Ďalšie články zo série:
- História relé
- História elektronických počítačov
- História tranzistora
- História internetu
V roku 1938 šéf britskej tajnej spravodajskej služby v tichosti kúpil 24-hektárový pozemok 80 míľ od Londýna. Nachádzalo sa na križovatke železníc z Londýna na sever a z Oxfordu na západe do Cambridge na východe a bolo ideálnym miestom pre organizáciu, ktorú by nikto nevidel, no bola na dosah väčšiny. dôležitých centier vedomostí a britských úradov. Nehnuteľnosť známa ako , sa počas druhej svetovej vojny stala britským centrom pre lámanie kódov. Toto je možno jediné miesto na svete známe svojou účasťou v kryptografii.
Tunney
V lete 1941 už v Bletchley prebiehali práce na prelomení slávneho šifrovacieho stroja Enigma používaného nemeckou armádou a námorníctvom. Ak ste sledovali film o britských lapačoch kódov, hovorili o Enigme, ale o tom tu nebudeme hovoriť - pretože krátko po invázii do Sovietskeho zväzu Bletchley objavil prenos správ s novým typom šifrovania.
Kryptanalytici čoskoro zistili všeobecnú povahu stroja používaného na prenos správ, ktorý prezývali „Tunny“.
Na rozdiel od Enigmy, ktorej správy bolo potrebné dešifrovať ručne, sa Tunney pripojil priamo k ďalekopisu. Teletyp previedol každý znak zadaný operátorom na prúd bodiek a krížikov (podobne ako bodky a čiarky v Morseovej abecede) v štandardnom s piatimi znakmi na písmeno. Bol to nezašifrovaný text. Tunney použila dvanásť kolies naraz, aby vytvorila svoj vlastný paralelný prúd bodiek a krížikov: kľúč. Potom pridala kľúč k správe, čím vytvorila šifrovaný text prenášaný vzduchom. Sčítanie sa uskutočnilo v binárnej aritmetike, kde bodky zodpovedali nulám a krížiky zodpovedali jednotkám:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Ďalšia Tanny na strane príjemcu s rovnakými nastaveniami vytvorila rovnaký kľúč a pridala ho do zašifrovanej správy, aby vytvorila originál, ktorý bol vytlačený na papier teletypom príjemcu. Povedzme, že máme správu: "bodka plus bodka bodka plus." V číslach to bude 01001. Pridajme náhodný kľúč: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, takže dostaneme šifrový text 10011. Opätovným pridaním kľúča môžete obnoviť pôvodnú správu. Skontrolujeme: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, dostaneme 01001.
Prácu Parsing Tunney uľahčila skutočnosť, že v prvých mesiacoch používania odosielatelia odovzdávali nastavenia kolies, ktoré sa majú použiť pred odoslaním správy. Neskôr Nemci vydali kódové knihy s prednastavenými nastaveniami kolies a odosielateľovi stačilo poslať kód, ktorý príjemca mohol použiť na nájdenie správneho nastavenia kolies v knihe. Nakoniec menili knihy kódov denne, čo znamenalo, že Bletchley musel každé ráno hackovať kódové kolieska.
Zaujímavosťou je, že kryptoanalytici riešili funkciu Tunny na základe polohy vysielacej a prijímacej stanice. Spájala nervové centrá nemeckého vrchného velenia s armádou a veliteľmi armádnych skupín na rôznych európskych vojenských frontoch, od okupovaného Francúzska až po ruské stepi. Bola to lákavá úloha: hacknutie Tunney sľubovalo priamy prístup k zámerom a schopnostiam nepriateľa na najvyššej úrovni.
Potom, kombináciou chýb nemeckých operátorov, prefíkanosti a zarytého odhodlania, mladý matematik išiel oveľa ďalej než len k jednoduchým záverom o Tunneyho práci. Bez toho, aby videl samotný stroj, úplne určil jeho vnútornú štruktúru. Logicky odvodil možné polohy každého kolieska (každé malo svoje prvočíslo) a ako presne poloha koliesok generovala kľúč. Vyzbrojený týmito informáciami postavil Bletchley repliky Tunney, ktoré bolo možné použiť na dešifrovanie správ – hneď ako boli kolesá správne nastavené.
