Drugi članki v seriji:
- Zgodovina releja
- Zgodovina elektronskih računalnikov
- Zgodovina tranzistorja
- Internetna zgodovina
Leta 1938 je vodja britanske tajne obveščevalne službe tiho kupil 24 hektarjev veliko posestvo 80 milj od Londona. Nahajal se je na stičišču železnic od Londona proti severu in od Oxforda na zahodu do Cambridgea na vzhodu in je bil idealna lokacija za organizacijo, ki je ne bi videl nihče, vendar je bila na dosegu roke večini pomembnih središč znanja in britanskih oblasti. Lastnina, znana kot , je med drugo svetovno vojno postal britanski center za razbijanje kod. To je morda edino mesto na svetu, ki je znano po svoji vpletenosti v kriptografijo.
Tunney
Poleti 1941 so v Bletchleyju že potekala dela, da bi razbili znameniti šifrirni stroj Enigma, ki sta ga uporabljali nemška vojska in mornarica. Če ste gledali film o britanskih razbijalcih kod, so govorili o Enigmi, vendar o tem tukaj ne bomo govorili - saj je Bletchley kmalu po invaziji na Sovjetsko zvezo odkril prenos sporočil z novo vrsto šifriranja.
Kriptoanalitiki so kmalu ugotovili splošno naravo stroja, ki se uporablja za prenos sporočil, ki so ga poimenovali "Tunny".
Za razliko od Enigme, katere sporočila je bilo treba dešifrirati ročno, se je Tunney povezal neposredno s teletipom. Teletip je vsak znak, ki ga je vnesel operater, pretvoril v tok pik in križcev (podobno pikam in pomišljajem Morsejeve abecede) v standardnem s petimi znaki na črko. Bilo je nešifrirano besedilo. Tunney je uporabila dvanajst koles naenkrat, da je ustvarila svoj vzporedni tok pik in križcev: ključ. Nato je sporočilu dodala ključ in ustvarila šifrirano besedilo, poslano po zraku. Seštevanje je bilo izvedeno v binarni aritmetiki, kjer so pike ustrezale ničlam, križci pa enicam:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Druga Tanny na prejemnikovi strani z enakimi nastavitvami je izdelala isti ključ in ga dodala šifriranemu sporočilu, da je ustvarila izvirnega, ki ga je na papir natisnil prejemnikov teletip. Recimo, da imamo sporočilo: "pika plus pika pika plus." V številkah bo to 01001. Dodajmo naključni ključ: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, tako da dobimo šifrirano besedilo. 10011. Če znova dodate ključ, lahko obnovite izvirno sporočilo. Preverimo: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, dobimo 01001.
Razčlenjevanje Tunneyjevega dela je olajšalo dejstvo, da so v prvih mesecih njegove uporabe pošiljatelji posredovali nastavitve kolesca, ki so jih uporabili pred pošiljanjem sporočila. Kasneje so Nemci izdali šifrante s prednastavljenimi nastavitvami kolesa, pošiljatelj pa je moral poslati le kodo, s katero je prejemnik v knjigi našel pravilno nastavitev kolesa. Na koncu so vsak dan spreminjali kodne knjige, kar je pomenilo, da je moral Bletchley vsako jutro vdirati v kodne kolesce.
Zanimivo je, da so kriptoanalitiki rešili funkcijo Tunny na podlagi lokacije oddajne in sprejemne postaje. Povezoval je živčne centre nemškega vrhovnega poveljstva s poveljniki armad in armadnih skupin na različnih evropskih vojaških frontah, od okupirane Francije do ruskih step. To je bila mamljiva naloga: vdiranje v Tunney je obljubljalo neposreden dostop do sovražnikovih namenov in zmogljivosti na najvišji ravni.
Nato je mladi matematik s kombinacijo napak nemških operaterjev, zvitosti in vztrajne odločnosti šel veliko dlje od preprostih zaključkov o Tunneyjevem delu. Ne da bi videl sam stroj, je popolnoma določil njegovo notranjo strukturo. Logično je izpeljal možne položaje vsakega kolesa (od katerih je vsako imelo svoje praštevilo) in kako natančno je položaj koles ustvaril ključ. Oborožen s temi informacijami je Bletchley zgradil replike Tunneyja, ki bi jih lahko uporabili za dešifriranje sporočil – takoj ko so bila kolesa pravilno nastavljena.
