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Em 1938, o chefe da Inteligência Secreta Britânica adquiriu discretamente uma propriedade de 24 hectares a 80 quilômetros de Londres. Situada no cruzamento de ferrovias que ligavam Londres ao norte e Oxford a oeste a Cambridge a leste, era o local perfeito para uma organização que deveria permanecer fora da vista do público, mas com fácil acesso à maioria dos importantes centros de conhecimento e poder da Grã-Bretanha. A propriedade, conhecida como , tornou-se o centro de decifração de códigos da Grã-Bretanha durante a Segunda Guerra Mundial. É talvez o único lugar no mundo conhecido por seu envolvimento em criptografia.
Tunney
No verão de 1941, os trabalhos para decifrar a famosa máquina de criptografia Enigma, usada pelo exército e pela marinha alemães, já estavam a todo vapor em Bletchley. Se você assistiu ao filme sobre os decifradores de códigos britânicos, já deve ter ouvido falar da Enigma, mas não vamos nos aprofundar nisso aqui, pois, pouco depois da invasão da União Soviética, Bletchley detectou mensagens transmitidas usando um novo tipo de criptografia.
Os criptoanalistas decifraram rapidamente a natureza geral da máquina usada para transmitir mensagens, à qual apelidaram de "Tunny".
Ao contrário da Enigma, cujas mensagens tinham de ser decifradas manualmente, a Tunny estava conectada diretamente a uma máquina de teletipo. A máquina de teletipo convertia cada caractere inserido pelo operador em uma sequência de pontos e cruzes (semelhante aos pontos e traços do código Morse) em código padrão. com cinco símbolos por letra. Este era o texto não criptografado. Tunny usou simultaneamente doze rodas para criar seu próprio fluxo paralelo de pontos e cruzes: a chave. Ela então adicionou a chave à mensagem, produzindo um texto criptografado transmitido pelo ar. A adição foi feita usando aritmética binária, onde os pontos correspondiam a zeros e as cruzes a uns:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Outro dispositivo Tunny na extremidade receptora, com as mesmas configurações, geraria a mesma chave e a anexaria à mensagem criptografada para produzir a mensagem original, que seria impressa em papel pelo teletipo do destinatário. Digamos 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 obtemos o texto cifrado 10011. Adicionando a chave novamente, podemos recuperar a mensagem original. Vamos verificar: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, obtemos 01001.
A análise do funcionamento do sistema Tunny foi facilitada pelo fato de que, nos primeiros meses de uso, os remetentes transmitiam as configurações da roda de transmissão antes de enviar a mensagem. Posteriormente, os alemães passaram a distribuir livros de códigos com configurações predefinidas, e o remetente só precisava enviar um código que o destinatário podia usar para encontrar a configuração desejada no livro. Por fim, começaram a trocar os livros de códigos diariamente, obrigando Bletchley a decifrar as configurações da roda de transmissão todas as manhãs.
Curiosamente, os criptoanalistas decifraram a função do Tunny com base na localização das estações de envio e recebimento. Ele conectava os centros nevrálgicos do alto comando alemão com os comandantes do exército e dos grupos de exércitos em várias frentes militares europeias, da França ocupada às estepes russas. Era um desafio tentador: decifrar o Tunny 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 pura determinação, o jovem matemático Ele foi muito além de simples deduções sobre o funcionamento do Tunny. Sem ver a máquina em si, determinou completamente sua estrutura interna. Deduziu logicamente as possíveis posições de cada roda (cada uma com seu próprio número primo) e como exatamente o arranjo das rodas gerava a chave. Munido dessas informações, Bletchley construiu réplicas do Tunny que poderiam ser usadas para decifrar mensagens — uma vez que as rodas fossem ajustadas corretamente.
12 rodas da chave de um carro usando a cifra de Lorenz, conhecida como Tunny
Heath Robinson
No final de 1942, Tutt continuou a atacar Tunny, desenvolvendo uma estratégia especial para esse fim. Ela se baseava no conceito de delta: a soma módulo 2 de um sinal em uma mensagem (um ponto ou uma cruz, um 0 ou um 1) com o sinal seguinte. Ele percebeu que, devido ao movimento intermitente das rodas de Tunny, havia uma relação entre o delta do texto cifrado e o delta do texto-chave: eles tinham que mudar juntos. Assim, comparando o texto cifrado com o texto-chave gerado em diferentes configurações das rodas, era possível calcular o delta para cada um e contar o número de correspondências. Uma taxa de correspondência bem acima de 50% indicaria um candidato potencial para a chave da mensagem real. Embora fosse uma boa ideia na teoria, era impossível de implementar na prática, pois exigia 2400 passagens para cada mensagem para testar todas as configurações possíveis.