12 kľúčových kolies Lorenzovho šifrovacieho stroja známeho ako Tanny
Heath Robinson
Do konca roku 1942 Tat pokračoval v útokoch na Tanni a vyvinul na to špeciálnu stratégiu. Bol založený na koncepte delta: súčet modulo 2 jedného signálu v správe (bodka alebo krížik, 0 alebo 1) s nasledujúcim signálom. Uvedomil si, že v dôsledku prerušovaného pohybu kolies Tunney existuje vzťah medzi deltou šifrového textu a deltou kľúčového textu: musia sa meniť spoločne. Ak teda porovnáte šifrový text s kľúčovým textom vygenerovaným pri rôznych nastaveniach kolies, môžete vypočítať deltu pre každé a spočítať počet zhôd. Miera zhody výrazne presahujúca 50 % by mala označiť potenciálneho kandidáta na skutočný kľúč správy. Myšlienka bola teoreticky dobrá, ale v praxi sa nedala implementovať, pretože si vyžadovala vykonanie 2400 priechodov pre každú správu, aby sa skontrolovali všetky možné nastavenia.
Tat priniesol problém inému matematikovi, Maxovi Newmanovi, ktorý viedol oddelenie v Bletchley, ktoré všetci nazývali „Newmania“. Newman bol na prvý pohľad nepravdepodobnou voľbou viesť citlivú britskú spravodajskú organizáciu, keďže jeho otec pochádzal z Nemecka. Zdalo sa však nepravdepodobné, že by špehoval Hitlera, keďže jeho rodina bola židovská. Bol natoľko znepokojený postupom Hitlerovej dominancie v Európe, že krátko po rozpade Francúzska v roku 1940 presťahoval rodinu do bezpečia New Yorku a istý čas sám uvažoval o presťahovaní do Princetonu.
Max Newman
Stalo sa, že Newman mal predstavu o práci na výpočtoch požadovaných metódou Tata - vytvorením stroja. Bletchley bol už zvyknutý používať stroje na kryptoanalýzu. Takto bola prelúskaná Enigma. Ale Newman vytvoril určité elektronické zariadenie na prácu na šifre Tunney. Pred vojnou učil v Cambridge (jedným z jeho študentov bol Alan Turing) a vedel o elektronických počítadlách, ktoré vytvoril Wynne-Williams na počítanie častíc v Cavendishu. Myšlienka bola takáto: ak ste synchronizovali dva filmy uzavreté v slučke, rolovali vysokou rýchlosťou, z ktorých jeden mal kľúč a druhý šifrovanú správu, a s každým prvkom zaobchádzali ako s procesorom, ktorý počíta delty, potom by elektronické počítadlo mohlo sčítať výsledky. Čítaním konečného skóre na konci každého behu sa človek mohol rozhodnúť, či je tento kľúč potenciálny alebo nie.
Stalo sa, že skupina inžinierov s vhodnými skúsenosťami práve existovala. Medzi nimi bol aj samotný Wynne-Williams. Turing naverboval Wynne-Williamsa z Malvern Radar Laboratory, aby pomohol vytvoriť nový rotor pre stroj Enigma pomocou elektroniky na počítanie otáčok. S týmto a ďalším projektom Enigmy mu pomáhali traja inžinieri z poštovej výskumnej stanice v Dollys Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst a Tommy Flowers (dovoľte mi pripomenúť, že Britská pošta bola technologicky vyspelou organizáciou a nebola zodpovedná za len pre papierovú poštu, ale aj pre telegrafiu a telefón). Oba projekty zlyhali a muži zostali nečinní. Newman ich zozbieral. Poveril Flowersa, aby viedol tím, ktorý vytvoril „kombinačné zariadenie“, ktoré by počítalo delty a odosielalo výsledok do počítadla, na ktorom Wynne-Williams pracoval.
Newman zamestnával inžinierov stavbou strojov a ženské oddelenie Kráľovského námorníctva obsluhovaním jeho strojov na spracovanie správ. Vláda dôverovala iba mužom s vedúcimi pozíciami na vysokej úrovni a ženám sa ako operačným dôstojníkom v Bletchley darilo, keď zvládali nastavenia prepisu správ aj dekódovania. Veľmi organicky sa im podarilo prejsť od úradníckej práce k starostlivosti o stroje, ktoré automatizovali ich prácu. Svoje auto ľahkovážne pomenovali „“, britský ekvivalent [obaja boli ilustrátormi karikaturistov, ktorí zobrazovali mimoriadne zložité, objemné a zložité zariadenia, ktoré vykonávali veľmi jednoduché funkcie / cca. preklad].
