Ďalšie články cyklu:
- História relé
- História elektronických počítačov
- História tranzistora
- História internetu
V roku 1938 predseda britskej tajnej služby bez zbytočného hluku zakúpil pozemok s rozlohou 24 hektárov vo vzdialenosti 80 míľ od Londýna. Nachádzal sa na križovatke železníc, ktoré smerovali zo severu z Londýna a zo západu z Oxfordu do Cambridge na východe, a bol ideálnym miestom pre organizáciu, ktorú nikto nemal vidieť, ale jejž bolo rýchlo dostupné pre väčšinu dôležitých centier poznania a moci Británie. Pozemok, známy ako , sa stal britským centrom šifrovania v čase druhej svetovej vojny. Je to pravdepodobne jediné miesto na svete, známe svojou účasťou na kryptografii.
Tanni
V lete 1941 sa v Bletchley už naplno pracovalo na prelamovaní známeho šifrovacieho stroja Enigma, používaného nemeckou armádou a flotilou. Ak ste sledovali film o britských šifrantov, hovorilo sa tam o Enigma, ale o nej sa tu rozširovať nebudeme — pretože čoskoro po invázii do Sovietskeho zväzu sa v Bletchley objavila komunikácia s novým typom šifrovania.
Kryptoanalytici pomerne rýchlo podarilo rozlúštiť všeobecnú povahu stroja, ktorý sa používal na prenos správ a ktorý nazvali „Tanni“.
Na rozdiel od Enigmy, ktorej správy sa museli dešifrovať ručne, Tanni sa priamo pripojila k teletype. Teletype premenil každý symbol zadaný operátorom na prúd bodiek a krížikov (podobný bodkám a pomlčkám morzeovky) v štandardnom s piatimi symbolmi na písmeno. Bol to nezašifrovaný text. Tanni súčasne používala dvanásť koliesok na vytvorenie vlastného paralelného prúdu bodiek a krížikov: kľúča. Potom pridávala kľúč k správe, čím sa vytvoril zašifrovaný text prenášaný vzduchom. Sčítanie prebiehalo v dvojkovej aritmetike, kde bodky zodpovedali nule a krížiky jednotkám:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Iný Tanni na strane príjemcu s tými istými nastaveniami vydával ten istý kľúč a pridával ho k zašifrovanému správu, aby vydal pôvodné, ktoré sa tlačilo na papieri teletype príjemcu. Predpokladajme, že máme správu: „bod plus bod bod plus“. V číslach by to bolo 01001. Pridajme náhodný kľúč: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, takže získavame zašifrovaný text 10011. Znovu pridaním kľúča môžeme obnoviť pôvodnú správu. Skontrolujme: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, dostávame 01001.
Analýza fungovania Tanni bola uľahčená tým, že v počiatočných mesiacoch jej používania odosielatelia prenášali nastavenia kolies, ktoré bolo potrebné použiť pred odoslaním správy. Neskôr Nemci vydali kódové knihy s prednastavenými nastaveniami kolies, a odosielateľ musel iba poslať kód, podľa ktorého mohol príjemca nájsť potrebné nastavenie kolesa v knihe. V dôsledku toho začali meniť kódové knihy denne, čo znamenalo, že Bletchley muselo každé ráno rozlúsknuť nastavenia kódovacích kolies.
Zaujímavé je, že kryptanalytici rozlúštili funkciu Tanni na základe umiestnenia odosielajúcich a prijímajúcich staníc. Spojila nervové centrá najvyššieho nemeckého velenia s armádou a veliteľmi armádnych skupín na rôznych európskych vojenských frontoch, od okupovanej Francúzska po ruské stepi. Bola to zvádzajúca úloha: rozlúštenie Tanni sľubovalo priamy prístup k úmyslom a možnostiam nepriateľa na najvyššej úrovni.
Potom, vďaka kombinácii chýb nemeckých operátorov, vyčuranosti a tvrdej odhodlanosti, mladý matematik vysoko posunul svoje zistenia o fungovaní Tanni. Nevidel samotný stroj, ale úplne určil jeho vnútornú štruktúru. Logicky odviedol možné pozície každého kolesa (každé malo svoje jednoduché číslo) a to, ako konkrétne umiestnenie kolies generovalo kľúč. Vyzbrojený touto informáciou, v Bletchley postavili kópie Tanni, ktoré bolo možné použiť na dešifrovanie správ — okamžite po správnom nastavení kolies.
