Alte articole din ciclu:
- Istoria releului
- Istoria calculatoarelor electronice
- Istoria tranzistorului
- Istoria internetului
În 1938, șeful serviciului secret britanic a cumpărat, fără a atrage atenția, un domeniu de 24 de hectare situat la 80 de mile de Londra. Acesta era amplasat la intersecția căilor ferate care mergeau din Londra spre nord și din Oxford spre vest, către Cambridge în est, fiind un loc ideal pentru o organizație care nu trebuia să fie observată, dar care era totuși aproape accesibilă majorității centrelor importante de putere și cunoaștere din Marea Britanie. Domeniul, cunoscut sub numele de , a devenit centrul britanic de decriptare a codurilor în timpul celui de-al Doilea Război Mondial. Este posibil să fie singurul loc din lume cunoscut pentru implicarea sa în criptografie.
Tanni
În vara anului 1941, la Bletchley se desfășurau deja lucrări intense pentru decriptarea celebrei mașini de criptare Enigma, utilizată de armata și marina germană. Dacă ai vizionat un film despre hackeri britanici, acolo se vorbea despre Enigma, dar nu ne vom extinde asupra acesteia, deoarece imediat după invazia Uniunii Sovietice, la Bletchley s-a descoperit transmiterea de mesaje cu un nou tip de criptare.
Criptoanaliștii au descifrat destul de repede natura generală a mașinii utilizate pentru transmiterea mesajelor, pe care au denumit-o „Tanni”.
Spre deosebire de Enigma, a cărei mesaje trebuiau decriptate manual, Tanni se conecta direct la teleprinter. Teleprinterul transforma fiecare simbol introdus de operator într-un flux de puncte și cruce (asemănător cu punctele și liniile alfabetului Morse) în codul standard cu cinci simboluri pe literă. Acesta era un text necriptat. Tanni folosea simultan douăsprezece rotițe pentru a crea propriul flux paralel de puncte și cruce: cheia. Apoi, adăuga cheia la mesaj, generând textul criptat ce era transmis prin aer. Adunarea se realiza în aritmetica binară, unde punctele corespundeau zerourilor, iar crucele unităților:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
O altă mașină Tanni de partea destinatarului, cu aceleași setări, genera aceeași cheie și o adăuga la mesajul criptat pentru a oferi informația inițială, care era tipărită pe hârtie de teletipul destinatarului. Să presupunem că avem un mesaj: „punct plus punct punct plus”. În cifre, aceasta va fi 01001. Să adăugăm o cheie random: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, așa că obținem textul criptat 10011. Adăugând din nou cheie, putem recupera mesajul inițial. Să verificăm: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, obținem 01001.
Analiza funcționării Tanni a fost facilitată de faptul că în primele luni de utilizare, expeditorii transmiteau setările roților care trebuiau utilizate înainte de trimiterea mesajului. Mai târziu, germanii au emis cărți de coduri cu setările de roți presetate, astfel încât expeditorul trebuia doar să trimită un cod, în baza căruia destinatarul putea găsi setarea roții corecte în carte. Ca urmare, au început să schimbe cărțile de coduri zilnic, din acest motiv Bletchley trebuia să crape setările roților de cod în fiecare dimineață.
Este interesant că criptoanaliștii au dezlegat funcția Tanni pe baza poziționării stațiilor de expediție și de primire. Aceasta conecta centrele nervoase ale comandamentului german de vârf cu armata și comandantii grupurilor de armate de pe diferitele fronturi de război europene, de la Franța ocupată la câmpiile rusești. A fost o sarcină tentantă: spargerea Tanni promitea acces direct la intențiile și capacitățile inamicului la cel mai înalt nivel.
Apoi, datorită unei combinații de greșeli ale operatorilor germani, istețime și determinare neabătută, tânărul mathematician a mers mult mai departe decât simplele concluzii referitoare la funcționarea Tanni. Fără să vadă efectiv mașina, a reușit să determine complet structura sa internă. El a dedus logic pozițiile posibile ale fiecărei roți (fiecare având un număr prim propriu) și modul în care poziția roților genera cheia. Înarmati cu această informație, la Bletchley au construit copii ale Tanni care puteau fi utilizate pentru decriptarea mesajelor - imediat după setarea corectă a roților.