12 ključnih koles Lorenzovega šifrirnega stroja, znanega kot Tanny
Heath Robinson
Do konca leta 1942 je Tat nadaljeval z napadi na Tanni in za to razvil posebno strategijo. Temeljil je na konceptu delta: vsota po modulu 2 enega signala v sporočilu (pika ali križec, 0 ali 1) z naslednjim. Spoznal je, da je zaradi občasnega premikanja koles Tunney obstajala povezava med delto šifriranega besedila in delto ključnega besedila: spreminjati sta se morala skupaj. Torej, če primerjate šifrirano besedilo s ključnim besedilom, ustvarjenim pri različnih nastavitvah kolesca, lahko izračunate delto za vsako in preštejete število ujemanj. Stopnja ujemanja, ki precej presega 50 %, bi morala označiti potencialnega kandidata za pravi ključ sporočila. Ideja je bila v teoriji dobra, v praksi pa je ni bilo mogoče uresničiti, saj je bilo za vsako sporočilo potrebno narediti 2400 prehodov, da bi preverili vse možne nastavitve.
Tat je problem prinesel drugemu matematiku, Maxu Newmanu, ki je vodil oddelek v Bletchleyju, ki so ga vsi imenovali "Newmania". Newman je bil na prvi pogled malo verjetna izbira za vodenje občutljive britanske obveščevalne organizacije, saj je bil njegov oče iz Nemčije. Vendar se je zdelo malo verjetno, da bi vohunil za Hitlerja, saj je bila njegova družina judovska. Bil je tako zaskrbljen zaradi napredka Hitlerjeve prevlade v Evropi, da je svojo družino kmalu po razpadu Francije leta 1940 preselil na varno v New York, nekaj časa pa je tudi sam razmišljal o selitvi v Princeton.
Max Newman
Tako se je zgodilo, da je Newman dobil idejo o delu na izračunih, ki jih zahteva metoda Tata - z ustvarjanjem stroja. Bletchley je bil že navajen uporabljati stroje za kriptoanalizo. Enigma je bila tako razbita. Toda Newman si je zamislil določeno elektronsko napravo za delo s šifro Tunney. Pred vojno je poučeval na Cambridgeu (eden od njegovih študentov je bil Alan Turing) in je vedel za elektronske števce, ki jih je zgradil Wynne-Williams za štetje delcev v Cavendishu. Ideja je bila naslednja: če bi sinhronizirali dva filma, zaprta v zanki, ki se vrtita z veliko hitrostjo, od katerih je imel eden ključ, drugi pa šifrirano sporočilo, in bi vsak element obravnavali kot procesor, ki šteje delte, bi lahko elektronski števec seštejte rezultate. Z branjem končnega rezultata na koncu vsake vožnje se je mogoče odločiti, ali je ta ključ potencialni ali ne.
Tako se je zgodilo, da je skupina inženirjev z ustreznimi izkušnjami le obstajala. Med njimi je bil tudi sam Wynne-Williams. Turing je zaposlil Wynne-Williamsa iz Radarskega laboratorija Malvern, da bi pomagal ustvariti nov rotor za stroj Enigma, pri čemer uporablja elektroniko za štetje obratov. Pri tem in še enem projektu Enigma so mu pomagali trije inženirji s poštne raziskovalne postaje v Dollis Hillu: William Chandler, Sidney Broadhurst in Tommy Flowers (naj vas spomnim, da je bila britanska pošta visokotehnološka organizacija in je bila odgovorna ne samo za papirno pošto, ampak in za telegrafijo in telefonijo). Oba projekta sta propadla in moški so ostali brez dela. Newman jih je zbral. Flowersa je imenoval za vodjo ekipe, ki je ustvarila "kombinacijsko napravo", ki bi štela delte in posredovala rezultat števcu, na katerem je delal Wynne-Williams.
