelo contrário, foi revelado ao mundo com grande pompa, sob o nome de ENIAC.
O que ler:
• Jack Copeland, ed. Colossus: The Secrets of Bletchley Park’s Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, “The Design of Colossus,” Annals of the History of Computing, julho de 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Fonte: habr.com