Cele 12 roți ale mașinii de cheie care folosea cifrul Lorenz, cunoscută sub numele de Tanni
Hugh Robinson
Până la sfârșitul anului 1942, Tat a continuat să-l atace pe Tanni, dezvoltând o strategie specială pentru aceasta. Aceasta se baza pe conceptul de delta: suma modulo 2 a unui semnal din mesaj (punct sau cruce, 0 sau 1) cu următorul. A înțeles că, din cauza mișcării discontinuu a roților lui Tanni, exista o legătură între delta textului criptat și delta textului cheie: acestea trebuiau să se schimbe împreună. Așadar, comparând textul criptat cu textul cheie creat pe diferite setări ale roților, se putea calcula delta pentru fiecare și se putea număra numărul de potriviri. O cantitate de potriviri care depășește 50% ar trebui să marcheze un potențial candidat pentru cheia reală a mesajului. În teorie, idea era bună, dar era imposibil de pus în practică, deoarece necesita 2400 de treceri pentru fiecare mesaj pentru a verifica toate setările posibile.
Tat a adus această problemă unui alt matematician, Max Newman, care conducea un departament la Bletchley, pe care toată lumea îl numea "newmania". Newman, la prima vedere, era o candidatură puțin probabilă pentru conducerea unei organizații de informații britanice sensibile, deoarece tatăl său era originar din Germania. Cu toate acestea, părea puțin probabil să spioneze pentru Hitler, deoarece familia sa era evreiască. A fost atât de îngrijorat de avansul dominării lui Hitler în Europa, încât și-a mutat familia într-un loc sigur, în New York, la scurt timp după colapsul Franței în 1940, și pentru o vreme s-a gândit chiar să se mute în Princeton.
Max Newman
Așa s-a întâmplat că Newman a avut o idee despre cum să lucreze la calculele necesare metodei Tata - prin crearea unei mașini. La Bletchley, se obișnuia să se folosească mașini pentru criptoanaliză. Așa a fost spart codul Enigma. Însă Newman a conceput un anumit dispozitiv electronic pentru a lucra la cifrul Tani. Înainte de război, el preda la Cambridge (unul dintre studenții săi a fost Alan Turing) și știa despre contoarele electronice construite de Wynn-Williams pentru a contoriza particulele la Cavendish. Ideea era următoarea: dacă s-ar sincroniza două filme închise în buclă, care se rotesc cu o viteză mare, pe unul având cheia, iar pe altul - mesajul criptat, și s-ar număra fiecare element cu un prelucrător care ar contabiliza d eltele, atunci contorul electronic ar putea să totalizeze rezultatele. Citind totalul în urma fiecărei runde, se putea determina dacă acea cheie era potențială sau nu.
S-a întâmplat că exista un grup de ingineri cu experiența potrivită. Printre ei se afla și Wynn-Williams însuși. Turing l-a recrutat pe Wynn-Williams din laboratorul de radare din Malvern pentru a ajuta la crearea unui nou rotor pentru mașina care decripta Enigma, folosind electronică pentru a contabiliza rotațiile. La acest proiect și la altul legat de Enigma l-au ajutat trei ingineri de la Stația de Cercetare Poștală din Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst și Tommy Flowers (să reamintesc că Poșta Britanică era o organizație foarte tehnologică, responsabilă nu doar de corespondența pe hârtie, ci și de telegrafie și telefonie). Ambele proiecte au eșuat și bărbații au rămas fără activitate. Newman i-a reunit. El l-a numit pe Flowers liderul echipei care crea „dispozitivul de combinare”, care trebuia să numere deltele și să transmită rezultatul către contorul la care lucra Wynn-Williams.