12 kolies kľúča stroja, ktorý používa Lorenzovu šifru, známy ako Tanni
Hit Robinson
Na konci roku 1942 Tat naďalej útočil na Tannya a vyvinul na to špeciálnu stratégiu. Tá bola založená na koncepte delta: súčet modulo 2 jedného signálu v správe (bod alebo krížik, 0 alebo 1) s nasledujúcim. Uvedomil si, že vzhľadom na prerušovaný pohyb kolies Tannya existoval vzťah medzi deltou zašifrovaného textu a deltou textu kľúča: mali sa meniť spoločne. Takže ak porovnáte zašifrovaný text s kľúčovým textom, vytvoreným na rôznych nastaveniach kolies, môžete vypočítať deltú pre každý a spočítať počet zhôd. Vyššie ako 50% množstvo zhôd by malo označiť potenciálneho kandidáta na skutočný kľúč správy. Teoreticky bola myšlienka dobrá, ale nebolo ju možné uskutočniť v praxi, pretože to vyžadovalo urobiť 2400 prechodov pre každú správu, aby sa skontrolovali všetky možné nastavenia.
Tat priniesol túto úlohu inému matematikovi, Maxovi Newmanovi, ktorý viedol oddelenie v Bletchley, ktoré všetci nazývali „newmánia“. Newman, na prvý pohľad, bol nepravdepodobným kandidátom na vedenie citlivej britskej spravodajskej organizácie, pretože jeho otec pochádzal z Nemecka. Avšak zdalo sa nepravdepodobné, že by špehoval v prospech Hitlera, pretože jeho rodina bola židovská. Bol tak znepokojený pokrokom dominancie Hitlera v Európe, že presťahoval svoju rodinu do bezpečného miesta, do New Yorku, krátko po kolapse Francúzska v roku 1940, a nejaký čas sám uvažoval o presťahovaní do Princetonu.
Max Newman
Tak sa stalo, že Newman mal nápad na prácu na výpočtoch potrebných pre Tattovu metódu — cez vytvorenie stroja. V Bletchley už boli zvyknutí používať stroje na kryptanalýzu. Takto bola prelomená Enigma. Ale Newman zamýšľal konkrétne elektronické zariadenie na prácu so šifrou Tanny. Pred vojnou učil na Cambridgi (jedným z jeho študentov bol Alan Turing) a vedel o elektronických počítačoch, ktoré vytvoril Wynn-Williams na počítanie častíc v Cavendishi. Myšlienka bola nasledovná: ak synchronizujete dva uzavreté pásky, ktoré sa točia vysokou rýchlosťou, na jednej bude kľúč a na druhej zašifrovaná správa, a každý prvok bude počítaný spracovateľom, ktorý počíta rozdiely, elektronický počítač by mohol súčtovať výsledky. Prečítaním konečného počtu na konci každého behu mohlo byť rozhodnuté, či je tento kľúč potenciálny alebo nie.
Stalo sa tak, že skupina inžinierov s potrebnými skúsenosťami práve existovala. Medzi nimi bol aj samotný Wynn-Williams. Turing naverboval Wynna-Williamsa z radarovej laboratóriá v Malvern, aby pomohol vytvoriť nový rotor pre stroj, ktorý dešifruje Enigmu, využívajúci elektroniku na počítanie otočení. S týmto a iným projektom, ktorý sa týkal Enigmy, mu pomáhali traja inžinieri z Poštnej výskumnej stanice v Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhears a Tommy Flowers (pripomínam, že britská pošta bola vysoko technologickou organizáciou a zodpovedala nielen za papierovú poštu, ale aj za telegrafiu a telefóniu). Obe projekty zlyhali a muži zostali bez práce. Newman ich zhromaždil. Menoval Flowersa vedúcim tímu, ktorý vytváral "kombinačné zariadenie", ktoré malo počítať rozdiely a prenášať výsledok na počítač, na ktorom pracoval Wynn-Williams.
