Alte articole din serie:
- Istoria ștafetei
- Istoria calculatoarelor electronice
- Istoria tranzistorului
- Istoricul internetului
În 1938, șeful British Secret Intelligence a cumpărat în liniște o proprietate de 24 de hectare la 80 de mile de Londra. Era situat la intersecția căilor ferate de la Londra la nord și de la Oxford în vest până la Cambridge în est și era o locație ideală pentru o organizație care nu ar fi văzută de nimeni, dar era la îndemână de majoritatea. a centrelor importante de cunoaştere.şi autorităţile britanice. Proprietatea cunoscută ca , a devenit centrul Marii Britanii pentru ruperea codurilor în timpul celui de-al Doilea Război Mondial. Acesta este poate singurul loc din lume cunoscut pentru implicarea sa în criptografie.
Tunney
În vara anului 1941, la Bletchley se lucra deja pentru a sparge celebra mașină de criptare Enigma folosită de armata și marina germană. Dacă ați vizionat un film despre spărcătorii de coduri britanici, au vorbit despre Enigma, dar nu vom vorbi despre asta aici - pentru că la scurt timp după invazia Uniunii Sovietice, Bletchley a descoperit transmiterea mesajelor cu un nou tip de criptare.
Criptonaliștii și-au dat seama curând natura generală a mașinii folosite pentru a transmite mesaje, pe care le-au poreclit „Tunny”.
Spre deosebire de Enigma, ale cărei mesaje trebuiau descifrate manual, Tunney s-a conectat direct la teletip. Teletipul a convertit fiecare caracter introdus de operator într-un flux de puncte și cruci (similar cu punctele și liniuțele din codul Morse) în standard cu cinci caractere pe literă. Era text necriptat. Tunney a folosit douăsprezece roți simultan pentru a-și crea propriul flux paralel de puncte și cruci: cheia. Apoi a adăugat cheia mesajului, producând text cifrat transmis prin aer. Adunarea a fost efectuată în aritmetică binară, unde punctele corespundeau cu zerouri și crucile corespund cu unu:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
O altă Tanny din partea destinatarului, cu aceleași setări, a produs aceeași cheie și a adăugat-o la mesajul criptat pentru a produce cel original, care a fost tipărit pe hârtie de teletipul destinatarului. Să presupunem că avem un mesaj: „punct plus punct punct plus”. În numere va fi 01001. Să adăugăm o cheie aleatorie: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, deci obținem textul cifrat 10011. Adăugând din nou cheia, puteți restabili mesajul original. Să verificăm: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, obținem 01001.
Analizarea muncii lui Tunney a fost ușurată de faptul că, în primele luni de utilizare, expeditorii au transmis setările roții pentru a fi folosite înainte de a trimite un mesaj. Mai târziu, germanii au lansat cărți de coduri cu setări prestabilite pentru roți, iar expeditorul a trebuit doar să trimită un cod pe care destinatarul să-l poată folosi pentru a găsi setarea corectă a roții în carte. Au ajuns să schimbe zilnic cărțile de coduri, ceea ce însemna că Bletchley trebuia să spargă roțile de cod în fiecare dimineață.
În mod interesant, criptoanalistii au rezolvat funcția Tunny pe baza locației stațiilor de trimitere și de recepție. A conectat centrii nervoși ai înaltului comandament german cu comandanții armatei și grupurilor de armate de pe diverse fronturi militare europene, de la Franța ocupată până la stepele rusești. A fost o sarcină tentantă: piratarea lui Tunney promitea acces direct la intențiile și capacitățile de cel mai înalt nivel ale inamicului.
Apoi, printr-o combinație de greșeli ale operatorilor germani, viclenie și determinare obscenată, tânărul matematician a mers mult mai departe decât simplele concluzii despre munca lui Tunney. Fără să vadă mașina în sine, el i-a determinat complet structura internă. El a dedus în mod logic pozițiile posibile ale fiecărei roți (fiecare având propriul său număr prim) și cum exact poziția roților a generat cheia. Înarmat cu aceste informații, Bletchley a construit replici ale lui Tunney care ar putea fi folosite pentru a descifra mesajele - de îndată ce roțile au fost reglate corespunzător.