Newman a angajat ingineri pentru construirea de mașini, iar Departamentul Feminin al Flotei Regale a gestionat mașinile sale pentru procesarea mesajelor. Guvernul încredința posturi de conducere de înaltă rang doar bărbaților, iar femeile se descurcau excelent, lucrând ca operatori la Bletchley — ocupându-se atât de transcrierea mesajelor, cât și de setările de decodare. Ele au reușit foarte bine să treacă de la munca de birou la îngrijirea mașinilor care automatizau munca lor. Ele au numit fără să se gândească prea mult mașina pe care o îngrijeau „«, echivalentul britanic al [amândoi erau ilustratori caricaturisti care reprezentau dispozitive extrem de complexe, voluminoase și confuze, care îndeplineau funcții foarte simple / nota trad.]
Mașina „Vechiul Robinson”, foarte asemănătoare cu predecesoarea sa, mașina „Hit Robinson”
Și într-adevăr, „Hit Robinson”, teoretic suficient de fiabil, în practică suferea de probleme serioase. Principalul era necesitatea unei sincronicități perfecte între cele două benzi — textul criptat și textul cheie. Orice întindere sau alunecare a oricărei dintre benzi făcea inutilizabil întregul proces. Pentru a minimiza riscul de erori, mașina procesa nu mai mult de 2000 de caractere pe secundă, deși curelele puteau funcționa și mai repede. Flowers, care accepta cu reticență munca proiectului „Hit Robinson”, credea că există o modalitate mai bună: o mașină, aproape complet construită din componente electronice.
Colosul
Thomas Flowers a lucrat ca inginer în departamentul de cercetare al serviciului poștal britanic din 1930, unde inițial s-a ocupat de studierea conexiunilor defectuoase și nereușite în noile centrale telefonice automate. Acest lucru l-a condus la reflecții asupra modului de a crea o versiune îmbunătățită a sistemului telefonic, iar până în 1935 a început să promoveze înlocuirea componentelor electromechanice ale sistemului, cum ar fi releele, cu cele electronice. Această țintă i-a definit întreaga carieră ulterioară.
Tommy Flowers, în jurul anului 1940
Majoritatea inginerilor au criticat componentele electronice pentru capriciozitatea și nesiguranța lor în utilizarea la scară largă, dar Flowers a demonstrat că, dacă sunt utilizate continuu și la capacități mult mai mici decât cele calculate, tuburile electronice oferă, de fapt, o durată de viață surprinzător de lungă. El și-a dovedit ideile înlocuind toate terminalele care transmiteau semnalul tonal pe un comutator care deservia 1000 de linii, folosind tuburi; erau în total între 3-4 mii. Această instalație a fost pusă în funcțiune în 1939. În aceeași perioadă, a experimentat cu înlocuirea registrilor electomagnetici care stocau numerele de telefon cu relee electronice.
Flowers credea că «Hit Robinson», pentru crearea căruia a fost angajat, avea deficiențe serioase și că ar putea rezolva această problemă mult mai bine, folosind mai multe tuburi și mai puține piese mecanice. În februarie 1943, a prezentat o schemă alternativă a mașinii lui Newman. Flowers a găsit o soluție ingenioasă pentru a scăpa de pelicula cu cheia, eliminând problema sincronizării. Mașina lui trebuia să genereze textul cheii în timp real. Era destinată să simuleze Tanny în mod electronic, trecând prin toate setările roților și comparând fiecare dintre ele cu textul criptat, înregistrând posibilele potriviri. El estima că o astfel de abordare ar necesita utilizarea a aproximativ 1500 de tuburi electronice.
Newman și restul conducerii de la Bletchley au fost sceptici față de această propunere. Ca majoritatea contemporanilor lui Flowers, ei se îndoiau că ar putea face electronica să funcționeze la o asemenea scară. În plus, chiar dacă ar fi fost posibil să o facă să funcționeze, se îndoiau că o astfel de mașină ar putea fi construită la timp pentru a fi utilă în război.