Auto „Starý Robinson“, veľmi podobné svojmu predchodcovi, autu „Heath Robinson“.
Heath Robinson, hoci teoreticky dosť spoľahlivý, trpel v praxi vážnymi problémami. Hlavná bola potreba dokonalej synchronizácie dvoch filmov – šifrového textu a kľúčového textu. Akékoľvek natiahnutie alebo zošmyknutie ktorejkoľvek fólie spôsobilo, že celý priechod bol nepoužiteľný. Aby sa minimalizovalo riziko chýb, stroj nespracoval viac ako 2000 XNUMX znakov za sekundu, aj keď pásy mohli pracovať rýchlejšie. Flowers, ktorý neochotne súhlasil s prácou projektu Heath Robinson, veril, že existuje lepší spôsob: stroj postavený takmer výlučne z elektronických komponentov.
kolos
Thomas Flowers pracoval od roku 1930 ako inžinier vo výskumnom oddelení Britskej pošty, kde spočiatku pracoval na výskume nesprávnych a neúspešných spojení v nových automatických telefónnych ústredniach. To ho priviedlo k úvahám o tom, ako vytvoriť vylepšenú verziu telefónneho systému a v roku 1935 začal obhajovať nahradenie komponentov elektromechanického systému, ako sú relé, elektronickými. Tento cieľ určil celú jeho budúcu kariéru.
Tommy Flowers, okolo roku 1940
Väčšina inžinierov kritizovala elektronické súčiastky za to, že sú rozmarné a nespoľahlivé, keď sa používajú vo veľkom meradle, ale Flowers ukázal, že keď sa používajú nepretržite a pri výkonoch hlboko pod ich dizajnom, vákuové elektrónky skutočne vykazovali neuveriteľne dlhú životnosť. Svoje nápady dokázal nahradením všetkých terminálov oznamovacieho tónu na 1000-riadkovej prepínači elektrónkami; celkovo ich bolo 3-4 tisíc. Táto inštalácia bola uvedená do reálnej prevádzky v roku 1939. V tom istom období experimentoval s výmenou reléových registrov, ktoré uchovávali telefónne čísla, za elektronické relé.
Flowers veril, že Heath Robinson, na ktorého stavbu bol najatý, bol vážne chybný a že by mohol problém vyriešiť oveľa lepšie, ak by použil viac trubíc a menej mechanických častí. Vo februári 1943 priniesol Newmanovi alternatívnu konštrukciu stroja. Flowers sa šikovne zbavil pásky kľúča, čím sa odstránil problém so synchronizáciou. Jeho stroj musel generovať kľúčový text za chodu. Elektronicky by simulovala Tunney, prechádzala všetkými nastaveniami kolies a porovnávala každé z nich so šifrovaným textom, pričom by zaznamenávala pravdepodobné zhody. Odhadol, že tento prístup by si vyžadoval použitie asi 1500 vákuových trubíc.
Newman a zvyšok vedenia Bletchley boli voči tomuto návrhu skeptickí. Ako väčšina Flowersových súčasníkov, aj oni pochybovali, či by elektronika mohla fungovať v takom rozsahu. Navyše, aj keby to bolo možné uviesť do prevádzky, pochybovali, že by sa takýto stroj dal postaviť včas, aby bol užitočný vo vojne.