Tat levou o problema a outro matemático, Max Newman, que dirigia um departamento em Bletchley que todos chamavam de "Newmania". À primeira vista, Newman parecia um candidato improvável para liderar a sensível organização de inteligência britânica, dada a ascendência alemã de seu pai. No entanto, parecia improvável que ele espionasse para Hitler, dada sua família judia. Ele estava tão preocupado com o progresso de Hitler na dominação da Europa que mudou-se com sua família para a segurança da cidade de Nova York logo após o colapso da França em 1940 e, por um tempo, considerou mudar-se para Princeton.
Max Newman
Aconteceu que Newman teve uma ideia para trabalhar nos cálculos exigidos pelo método de Tata: construir uma máquina. Bletchley já estava acostumada a usar máquinas para criptoanálise. Foi assim que a Enigma foi decifrada. Mas Newman tinha em mente um dispositivo eletrônico específico para trabalhar na cifra de Tunny. Antes da guerra, ele lecionava em Cambridge (Alan Turing foi um de seus alunos) e conhecia os contadores eletrônicos construídos por Wynne-Williams para contar partículas no Laboratório Cavendish. A ideia era a seguinte: sincronizando duas fitas em um loop, rodando em alta velocidade, uma contendo a chave e a outra a mensagem criptografada, e contando cada elemento com um processador que contava deltas, o contador eletrônico poderia somar os resultados. Lendo a contagem final ao término de cada execução, seria possível decidir se a chave era uma candidata ou não.
Aconteceu que existia um grupo de engenheiros com a experiência necessária. Entre eles estava o próprio Wynne-Williams. Turing recrutou Wynne-Williams do Laboratório de Radar de Malvern para ajudar a criar um novo rotor para a máquina Enigma, um que utilizasse eletrônica para contar as rotações. Ele foi auxiliado neste e em outro projeto relacionado à Enigma por três engenheiros da Estação de Pesquisa Postal em Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst e Tommy Flowers (lembre-se de que os Correios Britânicos eram uma organização de alta tecnologia, responsável não apenas pelo correio em papel, mas também pela telegrafia e telefonia). Ambos os projetos fracassaram e os homens ficaram sem trabalho. Newman os reuniu. Ele nomeou Flowers para liderar a equipe que construiria uma "unidade de combinação", que calcularia os deltas e alimentaria o contador no qual Wynne-Williams estava trabalhando.
Newman designou engenheiros para construir as máquinas e a Seção Feminina da Marinha Real para gerenciar suas máquinas de processamento de mensagens. O governo confiava cargos de alta gerência apenas a homens, e as mulheres se destacaram como operadoras em Bletchley, lidando tanto com a transcrição quanto com a decodificação de mensagens. Elas fizeram uma transição perfeita do trabalho administrativo para o cuidado com as máquinas que automatizavam seu trabalho. Deram à sua máquina, em tom de brincadeira, o nome de "A Máquina".", o equivalente britânico [ambos eram ilustradores de desenhos animados que retratavam dispositivos extremamente complexos, complicados e confusos que desempenhavam funções muito simples / nota do tradutor].
O carro Old Robinson, muito semelhante ao seu antecessor, o carro Heath Robinson.
De fato, o Heath Robinson, embora teoricamente bastante confiável, apresentava sérios problemas na prática. O principal deles era a necessidade de sincronização perfeita entre as duas fitas — o texto cifrado e o texto-chave. Qualquer estiramento ou deslizamento de qualquer uma das fitas tornava toda a passagem inutilizável. Para minimizar o risco de erros, a máquina processava no máximo 2000 caracteres por segundo, embora as correias pudessem funcionar mais rápido. Flowers, que concordou relutantemente com o projeto Heath Robinson, acreditava que havia uma maneira melhor: uma máquina construída quase inteiramente com componentes eletrônicos.
Colosso
Thomas Flowers trabalhou como engenheiro no Departamento de Pesquisa dos Correios Britânicos a partir de 1930, onde inicialmente se dedicou a investigar conexões defeituosas e falhas nas novas centrais telefônicas automáticas. Isso o levou a refletir sobre como criar uma versão aprimorada do sistema telefônico e, em 1935, ele começou a defender a substituição de componentes eletromecânicos do sistema, como relés, por componentes eletrônicos. Esse objetivo definiu o restante de sua carreira.
Tommy Flowers, por volta de 1940
A maioria dos engenheiros criticava os componentes eletrônicos por sua fragilidade e falta de confiabilidade quando usados em larga escala, mas Flowers demonstrou que, quando usados continuamente e em níveis de potência bem abaixo de seus valores de projeto, os tubos de vácuo apresentam uma vida útil notavelmente longa. Ele comprovou suas ideias substituindo todos os terminais que definiam o tom de discagem em uma central telefônica que atendia 1000 linhas por tubos de vácuo; havia entre 3 e 4 deles no total. Essa instalação entrou em operação em 1939. Durante o mesmo período, ele experimentou substituir os registradores de relés que armazenavam números de telefone por relés eletrônicos.