Newman je inženirje zaposlil pri izdelavi strojev, Ženski oddelek kraljeve mornarice pa pri upravljanju njegovih strojev za obdelavo sporočil. Vlada je zaupala samo moškim na vodilnih položajih na visoki ravni, ženske pa so se dobro odrezale kot operativne uradnice Bletchleyja, saj so skrbele tako za prepisovanje sporočil kot za nastavitve dekodiranja. Zelo organsko jim je uspelo preiti iz pisarniškega dela v skrb za stroje, ki so avtomatizirali njihovo delo. Svoj avto so lahkomiselno poimenovali "", britanski ekvivalent [oba sta bila karikaturista ilustratorja, ki sta upodabljala izjemno kompleksne, obsežne in zapletene naprave, ki so opravljale zelo preproste funkcije / pribl. prevod].
Avto "Old Robinson", zelo podoben svojemu predhodniku, avtomobilu "Heath Robinson"
Čeprav je Heath Robinson v teoriji precej zanesljiv, je imel v praksi resne težave. Glavna stvar je bila potreba po popolni sinhronizaciji obeh filmov - šifriranega in ključnega besedila. Kakršno koli raztezanje ali zdrs katerega koli filma je naredilo celoten prehod neuporaben. Da bi zmanjšali tveganje napak, je stroj obdelal največ 2000 znakov na sekundo, čeprav bi lahko pasovi delovali hitreje. Flowers, ki se je nerad strinjal z delom projekta Heath Robinson, je verjel, da obstaja boljši način: stroj, zgrajen skoraj v celoti iz elektronskih komponent.
Colossus
Thomas Flowers je od leta 1930 delal kot inženir v raziskovalnem oddelku britanske pošte, kjer se je sprva ukvarjal z raziskavami nepravilnih in neuspešnih povezav v novih avtomatskih telefonskih centralah. To ga je pripeljalo do razmišljanja o tem, kako ustvariti izboljšano različico telefonskega sistema, in leta 1935 je začel zagovarjati zamenjavo komponent elektromehanskega sistema, kot so releji, z elektronskimi. Ta cilj je določil njegovo celotno nadaljnjo kariero.
Tommy Flowers, okoli leta 1940
Večina inženirjev je kritizirala elektronske komponente, ker so muhaste in nezanesljive, ko se uporabljajo v velikem obsegu, vendar je Flowers pokazal, da imajo vakuumske elektronke osupljivo dolgo življenjsko dobo, kadar se uporabljajo neprekinjeno in pri močeh, ki so precej nižje od njihove zasnove. Svoje zamisli je dokazal z zamenjavo vseh terminalov za klicanje na 1000-linijskem stikalu z cevmi; skupaj jih je bilo 3-4 tisoč. Ta instalacija je začela delovati leta 1939. V istem obdobju je eksperimentiral z zamenjavo relejskih registrov, ki so shranjevali telefonske številke, z elektronskimi releji.
Flowers je verjel, da ima Heath Robinson, za izgradnjo katerega je bil najet, resne napake in da bi lahko problem veliko bolje rešil z uporabo več cevi in manj mehanskih delov. Februarja 1943 je Newmanu prinesel alternativno zasnovo stroja. Flowers se je premeteno znebil traku za ključe in tako odpravil težave s sinhronizacijo. Njegov stroj je moral ključno besedilo ustvariti sproti. Elektronsko bi simulirala Tunneyja, pregledala vse nastavitve kolesca in vsako primerjala s šifriranim besedilom ter zabeležila verjetna ujemanja. Ocenil je, da bi ta pristop zahteval uporabo približno 1500 vakuumskih cevi.
Newman in ostalo vodstvo Bletchleyja so bili skeptični do tega predloga. Kot večina Flowersovih sodobnikov sta dvomila, ali bi elektroniko lahko naredili za delovanje v takšnem obsegu. Še več, tudi če bi ga lahko spravili v delovanje, so dvomili, da bi tak stroj lahko zgradili pravočasno, da bi bil uporaben v vojni.