Newman zamestnal inžinierov na stavbu strojov, zatiaľ čo Ženské oddelenie kráľovského námorníctva sa staralo o ich stroje na spracovanie správ. Vláda zverila vysoké vedúce posty len mužom, zatiaľ čo ženy si dobre počínali ako operátorky v Bletchley, kde sa zaoberali transkripciou správ a dekódovacími nastaveniami. Veľmi organicky prešli od kancelárskej práce k starostlivosti o stroje, ktoré automatizovali ich prácu. Svoju zverenú mašinu bezstarostne nazvali „«, britským ekvivalentom [obaja boli ilustrátormi-karikaturistami, ktorí zobrazovali mimoriadne zložité, objemné a zamotané zariadenia vykonávajúce veľmi jednoduché funkcie / pozn. prekl.]
Stroj „Starý Robinson“, veľmi podobný svojmu predchodcovi, stroju „Hit Robinson“
A naozaj, „Hit Robinson“, teoreticky dosť spoľahlivý, v praxi trpel vážnymi problémami. Hlavný problém spočíval v potrebe dokonalej synchronizácie dvoch pásov – šifrovaného textu a textu kľúča. Akékoľvek napínanie alebo posunutie ktoréhokoľvek z pásov viedlo k neplatnosti celého priechodu. Aby sa minimalizovalo riziko chýb, stroj spracovával maximálne 2000 znakov za sekundu, hoci pásy mohli pracovať rýchlejšie. Flowers, ktorý nerád súhlasil s prácou na projekte „Hit Robinson“, považoval, že existuje lepší spôsob: stroj takmer úplne postavený z elektronických súčiastok.
Kolos
Thomas Flowers pracoval ako inžinier v výskumnej pobočke britskej pošty od roku 1930, kde pôvodne pracoval na výskume nesprávnych a zlyhávajúcich spojení v nových automatických telefónnych ústredniach. To ho priviedlo k úvahám o tom, ako vytvoriť vylepšenú verziu telefónneho systému, a do roku 1935 začal presadzovať nahradenie elektromechanických komponentov systému, ako sú relé, elektronickými. Tento cieľ určil celú jeho ďalšiu kariéru.
Tommy Flowers, okolo roku 1940
Veľká časť inžinierov kritizovala elektronické súčiastky za ich neprispôsobivosť a nespolehlivosť pri použití vo veľkých rozsahoch, ale Flowers ukázal, že ak sa používajú nepretržite a pri výkonoch oveľa nižších ako sú vypočítané, elektronické lampy v skutočnosti preukazujú prekvapivo dlhú životnosť. Dokázal svoje myšlienky, keď nahradil všetky terminály, ktoré nastavovali tónový signál spojenia na prepínači obsluhujúcom 1000 línií, lampami; tých tam bolo celkovo 3-4 tisíce. Táto inštalácia bola spustená do reálnej prevádzky v roku 1939. V tom istom období experimentoval s nahradením reléových registrátorov, ktoré uchovávali telefónne čísla, elektronickými relé.
Flowers považoval „Hit Robinson“, na vytvorenie ktorého ho najali, za vážne nedostatkový a vedel, že môže túto úlohu vyriešiť oveľa lepšie, ak použije viac lamp a menej mechanických častí. V februári 1943 predložil alternatívny návrh stroja Newmanovi. Flowers mazaným spôsobom odstránil film s kľúčom, čím vyriešil problém so synchronizáciou. Jeho stroj mal generovať text kľúča za pochodu. Mal simulovať Tanny elektronicky, prechádzajúc všetkými nastaveniami kolies a porovnávajúc každé z nich s zašifrovaným textom, zaznamenávajúc pravdepodobné zhody. Očakával, že takýto prístup si vyžaduje použitie približne 1500 elektronických lamp.
Newman a zvyšok vedenia Bletchley sa k tomuto návrhu postavili skepticky. Ako väčšina súčasníkov Flowersa, pochybovali, či je možné donútiť elektroniku pracovať v takýchto rozsahoch. Okrem toho, aj keby sa ju podarilo rozbehnúť, pochybovali, že taký stroj bude možné postaviť včas, aby bol užitočný vo vojne.