Šéf Flowers v Dollis Hill mu dal súhlas na zostavenie tímu na vytvorenie tohto elektronického monštra - Flowers možno nebol úplne úprimný, keď mu opísal, ako sa jeho nápad páčil v Bletchley (Podľa Andrewa Hodgesa povedal Flowers jeho šéfovi Gordonovi Radleymu, že projekt bol pre Bletchleyho kritickou prácou a Radley už od Churchilla počul, že Bletchleyho práca je absolútnou prioritou). Okrem Flowersa zohrali veľkú úlohu vo vývoji systému Sidney Broadhurst a William Chandler a celý podnik zamestnával takmer 50 ľudí, čo je polovica zdrojov Dollis Hill. Tím sa inšpiroval precedensmi používanými v telefonovaní: merače, logika pobočiek, zariadenia na smerovanie a preklad signálu a zariadenia na periodické merania stavu zariadení. Broadhurst bol majstrom takýchto elektromechanických obvodov a Flowers a Chandler boli odborníci na elektroniku, ktorí pochopili, ako preniesť koncepty zo sveta relé do sveta ventilov. Začiatkom roku 1944 tím predstavil Bletchleymu funkčný model. Obrovský stroj bol nazvaný „Colossus“ a rýchlo dokázal, že dokáže zatieniť Heatha Robinsona spoľahlivým spracovaním 5000 XNUMX znakov za sekundu.
Newman a zvyšok vedenia v Bletchley si rýchlo uvedomili, že urobili chybu, keď odmietli Flowers. Vo februári 1944 objednali ďalších 12 Colossov, ktoré mali byť funkčné do 1. júna - dátum plánovanej invázie do Francúzska, aj keď to, samozrejme, Flowers nevedel. Flowers na rovinu povedal, že to nie je možné, ale s hrdinským úsilím sa jeho tímu podarilo do 31. mája dodať druhé auto, na ktorom nový člen tímu Alan Coombs urobil veľa vylepšení.
Upravený dizajn, známy ako Mark II, pokračoval v úspechu prvého auta. Okrem filmového zásobovacieho systému ho tvorilo 2400 12 lámp, 800 otočných spínačov, XNUMX relé a elektrický písací stroj.
Kolos Mark II
Bolo prispôsobiteľné a dostatočne flexibilné, aby zvládlo rôzne úlohy. Po inštalácii každý z ženských tímov nakonfiguroval svoj „Colossus“ na riešenie určitých problémov. Prepojovací panel, podobný panelu telefónneho operátora, bol potrebný na nastavenie elektronických zvonení, ktoré simulovali kolesá Tunney. Sada prepínačov umožnila operátorom nakonfigurovať ľubovoľný počet funkčných zariadení, ktoré spracovávali dva dátové toky: externý film a interný signál generovaný prstencami. Kombináciou množiny rôznych logických prvkov mohol Colossus vypočítať ľubovoľné booleovské funkcie na základe údajov, to znamená funkcie, ktoré by vytvorili 0 alebo 1. Každá jednotka zvýšila počítadlo Colossus. Samostatné riadiace zariadenie robilo rozhodnutia o rozvetvení na základe stavu počítadla – napríklad zastavilo a vytlačilo výstup, ak hodnota počítadla presiahla 1000.
Prepínací panel na konfiguráciu „Colossus“
Predpokladajme, že Colossus bol univerzálny programovateľný počítač v modernom zmysle. Mohlo by to logicky skombinovať dva dátové toky – jeden na páske a jeden generovaný počítadlami zvonení – a spočítať počet nájdených XNUMX a to je všetko. Veľká časť „programovania“ Colossusu prebiehala na papieri, pričom operátori vykonávali rozhodovací strom pripravený analytikmi: povedzme, „ak je výstup systému menší ako X, nastavte konfiguráciu B a urobte Y, inak urobte Z“.
Bloková schéma vysokej úrovne pre Colossus
Napriek tomu bol "Colossus" celkom schopný vyriešiť úlohu, ktorá mu bola pridelená. Na rozdiel od počítača Atanasoff-Berry bol Colossus extrémne rýchly – dokázal spracovať 25000 XNUMX znakov za sekundu, pričom každý z nich mohol vyžadovať niekoľko booleovských operácií. Mark II zvýšil rýchlosť päťnásobne oproti Mark I súčasným čítaním a spracovaním piatich rôznych častí filmu. Odmietla prepojiť celý systém pomalými elektromechanickými vstupno-výstupnými zariadeniami pomocou fotobuniek (prevzatých z protilietadlových ) na čítanie prichádzajúcich pások a register na vyrovnávanie výstupu písacieho stroja. Vedúci tímu, ktorý v 1990. rokoch obnovil Colossus, ukázal, že vo svojej práci stále dokáže ľahko prekonať počítač s procesorom Pentium z roku 1995.
