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Em 1938, o chefe da Inteligência Secreta Britânica comprou discretamente uma propriedade de 24 hectares a 80 quilômetros de Londres. Ele estava localizado na junção das ferrovias de Londres, ao norte, e de Oxford, a oeste, a Cambridge, a leste, e era um local ideal para uma organização que não seria vista por ninguém, mas era de fácil acesso para a maioria. dos importantes centros de conhecimento e das autoridades britânicas. A propriedade conhecida como , tornou-se o centro de decifração de códigos da Grã-Bretanha durante a Segunda Guerra Mundial. Este é talvez o único lugar no mundo conhecido pelo seu envolvimento com criptografia.
Tunney
No verão de 1941, já estavam em andamento trabalhos em Bletchley para quebrar a famosa máquina de criptografia Enigma usada pelo exército e pela marinha alemãs. Se você assistiu a um filme sobre decifradores de códigos britânicos, eles falaram sobre Enigma, mas não falaremos sobre isso aqui – porque logo após a invasão da União Soviética, Bletchley descobriu a transmissão de mensagens com um novo tipo de criptografia.
Os criptoanalistas logo descobriram a natureza geral da máquina usada para transmitir mensagens, que apelidaram de “Tunny”.
Ao contrário da Enigma, cujas mensagens tinham de ser decifradas manualmente, Tunney conectou-se diretamente ao teletipo. O teletipo converteu cada caractere inserido pelo operador em um fluxo de pontos e cruzes (semelhante aos pontos e traços do código Morse) no padrão com cinco caracteres por letra. Era um texto não criptografado. Tunney usou doze rodas de cada vez para criar seu próprio fluxo paralelo de pontos e cruzes: a chave. Ela então adicionou a chave à mensagem, produzindo texto cifrado transmitido pelo ar. A adição foi realizada em aritmética binária, onde os pontos correspondiam a zeros e as cruzes correspondiam a uns:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Outro Tanny do lado do destinatário com as mesmas configurações produziu a mesma chave e a adicionou à mensagem criptografada para produzir a original, que foi impressa em papel pelo teletipo do destinatário. Digamos que temos uma mensagem: “ponto mais ponto ponto mais”. Em números será 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. Ao adicionar a chave novamente, você pode restaurar 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 trabalho de Tunney foi facilitada pelo fato de que, nos primeiros meses de seu uso, os remetentes passaram as configurações da roda a serem usadas antes de enviar uma mensagem. Mais tarde, os alemães lançaram livros de códigos com configurações de roda predefinidas, e o remetente só precisava enviar um código que o destinatário pudesse usar para encontrar a configuração correta da roda no livro. Eles acabaram mudando os livros de códigos diariamente, o que significava que Bletchley tinha que hackear as rodas de código todas as manhãs.
Curiosamente, os criptoanalistas resolveram a função Tunny com base na localização das estações emissoras e receptoras. Conectou os centros nervosos do alto comando alemão com o exército e os comandantes de grupos de exércitos em várias frentes militares europeias, desde a França ocupada até às estepes russas. Era uma tarefa tentadora: hackear Tunney prometia acesso direto às intenções e capacidades de mais alto nível do inimigo.
Então, através de uma combinação de erros cometidos por operadores alemães e de uma determinação astuta e obstinada, o jovem matemático foi muito além de simples conclusões sobre o trabalho de Tunney. Sem ver a máquina em si, ele determinou completamente sua estrutura interna. Ele deduziu logicamente as posições possíveis de cada roda (cada uma com seu próprio número primo) e como exatamente a posição das rodas gerava a chave. Munido dessas informações, Bletchley construiu réplicas do Tunney que poderiam ser usadas para decifrar mensagens – assim que as rodas estivessem devidamente ajustadas.
12 rodas-chave de uma máquina de criptografia Lorenz conhecida como Tanny
Heath Robinson
No final de 1942, Tat continuou a atacar Tanni, tendo desenvolvido uma estratégia especial para isso. Foi baseado no conceito de delta: a soma do módulo 2 de um sinal em uma mensagem (ponto ou cruz, 0 ou 1) com o próximo. Ele percebeu que devido ao movimento intermitente das rodas Tunney, havia uma relação entre o delta do texto cifrado e o delta do texto chave: eles tinham que mudar juntos. Portanto, se você comparar o texto cifrado com o texto-chave gerado em diferentes configurações de roda, poderá calcular o delta de cada um e contar o número de correspondências. Uma taxa de correspondência bem superior a 50% deve marcar um candidato potencial para a chave real da mensagem. A ideia era boa na teoria, mas era impossível de implementar na prática, pois exigia fazer 2400 passagens para cada mensagem para verificar todas as configurações possíveis.