12 roți cheie ale unei mașini de cifrat Lorenz cunoscută sub numele de Tanny
Heath Robinson
Până la sfârșitul anului 1942, Tat a continuat să-l atace pe Tanni, după ce a dezvoltat o strategie specială în acest sens. S-a bazat pe conceptul de delta: suma modulo 2 a unui semnal dintr-un mesaj (punct sau cruce, 0 sau 1) cu următorul. Și-a dat seama că din cauza mișcării intermitente a roților Tunney, a existat o relație între delta textului cifrat și delta textului cheie: trebuiau să se schimbe împreună. Deci, dacă comparați textul cifrat cu textul cheie generat pe diferite setări ale roții, puteți calcula delta pentru fiecare și puteți număra numărul de potriviri. O rată de potrivire cu mult peste 50% ar trebui să marcheze un potențial candidat pentru cheia mesajului real. Ideea a fost bună în teorie, dar a fost imposibil de implementat în practică, deoarece a fost nevoie de 2400 de treceri pentru fiecare mesaj pentru a verifica toate setările posibile.
Tat a adus problema unui alt matematician, Max Newman, care a condus departamentul de la Bletchley pe care toată lumea l-a numit „Newmania”. Newman a fost, la prima vedere, o alegere improbabilă de a conduce sensibila organizație de informații britanice, deoarece tatăl său era din Germania. Cu toate acestea, părea puțin probabil să spioneze pentru Hitler, deoarece familia lui era evreică. Era atât de îngrijorat de progresul dominației lui Hitler în Europa, încât și-a mutat familia în siguranța New Yorkului, la scurt timp după prăbușirea Franței în 1940 și, pentru o perioadă, el însuși s-a gândit să se mute la Princeton.
Max Newman
S-a întâmplat că Newman a avut o idee despre lucrul la calculele cerute de metoda Tata - prin crearea unei mașini. Bletchley era deja obișnuit să folosească mașini pentru criptoanaliza. Așa a fost spart Enigma. Dar Newman a conceput un anumit dispozitiv electronic care să funcționeze pe cifrul Tunney. Înainte de război, a predat la Cambridge (unul dintre studenții săi era Alan Turing) și știa despre contoarele electronice construite de Wynne-Williams pentru a număra particulele la Cavendish. Ideea era următoarea: dacă sincronizați două filme închise într-o buclă, derulând cu viteză mare, dintre care unul avea o cheie, iar celălalt un mesaj criptat și tratați fiecare element ca pe un procesor care număra deltele, atunci un contor electronic ar putea adunați rezultatele. Citind scorul final la sfârșitul fiecărei runde, se putea decide dacă această cheie este una potențială sau nu.
S-a întâmplat să existe un grup de ingineri cu experiență adecvată. Printre ei se număra și Wynne-Williams. Turing a recrutat-o pe Wynne-Williams de la Laboratorul Radar Malvern pentru a ajuta la crearea unui nou rotor pentru mașina Enigma, folosind electronice pentru a număra turele. El a fost asistat cu acest proiect și un alt proiect Enigma de trei ingineri de la Stația de Cercetare Poștală de la Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst și Tommy Flowers (permiteți-mi să vă reamintesc că oficiul poștal britanic era o organizație de înaltă tehnologie și era responsabilă nu numai pentru corespondenta pe hartie, dar si pentru telegrafie si telefonie). Ambele proiecte au eșuat, iar bărbații au rămas inactiv. Newman le-a adunat. El l-a numit pe Flowers să conducă o echipă care a creat un „dispozitiv de combinare” care să numere deltele și să transmită rezultatul unui contor la care lucra Wynne-Williams.