Șeful Flowers de la Dollis Hill i-a dat totuși aprobarea de a forma o echipă pentru a crea acest monstru electronic — Flowers nu a descris, poate, chiar cu sinceritate cât de mult i-a plăcut ideea lui la Bletchley (Dacă e să-l credem pe Andrew Hodges, Flowers i-a spus șefului său, Gordon Radley, că proiectul era un lucru critic pentru Bletchley, iar Radley auzise deja de la Churchill că munca de la Bletchley era absolut prioritară). Pe lângă Flowers, în dezvoltarea sistemului au jucat un rol mare Sidney Broadhurst și William Chandler, iar întreaga inițiativă a implicat aproape 50 de oameni, jumătate din resursele Dollis Hill. Echipa s-a inspirat din precedentele utilizate în telefonie: contori, logică ramificată, echipamente pentru rutare și transfer de semnale și aparatură pentru măsurarea periodică a stării echipamentului. Broadhurst era un maestru al acestor scheme electromecanice, iar Flowers și Chandler erau experți în electronică, înțelegând cum să transporte concepții din lumea releelor în lumea valvele. Până la începutul anului 1944, echipa a prezentat un model funcțional la Bletchley. Imensa mașină a fost denumită „Colossus” și a dovedit rapid că poate eclipsa „Hit-ul lui Robinson”, procesând fiabil 5000 de simboluri pe secundă.
Newman și restul conducerii de la Bletchley au realizat rapid că au greșit refuzându-l pe Flowers. În februarie 1944, au comandat încă 12 „Colosse”, care urmau să fie funcționale până pe 1 iunie — data planificată pentru invazia Franței, deși, desigur, acest lucru nu era cunoscut lui Flowers. Flowers a spus direct că acest lucru era imposibil, dar, cu eforturi eroice, echipa sa a reușit să livreze a doua mașină până pe 31 mai, în care un nou membru al echipei, Alan Coombs, a adus numeroase îmbunătățiri.
Schema refăcută, cunoscută sub numele de Mark II, a continuat succesul primei mașini. Pe lângă sistemul de alimentare cu film, aceasta consta din 2400 de lămpi, 12 switchuri rotative, 800 de relee și o mașină de scris electrică.
Colossus Mark II
A fost personalizabil și destul de flexibil pentru a îndeplini diverse sarcini. După instalare, fiecare echipă feminină și-a configurat „Colosul” pentru a rezolva probleme specifice. Un panou de comutare, asemănător cu panoul de lucru al unui operator telefonic, era necesar pentru configurarea cercurilor electronice care simulau roțile Tanney. Setul de comutatoare permitea operatorilor să configureze orice număr de aparate funcționale care prelucrau două fluxuri de date: filmul extern și semnalul intern generat de cercuri. Combinând un set de diferite elemente logice, „Colosul” putea efectua calcule ale funcțiilor booleene arbitrare pe baza datelor, adică funcții care ar returna 0 sau 1. Fiecare unitate creștea contorul „Colosului”. Un aparat de control separat lua decizii ramificate pe baza stării contorului — de exemplu, să se oprească și să imprime rezultatul, dacă valoarea contorului depășea 1000.
Panoul de comutatoare pentru configurarea „Colosului”
Să presupunem că „Colosul” ar fi fost un computer programabil de uz general în sensul modern. El putea combina logic două fluxuri de date — unul din film și unul generat de contoarele circulare — și număra câte unități au fost întâlnite, și cam atât. Marea parte a „programării” „Colosului” se desfășura pe hârtie, iar operatorii executau un arbore decizional pregătit de analiști: să zicem, „dacă ieșirea sistemului este mai mică decât X, configurează configurația B și execută Y, altfel execută Z”.
Diagramă de nivel înalt pentru „Colosul”
Cu toate acestea, „Colosul” era pe deplin capabil să rezolve sarcina care îi era încredințată. Spre deosebire de computerul Atanasoff-Berry, „Colosul” era extrem de rapid — putea procesa 25000 de caractere pe secundă, fiecare dintre acestea necesitând execuția mai multor operații booleene. Mark II a crescut de cinci ori viteza comparativ cu Mark I, citind și procesând simultan cinci segmente distincte de film. Acesta a renunțat să lege întreaga sistemă de dispozitive de intrare-ieșire electromecanice lente, folosind fotorezistențe (obținute din dispozitivele de apărare antiaeriană) ) pentru citirea benzilor de intrare și registrul pentru tamponarea ieșirii pe mașina de scris. Liderul echipei care a restaurat „Colossus” în anii 1990 a demonstrat că în domeniul său putea încă să depășească cu ușurință un computer cu procesor Pentium din 1995.