Tento výkonný stroj na spracovanie textu sa stal centrom projektu na prelomenie kódu Tunney. Pred koncom vojny bolo vyrobených desať ďalších Mark II, ktorých panely chrlili rýchlosťou jeden za mesiac pracovníci poštovej továrne v Birminghame, ktorí nemali ani poňatia, čo vyrábajú, a potom ich zmontovali v Bletchley. . Jeden podráždený úradník z ministerstva zásobovania, ktorý dostal ďalšiu žiadosť o tisíc špeciálnych ventilov, sa spýtal, či ich pracovníci pošty „strieľajú na Nemcov“. Týmto priemyselným spôsobom, a nie ručnou montážou individuálneho projektu, by sa ďalší počítač začal vyrábať až v 1950. rokoch XNUMX. storočia. Podľa Flowersových pokynov na ochranu ventilov fungoval každý kolos vo dne iv noci až do konca vojny. Ticho stáli a žiarili v tme, zohrievali mokrú britskú zimu a trpezlivo čakali na pokyny, kým neprišiel deň, keď už neboli potrebné.
Závoj ticha
Prirodzené nadšenie pre zaujímavú drámu odohrávajúcu sa v Bletchley viedlo k hrubému zveličovaniu vojenských úspechov organizácie. Je to strašne absurdné naznačovať, ako to robí film.„[The Imitation Game], že britská civilizácia by prestala existovať, keby nebolo Alana Turinga. „Kolos“ zjavne nemal žiadny vplyv na priebeh vojny v Európe. Jeho najvýznamnejším úspechom bolo dokázanie, že podvod pri vylodení v Normandii v roku 1944 fungoval. Správy prijaté cez Tanny naznačovali, že spojenci úspešne presvedčili Hitlera a jeho velenie, že skutočný úder príde ďalej na východ, v Pas de Calais. Povzbudzujúce informácie, ale je nepravdepodobné, že by zníženie hladiny kortizolu v krvi spojeneckého velenia pomohlo vyhrať vojnu.
Na druhej strane, technologický pokrok, ktorý Colossus prezentoval, bol nepopierateľný. Svet sa to však tak skoro nedozvie. Churchill nariadil, aby boli všetky „Kolosy“, ktoré existovali v čase konca hry, demontované a tajomstvo ich dizajnu by malo byť odoslané spolu s nimi na skládku. Dve vozidlá nejakým spôsobom prežili tento rozsudok smrti a zostali v britskej spravodajskej službe až do 1960. rokov 1970. storočia. Ale ani potom britská vláda neodhrnula závoj mlčania o práci v Bletchley. Až v XNUMX. rokoch sa jeho existencia dostala na verejnosť.
Rozhodnutie natrvalo zakázať akúkoľvek diskusiu o práci vykonávanej v Bletchley Parku by sa dalo nazvať prehnanou opatrnosťou britskej vlády. Ale pre Flowersa to bola osobná tragédia. Zbavený všetkých kreditov a prestíže vynálezcu Colossusu trpel nespokojnosťou a frustráciou, pretože jeho neustále pokusy nahradiť relé elektronikou v britskom telefónnom systéme boli neustále blokované. Ak by mohol demonštrovať svoj úspech na príklade „Colossus“, mal by potrebný vplyv na realizáciu svojho sna. No v čase, keď sa jeho úspechy stali známymi, Flowers už dávno odišiel do dôchodku a nedokázal nič ovplyvniť.
Niekoľkí nadšenci elektronických počítačov roztrúsení po celom svete trpeli podobnými problémami súvisiacimi s utajením okolo Colossusu a nedostatkom dôkazov o životaschopnosti tohto prístupu. Elektromechanické výpočty by mohli ešte nejaký čas zostať kráľom. Existoval však ďalší projekt, ktorý by pripravil cestu tomu, aby sa elektronické počítače dostali do centra pozornosti. Aj keď to bol tiež výsledok tajného vojenského vývoja, po vojne sa to neutajilo, ale naopak, s najväčšou dôverou bolo odhalené svetu, pod názvom ENIAC.
Čo čítať:
• Jack Copeland, vyd. Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreak Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, „The Design of Colossus“, Annals of the History of Computing, júl 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Zdroj: hab.com