Vedúci Flowersa v Dollis Hill mu predsa len dal zelenú na zostavenie tímu na vytvorenie tohto elektronického monštra — Flowers možno nie úplne úprimne opísal, ako sa mu jeho nápad páčil v Bletchley (Ak sa má veriť Andrewovi Hodgesovi, Flowers povedal svojmu šéfovi, Gordonovi Radleymu, že projekt bol kritickou prácou pre Bletchley, a Radley už počul od Churchilla, že práca Bletchley je absolútne prioritná). Okrem Flowersa mali na vývoji systému významný podiel Sidney Broadhurst a William Chandler, pričom celá snaha zamestnávala takmer 50 ľudí, polovicu zdrojov Dollis Hill. Tím čerpal inšpiráciu z precedensov používaných v telefónii: počítadlá, vetvená logika, zariadenia na smerovanie a prenášanie signálov a zariadenia na pravidelné meranie stavu vybavenia. Broadhurst bol majstrom takých elektromechanických schém, zatiaľ čo Flowers a Chandler boli odborníkmi na elektroniku, ktorí chápali, ako preniesť koncepty zo sveta relé do sveta ventilov. Na začiatku roku 1944 tím predstavil funkčný model v Bletchley. Obrovský prístroj dostal názov „Colossus“ a rýchlo dokázal, že dokáže zatieniť „Hit'a Robinsona“, spoľahlivo spracovávajúc 5000 znakov za sekundu.
Newman a ostatné vedenie v Bletchley rýchlo pochopili, že sa zmýlili, keď odmietli Flowersa. V februári 1944 objednali ďalších 12 „Colossov“, ktoré mali vstúpiť do prevádzky do 1. júna — na tento dátum bolo plánované vylodenie vo Francúzsku, hoci samozrejme, Flowers o tom nevedel. Flowers priamo povedal, že je to nemožné, ale s hrdinským úsilím sa jeho tímu podarilo dodať druhý stroj do 31. mája, do ktorého nový člen tímu, Alan Coombs, priniesol množstvo vylepšení.
Prepracovaná schéma, známa ako Mark II, pokračovala v úspechu prvej stroja. Okrem systému podávania filmu sa skladala zo 2400 lampičiek, 12 otáčacích vypínačov, 800 relé a elektrickej písacieho stroja.
Colossus Mark II
Bol prispôsobiteľný a dostatočne flexibilný na plnenie rôznych úloh. Po inštalácii každé z ženských tímov nastavilo svojho "Kolosa" na riešenie konkrétnych problémov. Prepínacia doska, podobná panelu pre prácu telefónneho operátora, bola potrebná na nastavenie elektronických krúžkov, simulujúcich kolesá Tanny. Sada prepínačov umožnila operátorom nastaviť akékoľvek množstvo funkčných zariadení, spracovávajúcich dva datové prúdy: externú fóliu a interný signál generovaný krúžkami. Kombinovaním sady rôznych logických prvkov mohol "Koloss" vykonávať výpočty ľubovoľných booleovských funkcií na základe údajov, teda takých funkcií, ktoré by vrátili 0 alebo 1. Každá jednotka zvyšovala počítadlo "Kolossa". Samostatné riadiace zariadenie vykonávalo rozvetvené rozhodnutia na základe stavu počítadla - napríklad zastaviť a vytlačiť výstup, ak hodnota počítadla prekročila 1000.
Prepínacia doska na nastavenie "Kolossa"
Predpokladajme, že "Koloss" by bol programovateľným počítačom všeobecného použitia v súčasnom zmysle. Mohol logicky kombinovať dva datové prúdy - jeden na fólii a jeden generovaný krúžkovými počítadlami - a počítať počet narazených jednotiek, a to je všetko. Väčšina "programovania" "Kolossa" prebiehala na papieri a operátori vykonávali rozhodovacie stromy, pripravené analytikmi: predpokladajme, "ak je výstup systému menej ako X, nastav konfiguráciu B a vykonaj Y, inak vykonaj Z."
Bloková schéma vysokého levelu pre "Kolossa"
Napriek tomu bol "Koloss" úplne schopný riešiť zadanú úlohu. Na rozdiel od počítača Atanasova-Berryho bol "Koloss" mimoriadne rýchly - mohol spracovávať 25000 symbolov za sekundu, z ktorých každý mohol vyžadovať vykonanie niekoľkých booleovských operácií. Mark II päťnásobne zvýšil rýchlosť v porovnaní s Mark I, pričom súčasne čítal a spracovával päť rôznych úsekov fólie. V ňom sa odmietlo prepojiť celý systém s pomalými elektromechanickými vstupno-výstupnými zariadeniami, pričom sa použili fotočlánky (získané z protivzdušných ) na čítanie prichádzajúcich pásiek a registráciu pre vyrovnávanie výstupu na písacom stroji. Vedúci tímu, ktorý obnovoval „Kolosa“ v 90. rokoch, ukázal, že v svojom remesle by stále mohol výrazne predbehnúť výkon počítača založeného na procesore Pentium z roku 1995.