Tat levou o problema a outro matemático, Max Newman, que chefiava o departamento em Bletchley que todos chamavam de “Newmania”. Newman era, à primeira vista, uma escolha improvável para liderar a sensível organização de inteligência britânica, uma vez que o seu pai era alemão. No entanto, parecia improvável que ele espionasse para Hitler, já que sua família era judia. Ele estava tão preocupado com o progresso do domínio de Hitler na Europa que mudou-se com a família para a segurança de Nova Iorque pouco depois do colapso da França em 1940, e durante algum tempo ele próprio considerou mudar-se para Princeton.
Max Newman
Acontece que Newman teve a ideia de trabalhar nos cálculos exigidos pelo método Tata - criando uma máquina. Bletchley já estava acostumado a usar máquinas para criptoanálise. Foi assim que o Enigma foi decifrado. Mas Newman concebeu um certo dispositivo eletrônico para trabalhar na cifra de Tunney. Antes da guerra, ele lecionou em Cambridge (um de seus alunos foi Alan Turing) e conhecia os contadores eletrônicos construídos por Wynne-Williams para contar partículas em Cavendish. A ideia era esta: se você sincronizasse dois filmes fechados em loop, rolando em alta velocidade, um dos quais tivesse uma chave e o outro uma mensagem criptografada, e tratasse cada elemento como um processador que conta deltas, então um contador eletrônico poderia some os resultados. Ao ler a pontuação final ao final de cada corrida, pode-se decidir se essa chave era potencial ou não.
Acontece que simplesmente existia um grupo de engenheiros com experiência adequada. Entre eles estava o próprio Wynne-Williams. Turing recrutou Wynne-Williams do Malvern Radar Laboratory para ajudar a criar um novo rotor para a máquina Enigma, usando eletrônica para contar voltas. Ele foi auxiliado neste e em outro projeto da Enigma por três engenheiros da Estação de Pesquisa Postal em Dollys Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst e Tommy Flowers (deixe-me lembrá-lo que os Correios Britânicos eram uma organização de alta tecnologia e eram responsáveis por não apenas para correio em papel, mas e para telegrafia e telefonia). Ambos os projetos falharam e os homens ficaram ociosos. Newman os colecionou. Ele nomeou Flowers para liderar uma equipe que criou um “dispositivo de combinação” que contaria deltas e transmitiria o resultado a um contador no qual Wynne-Williams estava trabalhando.
Newman ocupou os engenheiros com a construção das máquinas e o Departamento Feminino da Marinha Real com a operação de suas máquinas de processamento de mensagens. O governo confiava apenas em homens com posições de liderança de alto nível, e as mulheres se saíam bem como oficiais de operações de Bletchley, lidando com configurações de transcrição e decodificação de mensagens. Eles conseguiram passar do trabalho administrativo de maneira muito orgânica para o cuidado das máquinas que automatizavam seu trabalho. Eles nomearam levianamente seu carro "", equivalente britânico [ambos eram ilustradores cartunistas que retratavam dispositivos extremamente complexos, volumosos e intrincados que executavam funções muito simples / aprox. trad.].
O carro "Old Robinson", muito semelhante ao seu antecessor, o carro "Heath Robinson"
Na verdade, Heath Robinson, embora bastante confiável na teoria, sofria de sérios problemas na prática. O principal era a necessidade de sincronização perfeita dos dois filmes - o texto cifrado e o texto chave. Qualquer estiramento ou deslizamento de qualquer um dos filmes tornava toda a passagem inutilizável. Para minimizar o risco de erros, a máquina processava no máximo 2000 caracteres por segundo, embora as correias pudessem trabalhar mais rápido. Flowers, que concordou relutantemente com o trabalho do 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 desde 1930, onde inicialmente trabalhou na pesquisa de conexões incorretas e com falha em novas centrais telefônicas automáticas. Isso o levou a pensar em como criar uma versão melhorada do sistema telefônico e, em 1935, ele começou a defender a substituição de componentes do sistema eletromecânico, como relés, por componentes eletrônicos. Esse objetivo determinou toda a sua carreira futura.