Această mașină puternică de procesare a textului a devenit centrul proiectului de decriptare a codului Tanni. Până la sfârșitul războiului, au fost construite încă zece Mark II, panourile pentru care erau fabricate câte unul pe lună de muncitorii de la fabrica poștală din Birmingham, care nu aveau idee ce produc, iar apoi erau asamblate la Bletchley. Un funcționar iritat de la Ministerul Provizionării, primind o nouă cerere pentru o mie de valve speciale, s-a întrebat dacă „muncitorii poștali le folosesc pentru a trage în nemți”. În acest mod industrial, și nu prin asamblarea manuală a unui proiect individual, următorul computer nu va fi produs mai devreme de anii 1950. Conform instrucțiunilor lui Flowers pentru protecția supapelor, fiecare „Colossus” funcționa zi și noapte până la sfârșitul războiului. Stăteau, luminoși în întuneric, încălzind umida iarnă britanică și așteptând răbdători instrucțiuni, până în ziua când nu mai erau necesari.
Cortina tăcerii
Entuziasmul natural pentru dramele intrigante desfășurate la Bletchley a dus la o exagerare considerabilă a realizărilor militare ale acestei organizații. Este extrem de absurd să insinuezi, așa cum face filmul „”, că civilizația britanică nu ar fi supraviețuit fără Alan Turing. „Colossus” nu a exercitat aparent nicio influență asupra desfășurării războiului în Europa. Cea mai publicizată realizare a sa a fost aceea de a demonstra că planul de dezinformare referitor la debarcarea din Normandia în 1944 a fost eficient. Informațiile primite prin Tanni indicau că aliații au reușit să-l convingă pe Hitler și pe comanda sa că lovitura adevărată va fi mai la est, la Pas-de-Calais. Informații promițătoare, dar puțin probabil ca reducerea nivelului cortizolului în sângele comenzii aliate să fi ajutat la câștigarea războiului.
Pe de altă parte, progresele tehnologice prezentate de „Colossus” erau incontestabile. Dar lumea nu va afla asta prea curând. Churchill a ordonat ca toate „Colossuse” existente la terminarea jocului să fie demontate, iar secretul funcționării lor să fie trimis împreună cu acestea la gunoi. Două mașini au supraviețuit în mod inexplicabil acestei sentințe de moarte și au rămas în serviciul serviciilor de informații britanice până în anii 1960. Dar chiar și atunci, guvernul britanic nu a ridicat vălul de tăcere asupra activității de la Bletchley. Abia în anii 1970 existența sa a devenit cunoscută publicului.
Decizia de a interzice pentru totdeauna orice discuție despre lucrările desfășurate la Bletchley Park ar putea fi considerată o precauție excesivă a guvernului britanic. Dar pentru Flowers aceasta era o tragedie personală. Lipsit de toate meritele și prestigiul inventatorului „Colossus”, a suferit de insatisfacție și dezamăgire, deoarece încercările sale repetate de a înlocui releele cu electronică în sistemul telefonic britanic erau constant blocate. Dacă ar fi putut să-și demonstreze realizarea prin intermediul „Colossus”, ar fi avut influența necesară pentru a-și împlini visul. Dar, până în momentul în care realizările sale au devenit cunoscute, Flowers se pensionase de mult și nu mai putea influența nimic.
Câțiva entuziaști ai calculului electronic dispersați în întreaga lume se confruntau cu probleme similare legate de secretul care învăluia „Colossus” și de lipsa probelor de viabilitate a acestei abordări. Calculul electromechanical putea rămâne principal pentru ceva vreme. Dar exista și un alt proiect care va deschide calea către preeminența calculului electronic. Deși acesta era, de asemenea, rezultatul dezvoltarilor militare secrete, nu a fost ascuns după război, ci, dimpotrivă, a fost prezentat lumii cu mare pompă sub numele de ENIAC.
Ce să citești:
• Jack Copeland, ed. Colossus: Secretele calculatoarelor de cod de la Bletchley Park (2006)
• Thomas H. Flowers, “Designul lui Colossus,” Analele Istoriei Calculului, iulie 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: Enigma (1983)
Sursa: habr.com