Newman i-a ocupat pe ingineri cu construirea mașinilor și Departamentul pentru Femei al Marinei Regale cu operarea mașinilor sale de procesare a mesajelor. Guvernul a avut încredere doar în bărbați cu funcții de conducere la nivel înalt, iar femeile s-au descurcat bine ca ofițerii de operațiuni ai lui Bletchley, gestionând atât transcrierea mesajelor, cât și configurațiile de decodare. Au reușit foarte organic să treacă de la munca de birou la îngrijirea mașinilor care le automatizau munca. Și-au numit în mod frivol mașina „", echivalent britanic [amândoi au fost ilustratori de caricaturi care au înfățișat dispozitive extrem de complexe, voluminoase și complicate care îndeplineau funcții foarte simple / aprox. transl.].
Mașina „Old Robinson”, foarte asemănătoare cu predecesorul său, mașina „Heath Robinson”.
Într-adevăr, Heath Robinson, deși destul de fiabil în teorie, a suferit probleme serioase în practică. Principalul lucru a fost necesitatea unei sincronizări perfecte a celor două filme - textul cifrului și textul cheie. Orice întindere sau alunecare a oricăruia dintre filme a făcut întregul pasaj inutilizabil. Pentru a minimiza riscul de erori, mașina nu a procesat mai mult de 2000 de caractere pe secundă, deși curelele puteau funcționa mai rapid. Flowers, care a fost de acord fără tragere de inimă cu munca proiectului Heath Robinson, a crezut că există o cale mai bună: o mașină construită aproape în întregime din componente electronice.
colos
Thomas Flowers a lucrat ca inginer în departamentul de cercetare al oficiului poștal britanic din 1930, unde a lucrat inițial la cercetarea conexiunilor incorecte și eșuate în noile centrale telefonice automate. Acest lucru l-a determinat să se gândească la cum să creeze o versiune îmbunătățită a sistemului de telefonie, iar până în 1935 a început să susțină înlocuirea componentelor sistemului electromecanic, cum ar fi releele, cu cele electronice. Acest obiectiv i-a determinat întreaga carieră viitoare.
Tommy Flowers, în jurul anului 1940
Majoritatea inginerilor au criticat componentele electronice pentru că sunt capricioase și nesigure atunci când sunt utilizate pe scară largă, dar Flowers a arătat că atunci când sunt utilizate continuu și la puteri mult sub designul lor, tuburile de vid au prezentat o durată de viață uimitor de lungă. Și-a dovedit ideile prin înlocuirea tuturor terminalelor de ton de apel pe un comutator de 1000 de linii cu tuburi; în total erau 3-4 mii dintre ei. Această instalație a fost lansată în funcțiune reală în 1939. În aceeași perioadă, a experimentat înlocuirea registrelor de relee care stocau numerele de telefon cu relee electronice.
Flowers credea că Heath Robinson pentru care a fost angajat să-l construiască era serios defectuos și că ar putea rezolva problema mult mai bine folosind mai multe tuburi și mai puține piese mecanice. În februarie 1943, a adus lui Newman un design alternativ pentru mașină. Florile au scăpat inteligent de banda cheii, eliminând problema de sincronizare. Mașina lui a trebuit să genereze textul cheie din mers. Ea îl simula pe Tunney electronic, parcurgând toate setările roții și comparând fiecare cu textul cifrat, înregistrând potrivirile probabile. El a estimat că această abordare ar necesita utilizarea a aproximativ 1500 de tuburi cu vid.
Newman și restul conducerii lui Bletchley erau sceptici față de această propunere. La fel ca majoritatea contemporanilor lui Flowers, ei se îndoiau dacă electronicele ar putea fi făcute să funcționeze la o asemenea scară. Mai mult, chiar dacă ar putea fi făcută să funcționeze, se îndoiau că o astfel de mașină ar putea fi construită la timp pentru a fi utilă în război.