Tommy Flowers, por volta de 1940
A maioria dos engenheiros criticou os componentes eletrônicos por serem caprichosos e pouco confiáveis quando usados em larga escala, mas Flowers mostrou que, quando usados continuamente e com potências bem abaixo de seu projeto, os tubos de vácuo exibiam uma vida útil surpreendentemente longa. Ele provou suas ideias substituindo todos os terminais de tom de discagem em um switch de 1000 linhas por tubos; no total, eram 3-4 mil. Esta instalação foi lançada em funcionamento real em 1939. No mesmo período, ele experimentou substituir os registradores de retransmissão que armazenavam números de telefone por retransmissores eletrônicos.
Flowers acreditava que o Heath Robinson que ele foi contratado para construir tinha sérias falhas e que ele poderia resolver o problema muito melhor usando mais tubos e menos peças mecânicas. Em fevereiro de 1943, ele trouxe para Newman um projeto alternativo para a máquina. Flowers habilmente se livrou da fita principal, eliminando o problema de sincronização. Sua máquina teve que gerar o texto-chave instantaneamente. Ela simularia Tunney eletronicamente, passando por todas as configurações da roda e comparando cada uma com o texto cifrado, registrando prováveis correspondências. Ele estimou que esta abordagem exigiria o uso de cerca de 1500 tubos de vácuo.
Newman e o resto da administração de Bletchley estavam céticos em relação a esta proposta. Como a maioria dos contemporâneos de Flowers, eles duvidavam que a eletrônica pudesse funcionar em tal escala. Além disso, mesmo que fosse possível fazê-la funcionar, duvidavam que tal máquina pudesse ser construída a tempo de ser útil na guerra.
O chefe de Flowers em Dollis Hill deu-lhe autorização para montar uma equipe para criar esse monstro eletrônico - Flowers pode não ter sido totalmente sincero ao descrever a ele o quanto sua ideia foi apreciada em Bletchley (de acordo com Andrew Hodges, Flowers disse seu chefe, Gordon Radley, que o projeto era um trabalho crítico para Bletchley, e Radley já tinha ouvido de Churchill que o trabalho de Bletchley era uma prioridade absoluta). Além de Flowers, Sidney Broadhurst e William Chandler desempenharam um grande papel no desenvolvimento do sistema, e todo o empreendimento empregou quase 50 pessoas, metade dos recursos de Dollis Hill. A equipe se inspirou em precedentes utilizados em telefonia: medidores, lógica de ramal, equipamentos para roteamento e tradução de sinais e equipamentos para medições periódicas de status de equipamentos. Broadhurst era um mestre nesses circuitos eletromecânicos, e Flowers e Chandler eram especialistas em eletrônica que sabiam como transferir conceitos do mundo dos relés para o mundo das válvulas. No início de 1944, a equipe apresentou um modelo funcional a Bletchley. A máquina gigante foi apelidada de “Colossus” e rapidamente provou que poderia ofuscar Heath Robinson ao processar de forma confiável 5000 caracteres por segundo.
Newman e o restante da administração de Bletchley perceberam rapidamente que haviam cometido um erro ao recusar Flowers. Em fevereiro de 1944, eles encomendaram mais 12 Colossi, que deveriam estar operacionais em 1º de junho - data em que a invasão da França foi planejada, embora, é claro, isso fosse desconhecido por Flowers. Flowers disse abertamente que isso era impossível, mas com esforços heróicos sua equipe conseguiu entregar um segundo carro até 31 de maio, no qual o novo membro da equipe, Alan Coombs, fez muitas melhorias.
O design revisado, conhecido como Mark II, deu continuidade ao sucesso da primeira máquina. Além do sistema de alimentação do filme, era composto por 2400 lâmpadas, 12 interruptores rotativos, 800 relés e máquina de escrever elétrica.
Colosso Marco II
Era personalizável e flexível o suficiente para lidar com uma variedade de tarefas. Após a instalação, cada uma das equipes femininas configurou seu “Colosso” para solucionar determinados problemas. Um patch panel, semelhante ao painel de uma operadora de telefonia, foi necessário para configurar anéis eletrônicos que simulassem rodas Tunney. Um conjunto de switches permitiu aos operadores configurar qualquer número de dispositivos funcionais que processavam dois fluxos de dados: um filme externo e um sinal interno gerado pelos anéis. Ao combinar um conjunto de diferentes elementos lógicos, o Colossus poderia calcular funções booleanas arbitrárias com base em dados, ou seja, funções que produziriam 0 ou 1. Cada unidade aumentava o contador do Colossus. Um aparelho de controle separado tomava decisões de ramificação com base no estado do contador - por exemplo, parar e imprimir uma saída se o valor do contador excedesse 1000.