Flowers acreditava que o projeto engenhoso que lhe fora encomendado apresentava falhas graves e que ele próprio poderia obter um resultado muito melhor utilizando mais válvulas eletrônicas e menos componentes mecânicos. Em fevereiro de 1943, apresentou um projeto alternativo a Newman. Flowers eliminou inteligentemente a fita de chave, resolvendo o problema de sincronização. Sua máquina geraria o texto da chave instantaneamente. Simularia o Tunny eletronicamente, percorrendo todas as configurações da roda e comparando cada uma com o texto criptografado, registrando quaisquer correspondências prováveis. Ele estimou que essa abordagem exigiria cerca de 1500 válvulas eletrônicas.
Newman e o restante da liderança de Bletchley estavam céticos em relação à proposta. Como a maioria dos contemporâneos de Flowers, eles duvidavam que a eletrônica pudesse funcionar em tal escala. Além disso, mesmo que pudesse funcionar, duvidavam que tal máquina pudesse ser construída a tempo de ser útil em tempos de guerra.
O chefe de Flowers em Dollis Hill finalmente lhe deu sinal verde para montar uma equipe para construir esse gigante eletrônico — Flowers pode não ter sido totalmente sincero em sua descrição de quão bem recebida sua ideia era em Bletchley (de acordo com Andrew Hodges, Flowers disse a seu chefe, Gordon Radley, que o projeto era crucial para Bletchley, e Radley já havia ouvido de Churchill que o trabalho de Bletchley era uma prioridade absoluta). Além de Flowers, Sidney Broadhurst e William Chandler desempenharam papéis significativos no desenvolvimento do sistema, e todo o empreendimento ocupou quase 50 pessoas, metade dos recursos de Dollis Hill. A equipe se inspirou em precedentes usados na telefonia: contadores, lógica de ramificação, equipamentos para roteamento e tradução de sinais e equipamentos para medição periódica do status dos equipamentos. Broadhurst era um mestre em tais circuitos eletromecânicos, enquanto Flowers e Chandler eram especialistas em eletrônica que sabiam como traduzir conceitos do mundo dos relés para o mundo das válvulas. No início de 1944, a equipe apresentou um modelo funcional em Bletchley. A máquina gigante, apelidada de "Colossus", rapidamente provou ser capaz de superar Heath Robinson, processando de forma confiável 5000 caracteres por segundo.
Newman e o restante da liderança de Bletchley logo perceberam que haviam cometido um erro ao rejeitar Flowers. Em fevereiro de 1944, encomendaram mais 12 Colossi, com previsão de entrada em operação em 1º de junho — a data planejada para a invasão da França, embora Flowers, é claro, desconhecesse esse fato. Flowers afirmou categoricamente que isso era impossível, mas, após esforços hercúleos, sua equipe conseguiu entregar a segunda aeronave em 31 de maio, com um novo membro, Alan Coombs, implementando diversas melhorias.
O projeto reformulado, conhecido como Mark II, deu continuidade ao sucesso da primeira máquina. Além do sistema de alimentação de filme, contava com 2400 lâmpadas, 12 interruptores rotativos, 800 relés e uma máquina de escrever elétrica.
Colossus Mark II
Era personalizável e flexível o suficiente para lidar com uma variedade de tarefas. Após a instalação, cada uma das equipes femininas configurou seu Colossus para resolver problemas específicos. Um painel de controle, semelhante ao de uma telefonista, era usado para configurar os anéis eletrônicos que simulavam as rodas Tunny. Um conjunto de interruptores permitia que as operadoras configurassem qualquer número de unidades funcionais que processavam dois fluxos de dados: o filme externo e o sinal interno gerado pelos anéis. Combinando diversos elementos lógicos, o Colossus podia calcular funções booleanas arbitrárias com base nos dados — ou seja, funções que resultariam em 0 ou 1. Cada incremento de 1 aumentava o contador do Colossus. Uma unidade de controle separada tomava decisões de ramificação com base no estado do contador — por exemplo, parando e imprimindo a saída se o valor do contador excedesse 1000.
Painel de interruptores para personalizar o Colossus.