Flowersov šef pri Dollis Hillu mu je res dal zeleno luč, da zbere ekipo za ustvarjanje te elektronske pošasti – Flowers morda ni bil povsem iskren, ko mu je opisal, kako všeč je bila njegova zamisel v Bletchleyju (po besedah Andrewa Hodgesa je Flowers povedal njegov šef, Gordon Radley, da je projekt kritično delo za Bletchley, Radley pa je že slišal od Churchilla, da je Bletchleyjevo delo absolutna prednostna naloga). Poleg Flowersa sta imela veliko vlogo pri razvoju sistema Sidney Broadhurst in William Chandler, celotno podjetje pa je zaposlovalo skoraj 50 ljudi, polovico virov Dollis Hill. Ekipo so navdihnili precedensi, ki se uporabljajo v telefoniji: števci, vejna logika, oprema za usmerjanje in prevajanje signala ter oprema za periodične meritve stanja opreme. Broadhurst je bil mojster takšnih elektromehanskih vezij, Flowers in Chandler pa sta bila strokovnjaka za elektroniko, ki sta razumela, kako prenesti koncepte iz sveta relejev v svet ventilov. Do začetka leta 1944 je ekipa Bletchleyju predstavila delujoč model. Ogromen stroj so poimenovali "Colossus" in hitro je dokazal, da lahko zasenči Heatha Robinsona z zanesljivo obdelavo 5000 znakov na sekundo.
Newman in ostalo vodstvo v Bletchleyju so hitro ugotovili, da so naredili napako, ko so zavrnili Flowersa. Februarja 1944 so naročili še 12 Colossijev, ki naj bi bili operativni do 1. junija – datuma, ko je bila načrtovana invazija na Francijo, čeprav tega Flowers seveda ni vedel. Flowers je odkrito rekel, da je to nemogoče, a je njegovi ekipi z junaškimi napori uspelo do 31. maja dobaviti drugi dirkalnik, ki ga je novi član ekipe Alan Coombs naredil veliko izboljšav.
Spremenjena zasnova, znana kot Mark II, je nadaljevala uspeh prvega stroja. Poleg sistema za oskrbo s filmom je bil sestavljen iz 2400 svetilk, 12 vrtljivih stikal, 800 relejev in električnega pisalnega stroja.
Kolos Marka II
Bil je prilagodljiv in dovolj prilagodljiv za opravljanje različnih nalog. Po namestitvi je vsaka od ženskih ekip konfigurirala svoj »Colossus« za reševanje določenih težav. Za postavitev elektronskih obročev, ki so simulirali kolesa Tunney, je bila potrebna povezovalna plošča, podobna plošči telefonskega operaterja. Niz stikal je operaterjem omogočal konfiguracijo poljubnega števila funkcionalnih naprav, ki so obdelovale dva podatkovna toka: zunanji film in notranji signal, ki ga ustvarijo obroči. S kombiniranjem niza različnih logičnih elementov je Colossus lahko izračunal poljubne logične funkcije na podlagi podatkov, to je funkcije, ki bi ustvarile 0 ali 1. Vsaka enota je povečala števec Colossus. Ločena krmilna naprava je sprejela odločitve o razvejanju glede na stanje števca - na primer zaustavitev in tiskanje izhoda, če vrednost števca preseže 1000.
Stikalna plošča za konfiguracijo »Colossus«
Predpostavimo, da je bil Colossus programirljiv računalnik za splošno uporabo v sodobnem smislu. Lahko bi logično združil dva podatkovna toka – enega na traku in enega, ki ga ustvarijo števci zvonjenja – in preštel število najdenih XNUMX, in to je to. Velik del Colossovega "programiranja" je potekal na papirju, pri čemer so operaterji izvajali drevo odločitev, ki so ga pripravili analitiki: recimo, "če je sistemski izhod manjši od X, nastavite konfiguracijo B in naredite Y, drugače naredite Z."
Blokovni diagram visoke ravni za Colossus
Kljub temu je bil "Colossus" povsem sposoben rešiti nalogo, ki mu je bila dodeljena. Za razliko od Atanasoff-Berryjevega računalnika je bil Colossus izjemno hiter – lahko je obdelal 25000 znakov na sekundo, od katerih je vsak lahko zahteval več Boolovih operacij. Mark II je petkrat povečal hitrost v primerjavi z Mark I s hkratnim branjem in obdelavo petih različnih delov filma. Ni želel povezati celotnega sistema s počasnimi elektromehanskimi vhodno-izhodnimi napravami z uporabo fotocelic (vzetih iz protiletalskih ) za branje dohodnih trakov in register za medpomnjenje izhoda pisalnega stroja. Vodja ekipe, ki je obnovila Colossus v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, je pokazal, da lahko pri svojem delu še vedno z lahkoto prekaša računalnik s procesorjem Pentium iz leta 1990.