Șeful lui Flowers de la Dollis Hill i-a dat aprobarea pentru a aduna o echipă pentru a crea acest monstru electronic - Flowers poate să nu fi fost pe deplin sincer când i-a descris cât de mult i-a plăcut ideea lui la Bletchley (Conform lui Andrew Hodges, a spus Flowers șeful său, Gordon Radley, că proiectul era o muncă critică pentru Bletchley, iar Radley auzise deja de la Churchill că munca lui Bletchley era o prioritate absolută). Pe lângă Flowers, Sidney Broadhurst și William Chandler au jucat un rol important în dezvoltarea sistemului, iar întreaga întreprindere a angajat aproape 50 de oameni, jumătate din resursele Dollis Hill. Echipa s-a inspirat din precedentele folosite în telefonie: contoare, logica de ramură, echipamente pentru rutare și translație a semnalului și echipamente pentru măsurători periodice ale stării echipamentelor. Broadhurst era un maestru al unor astfel de circuite electromecanice, iar Flowers și Chandler erau experți în electronică care au înțeles cum să transfere concepte din lumea releelor în lumea supapelor. La începutul anului 1944, echipa îi prezentase lui Bletchley un model de lucru. Mașina uriașă a fost numită „Colossus” și a dovedit rapid că ar putea să-l eclipseze pe Heath Robinson prin procesarea fiabilă a 5000 de caractere pe secundă.
Newman și restul conducerii de la Bletchley și-au dat seama rapid că au făcut o greșeală în a refuza Flowers. În februarie 1944, au comandat încă 12 coloși, care ar fi trebuit să fie operaționali până la 1 iunie - data la care a fost planificată invazia Franței, deși, desigur, acest lucru nu era cunoscut de Flowers. Flowers a spus direct că acest lucru este imposibil, dar cu eforturi eroice echipa sa a reușit să livreze oa doua mașină până pe 31 mai, căreia noul membru al echipei Alan Coombs a făcut multe îmbunătățiri.
Designul revizuit, cunoscut sub numele de Mark II, a continuat succesul primei mașini. Pe lângă sistemul de alimentare cu film, acesta a constat din 2400 de lămpi, 12 întrerupătoare rotative, 800 de relee și o mașină de scris electrică.
Colossus Mark II
Era personalizabil și suficient de flexibil pentru a gestiona o varietate de sarcini. După instalare, fiecare dintre echipele feminine și-a configurat „Colosul” pentru a rezolva anumite probleme. Un panou de patch-uri, similar cu panoul unui operator de telefonie, a fost necesar pentru a configura inele electronice care simulau roțile Tunney. Un set de comutatoare le-a permis operatorilor să configureze orice număr de dispozitive funcționale care procesau două fluxuri de date: un film extern și un semnal intern generat de inele. Prin combinarea unui set de elemente logice diferite, Colossus putea calcula funcții booleene arbitrare pe baza datelor, adică funcții care ar produce un 0 sau 1. Fiecare unitate a mărit contorul Colossus. Un aparat de control separat a luat decizii de ramificare pe baza stării contorului - de exemplu, opriți și imprimați o ieșire dacă valoarea contorului depășea 1000.
Panou de comutare pentru configurarea „Colossus”
Să presupunem că Colossus a fost un computer programabil de uz general în sensul modern. Ar putea combina în mod logic două fluxuri de date - unul pe bandă și unul generat de contoare de apel - și să numere numărul de XNUMX întâlnite și atât. O mare parte din „programarea” lui Colossus a avut loc pe hârtie, operatorii executând un arbore de decizie pregătit de analiști: să spunem, „dacă ieșirea sistemului este mai mică decât X, configurați configurația B și faceți Y, altfel faceți Z”.
Diagrama bloc la nivel înalt pentru Colossus
Cu toate acestea, „Colossus” a fost destul de capabil să rezolve sarcina care i-a fost atribuită. Spre deosebire de computerul Atanasoff-Berry, Colossus era extrem de rapid - putea procesa 25000 de caractere pe secundă, fiecare dintre acestea putând necesita mai multe operațiuni booleene. Mark II a crescut viteza de cinci ori față de Mark I, citind și procesând simultan cinci secțiuni diferite de film. A refuzat conectarea întregului sistem cu dispozitive electromecanice lente de intrare-ieșire, folosind fotocelule (luate de la antiaeriene ) pentru citirea benzilor primite și un registru pentru tamponarea ieșirii mașinii de scris. Liderul echipei care a restaurat Colossus în anii 1990 a arătat că ar putea încă depăși cu ușurință un computer bazat pe Pentium din 1995 la locul de muncă.