Painel de interruptores para configuração do “Colossus”
Suponhamos que o Colossus fosse um computador programável de uso 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 pronto. Grande parte da “programação” do Colossus ocorreu no papel, com os operadores executando uma árvore de decisão preparada pelos analistas: digamos, “se a saída do sistema for menor que X, defina a configuração B e faça Y, caso contrário, faça Z”.
Diagrama de blocos de alto nível para Colossus
No entanto, "Colossus" foi 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 exigindo várias operações booleanas. O Mark II aumentou cinco vezes a velocidade em relação ao Mark I, lendo e processando simultaneamente cinco seções diferentes do filme. Recusou-se a conectar todo o sistema com dispositivos eletromecânicos lentos de entrada-saída, utilizando fotocélulas (retiradas de sistemas antiaéreos ) para leitura de fitas recebidas e um registro para armazenar em buffer a saída da máquina de escrever. O líder da equipe que restaurou o Colossus na década de 1990 mostrou que ainda poderia facilmente superar um computador baseado em Pentium de 1995 em seu trabalho.
Esta poderosa máquina de processamento de texto tornou-se o centro do projeto para decifrar o código Tunney. Mais dez Mark IIs foram construídos antes do fim da guerra, cujos painéis eram produzidos a uma taxa de um por mês por trabalhadores da fábrica postal em Birmingham, que não tinham ideia do que estavam fazendo, e depois montados em Bletchley . Um funcionário irritado do Ministério do Abastecimento, tendo recebido outro pedido de mil válvulas especiais, perguntou se os funcionários dos correios estavam “disparando contra os alemães”. Desta forma industrial, em vez de montar manualmente um projecto individual, o próximo computador só seria produzido na década de 1950. Sob as instruções de Flowers para proteger as válvulas, cada Colossus operou dia e noite até o fim da guerra. Eles permaneceram silenciosamente brilhando na escuridão, aquecendo o chuvoso inverno britânico e esperando pacientemente por instruções até chegar o dia em que não fossem mais necessários.
Véu do Silêncio
O entusiasmo natural pelo drama intrigante que se desenrolava em Bletchley levou a um grande exagero nas conquistas militares da organização. É terrivelmente absurdo sugerir, como faz o filme." [O Jogo da Imitação] que a civilização britânica deixaria de existir se não fosse por Alan Turing. "Colossus", aparentemente, não teve impacto no curso da guerra na Europa. Sua conquista mais divulgada foi provar que o engano do desembarque na Normandia em 1944 funcionou. Mensagens recebidas através de Tanny sugeriam que os Aliados tinham conseguido convencer Hitler e o seu comando de que o verdadeiro golpe viria mais a leste, no Pas de Calais. Informação encorajadora, mas é improvável que a redução do nível de cortisol no sangue do comando aliado tenha ajudado a vencer a guerra.
Por outro lado, os avanços tecnológicos que a Colossus apresentava eram inegáveis. Mas o mundo não saberá disso tão cedo. Churchill ordenou que todos os “Colossos” existentes no final do jogo fossem desmontados, e o segredo de seu desenho fosse enviado junto com eles para o aterro. Dois veículos sobreviveram de alguma forma a esta 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 em relação ao 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 considerada uma cautela excessiva do governo britânico. Mas para Flowers foi uma tragédia pessoal. Despojado de todo o crédito e prestígio de ser o inventor do Colossus, ele sofreu insatisfação e frustração à medida que suas constantes tentativas de substituir relés por eletrônicos no sistema telefônico britânico eram continuamente bloqueadas. Se ele pudesse demonstrar sua conquista através do exemplo de “Colossus”, teria a influência necessária para realizar seu sonho. Mas quando suas realizações se tornaram conhecidas, Flowers já havia se aposentado há muito tempo e era incapaz de influenciar qualquer coisa.
Vários entusiastas da computação electrónica espalhados por todo o mundo sofreram de problemas semelhantes relacionados com o sigilo que rodeia o Colossus e a falta de provas da viabilidade desta abordagem. A computação eletromecânica poderá continuar reinando por algum tempo. Mas havia outro projeto que abriria caminho para que a computação eletrônica ocupasse o centro das atenções. Embora também tenha resultado de desenvolvimentos militares secretos, não foi escondido depois da guerra, pelo contrário, foi revelado ao mundo com a maior autoconfiança, sob o nome de ENIAC.
O que ler:
• Jack Copeland, ed. Colossus: os segredos dos computadores decifradores de código de Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, “The Design of Colossus”, Annals of the History of Computing, julho de 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: O Enigma (1983)
Fonte: habr.com