Tento mocný textový stroj sa stal centrom projektu dešifrovania kódov Tanney. Do konca vojny bolo postavených ďalších desať Mark II, ktorých panely boli raz mesačne razené zamestnancami poštového závodu v Birminghame, ktorí nemali tušenia, čo vlastne vyrábajú, a potom sa montovali v Bletchley. Jeden rozhorčený úradník z ministerstva zásobovania sa pri ďalšej žiadosti o tisíc špeciálnych ventilov pýtal, či „poštári nimi strieľajú do Nemcov“. Takýmto priemyselným spôsobom, a nie ručnou montážou jedinečného projektu, sa ďalší počítač nebude vyrábať skôr než v 50. rokoch. Podľa pokynov Flowera na zabezpečenie ventilov každý „Koloss“ pracoval deň a noc až do samého konca vojny. Stáli, potichu žiariac v tme, ohrievajúc vlhkú britskú zimu a trpezlivo čakajúc na pokyny, kým neprišiel ten deň, keď ich už nebolo potrebné.
Záves mlčania
Prírodný nadšenie ohľadom fascinujúcej drámy, ktorá sa odohrávala v Bletchley, viedlo k nadmernému zveličovaniu vojenských úspechov tejto organizácie. Hrozne absurdné je naznačovať, ako to robí film „“ [The Imitation Game], že britská civilizácia by prestala existovať, keby nebolo Alana Turinga. „Koloss“ zjavne nemal žiadny vplyv na priebeh vojny v Európe. Jeho najreklamovanejší úspech spočíval v dokázaní, že falošný plán ohľadom vylodenia v Normandii v roku 1944 zafungoval. Správy získané cez Tanney naznačovali, že spojenci úspešne presvedčili Hitlera a jeho velenie, že skutočný úder bude smerovať ďalej na východ, k Pas de Calais. Nádejná informácia, ale sotva zníženie hladiny kortizolu v krvi spojeneckého velenia pomohlo vyhrať vojnu.
Na druhej strane, technologické pokroky, ktoré predstavil „Koloss“, boli nepopierateľné. Ale svet sa to ešte dlho nedozvie. Churchill nariadil, aby všetky existujúce Kolossy po skončení hry rozobrali a tajomstvá ich fungovania spolu s nimi poslali na smetisko. Dve stroje nejakým spôsobom prežili tento smrteľný verdikt a zostali v priebehu britskej spravodajskej služby až do 60. rokov. Ale ani vtedy britská vláda neodhalila tajomstvá práce v Bletchley. Až v 70. rokoch sa jeho existencia dostala na verejnosť.
Rozhodnutie navždy zakázať akúkoľvek diskusiu o prácach vykonávaných v Bletchley Parku sa dalo nazvať nadmerným opatrnosťou britskej vlády. Pre Flowersa to však bola osobná tragédia. Odpísaný zo všetkých zásluh a prestíže vynálezcu „Kolossu“, trpel nedostatkom uspokojenia a sklamania, keď jeho neustále pokusy nahradiť relé elektronikou v britskej telefonnej sieti neustále narážali na prekážky. Keby mohol predviesť svoje dosiahnutie na príklade „Kolossu“, mal by vplyv potrebný na realizáciu svojich snov. Ale do doby, keď sa jeho úspechy dostali na svetlo, sa Flowers už dávno odobral na dôchodok a nemohol na nič vplývať.
Niekoľko nadšencov elektronických výpočtov roztrúsených po svete trpelo podobnými problémami spojenými s tajomstvom obklopujúcim „Kolossa“ a nedostatkom dôkazov o životnosti tohto prístupu. Elektro-mechanické výpočty mohli ešte nejaký čas zostávať na vrchole. Existoval však ešte jeden projekt, ktorý otvorí cestu k prevládajúcej pozícii elektronických výpočtov. Hoci to bol tiež výsledok tajných vojenských vývojov, po vojne ho neukrývali, ale naopak, s veľkým hrdosťou ho predstavili svetu pod menom ENIAC.
Čo čítať:
• 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, July 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Zdroj: habr.com