Această mașină puternică de procesare a textului a devenit centrul proiectului de a sparge codul Tunney. Încă zece Mark II au fost construite înainte de sfârșitul războiului, panourile pentru care au fost produse cu o rată de unul pe lună de muncitorii de la fabrica poștală din Birmingham, care nu aveau idee ce produc, și apoi asamblate la Bletchley. . Un oficial iritat de la Ministerul Aprovizionărilor, după ce a primit o altă cerere pentru o mie de supape speciale, a întrebat dacă lucrătorii poștale „i-au împușcat în germani”. În acest mod industrial, mai degrabă decât prin asamblarea manuală a unui proiect individual, următorul computer nu va fi produs până în anii 1950. Conform instrucțiunilor lui Flowers de a proteja valvele, fiecare Colossus a funcționat zi și noapte până la sfârșitul războiului. Stăteau liniștiți strălucind în întuneric, încălzind iarna umedă britanică și așteptând cu răbdare instrucțiuni până a venit ziua când nu mai era nevoie de ei.
Vălul Tăcerii
Entuziasmul natural pentru drama intrigantă care se desfășura la Bletchley a dus la exagerarea grosolană a realizărilor militare ale organizației. Este teribil de absurd să sugerezi, așa cum face filmul.„[The Imitation Game] că civilizația britanică ar înceta să mai existe dacă nu ar fi fost Alan Turing. „Colosul”, se pare, nu a avut niciun impact asupra cursului războiului din Europa. Cea mai mediatizată realizare a sa a fost să demonstreze că înșelătoria debarcării în Normandia din 1944 a funcționat. Mesajele primite prin Tanny sugerau că Aliații l-au convins cu succes pe Hitler și comanda sa că adevărata lovitură va veni mai spre est, la Pas de Calais. Informații încurajatoare, dar este puțin probabil ca reducerea nivelului de cortizol din sângele comandamentului aliat să fi ajutat la câștigarea războiului.
Pe de altă parte, progresele tehnologice pe care le-a prezentat Colossus erau de netăgăduit. Dar lumea nu va ști asta curând. Churchill a ordonat ca toți „Colosii” existente la momentul sfârșitului jocului să fie demontați, iar secretul designului lor să fie trimis împreună cu ei la groapa de gunoi. Două vehicule au supraviețuit cumva acestei condamnări la moarte și au rămas în serviciul de informații britanic până în anii 1960. Dar nici atunci guvernul britanic nu a ridicat vălul tăcerii cu privire la munca la Bletchley. Abia în anii 1970 existența sa a devenit cunoscută public.
Decizia de a interzice definitiv orice discuție despre lucrările care se desfășoară la Bletchley Park ar putea fi numită o precauție excesivă a guvernului britanic. Dar pentru Flowers a fost o tragedie personală. Deposedat de tot creditul și prestigiul de a fi inventatorul Colosului, el a suferit nemulțumire și frustrare, deoarece încercările sale constante de a înlocui releele cu electronice în sistemul telefonic britanic erau blocate în mod continuu. Dacă și-ar putea demonstra realizările prin exemplul „Colosului”, ar avea influența necesară realizării visului său. Dar până când realizările sale au devenit cunoscute, Flowers se pensionase de mult și nu putea influența nimic.
Mai mulți pasionați de calculatoare electronice împrăștiați în întreaga lume au suferit de probleme similare legate de secretul din jurul lui Colossus și de lipsa dovezilor pentru viabilitatea acestei abordări. Calculul electromecanic ar putea rămâne rege pentru o vreme de acum încolo. Dar a existat un alt proiect care ar deschide calea pentru ca computerele electronice să fie în centrul atenției. Deși a fost și rezultatul unor dezvoltări militare secrete, nu a fost ascuns după război, ci dimpotrivă, a fost dezvăluit lumii cu cel mai mare aplomb, sub numele ENIAC.
Ce să citești:
• Jack Copeland, ed. Colossus: Secretele computerelor de codificare de la Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, „The Design of Colossus”, Annals of the History of Computing, iulie 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: Enigma (1983)
Sursa: www.habr.com