Vamos supor que o Colossus fosse um computador programável de propósito geral no sentido moderno. Ele poderia combinar logicamente dois fluxos de dados — um em fita e outro gerado por contadores de anel — e contar o número de 1s encontrados, e só. A maior parte da "programação" do Colossus era feita em papel, com os operadores executando uma árvore de decisão preparada por analistas: por exemplo, "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
Apesar disso, o Colossus era perfeitamente capaz de resolver a tarefa que lhe foi atribuída. Ao contrário do computador Atanasoff-Berry, o Colossus era extremamente rápido — podia processar 25000 caracteres por segundo, cada um dos quais podia exigir várias operações booleanas. O Mark II aumentou a velocidade em cinco vezes em relação ao Mark I, lendo e processando simultaneamente cinco seções diferentes de filme. Abandonou a necessidade de ligar todo o sistema a dispositivos eletromecânicos de entrada/saída lentos, utilizando em vez disso fotocélulas (retiradas de canhões antiaéreos). ) para leitura de fitas recebidas e um registrador para armazenar em buffer a saída para a máquina de escrever. O líder da equipe que restaurou o Colossus na década de 1990 demonstrou que, em seu trabalho, ele ainda conseguia facilmente superar um computador baseado em um processador Pentium de 1995.
Esta poderosa máquina de processamento de texto tornou-se o centro do projeto de decifração do código Tunny. Mais dez Mark II foram construídos antes do fim da guerra, com seus painéis produzidos em série, um por mês, por operários da fábrica postal de Birmingham, que desconheciam o que estavam produzindo, e depois montados em Bletchley. Um exasperado funcionário do Ministério do Abastecimento, ao receber mais um pedido de mil válvulas especiais, questionou se os carteiros estariam "atirando-as nos alemães". O próximo computador só seria produzido usando esse método industrial, em vez da montagem manual de projetos personalizados, na década de 1950. De acordo com as instruções de Flowers, para proteger as válvulas, cada "Colossus" funcionava dia e noite até o fim da guerra. Eles permaneciam, brilhando suavemente na escuridão, aquecendo o úmido inverno britânico e aguardando pacientemente instruções, até o dia em que não seriam mais necessários.
Véu do Silêncio
O entusiasmo natural pelo intrigante drama que se desenrola em Bletchley levou a uma supervalorização das conquistas militares da organização. É terrivelmente absurdo insinuar, como faz o filme,"[O Jogo da Imitação] mostra que a civilização britânica teria deixado de existir sem Alan Turing. A Operação Colossus, segundo todos os relatos, não teve impacto no curso da guerra na Europa. Sua conquista mais divulgada foi provar que o plano de desinformação para o desembarque na Normandia em 1944 havia funcionado. Relatórios recebidos por meio de Tunny indicavam que os Aliados haviam convencido Hitler e seu comando de que o verdadeiro ataque ocorreria mais a leste, em Pas-de-Calais. Informação encorajadora, mas é improvável que a redução dos níveis de cortisol do comando Aliado tenha contribuído para a vitória na guerra."
Por outro lado, os avanços tecnológicos representados pelo Colossus eram inegáveis. Mas o mundo não tomaria conhecimento disso tão cedo. Churchill ordenou que todos os Colossos existentes ao final do jogo fossem desmontados e que os segredos de seu projeto fossem descartados junto com eles. Duas máquinas, de alguma forma, sobreviveram a essa sentença de morte e permaneceram no serviço de inteligência britânico até a década de 1960. Mas mesmo assim, o governo britânico não levantou o véu do silêncio a respeito do trabalho em Bletchley. Somente na década de 1970 sua existência se tornou de conhecimento público.
A decisão de proibir permanentemente qualquer discussão sobre o trabalho realizado em Bletchley Park poderia ser vista como excesso de cautela por parte do governo britânico. Mas, para Flowers, foi uma tragédia pessoal. Despojado de todo o crédito e prestígio de seu papel como inventor do Colossus, ele sofreu frustração e decepção ao ver suas constantes tentativas de substituir relés por componentes eletrônicos no sistema telefônico britânico serem repetidamente bloqueadas. Se ele pudesse demonstrar sua conquista usando o Colossus como exemplo, teria a influência necessária para realizar seu sonho. Mas, quando suas realizações se tornaram conhecidas, Flowers já estava aposentado há muito tempo e incapaz de influenciar qualquer coisa.
Alguns entusiastas da computação eletrônica espalhados pelo mundo sofreram com problemas semelhantes relacionados ao sigilo em torno do Colossus e à falta de evidências da viabilidade dessa abordagem. A computação eletromecânica poderia permanecer dominante por algum tempo. Mas existia outro projeto que abriria caminho para a ascensão da computação eletrônica. Embora este também fosse resultado de pesquisa militar secreta, não foi ocultado após a guerra; em vez disso, foi revelado ao mundo com grande pompa, sob o nome de ENIAC.
O que ler:
• Jack Copeland, ed. Colossus: Os Segredos dos Computadores de Decifração de Códigos de Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, “O projeto do Colossus”, Anais da História da Computação, julho de 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: O Enigma (1983)
Fonte: habr.com