Ta močan stroj za obdelavo besedil je postal središče projekta za razbijanje kode Tunney. Pred koncem vojne so izdelali še deset Mark II, za katere so delavci v poštni tovarni v Birminghamu, ki niso imeli pojma, kaj izdelujejo, po eno na mesec izdelali plošče in jih nato sestavili v Bletchleyju . Nek razdraženi uradnik ministrstva za preskrbo, ko je prejel novo zahtevo za tisoč posebnih ventilov, je vprašal, ali jih poštni uslužbenci »streljajo na Nemce«. Na ta industrijski način, namesto z ročnim sestavljanjem posameznega projekta, bodo naslednji računalnik izdelali šele v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Po Flowersovih navodilih za zaščito ventilov je vsak Colossus deloval dan in noč do konca vojne. Tiho sta stala in svetila v temi, grela mokro britansko zimo in potrpežljivo čakala na navodila, dokler ni prišel dan, ko ju ni bilo več potrebno.
Tančica tišine
Naravno navdušenje nad zanimivo dramo, ki se je odvijala v Bletchleyju, je privedlo do velikega pretiravanja vojaških dosežkov organizacije. Strašno nesmiselno je namigovati, kot to počne film." [Igra posnemanja], da bi britanska civilizacija prenehala obstajati, če ne bi bilo Alana Turinga. "Kolos" očitno ni vplival na potek vojne v Evropi. Njegov dosežek, ki je bil najbolj znan v javnosti, je bil dokaz, da je prevara pri izkrcanju v Normandiji leta 1944 delovala. Sporočila, prejeta prek Tannyja, so nakazovala, da so zavezniki uspešno prepričali Hitlerja in njegovo poveljstvo, da bo pravi udarec prišel bolj proti vzhodu, pri Pas de Calaisu. Spodbudni podatki, vendar je malo verjetno, da je znižanje ravni kortizola v krvi zavezniškega poveljstva pomagalo zmagati v vojni.
Po drugi strani pa je bil tehnološki napredek, ki ga je predstavil Colossus, nesporen. A svet tega ne bo izvedel kmalu. Churchill je ukazal, da se vsi "Colossi", ki so obstajali ob koncu igre, razstavijo, skrivnost njihove zasnove pa je treba poslati skupaj z njimi na odlagališče. Dve vozili sta nekako preživeli to smrtno obsodbo in ostali v britanski obveščevalni službi do šestdesetih let prejšnjega stoletja. Toda tudi takrat britanska vlada ni odgrnila tančice molka glede dela v Bletchleyju. Šele v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je javnost izvedela za njegov obstoj.
Odločitev o trajni prepovedi kakršnih koli razprav o delu, ki poteka v Bletchley Parku, bi lahko označili za pretirano previdnost britanske vlade. Toda za Flowers je bila to osebna tragedija. Ker so mu odvzeli vse zasluge in ugled kot izumitelj Colossa, je trpel nezadovoljstvo in frustracijo, ker so bili njegovi nenehni poskusi zamenjave relejev z elektroniko v britanskem telefonskem sistemu nenehno blokirani. Če bi lahko pokazal svoj dosežek s primerom "Colossus", bi imel vpliv, potreben za uresničitev svojih sanj. Toda ko so njegovi dosežki postali znani, se je Flowers že zdavnaj upokojil in ni mogel na nič vplivati.
Več ljubiteljev elektronskega računalništva, raztresenih po vsem svetu, je imelo podobne težave, povezane s tajnostjo, ki obkroža Colossus, in pomanjkanjem dokazov o izvedljivosti tega pristopa. Elektromehansko računalništvo bi lahko še nekaj časa ostalo kralj. Obstajal pa je še en projekt, ki je utrl pot, da bo elektronsko računalništvo postalo osrednje mesto. Čeprav je bil tudi rezultat tajnega vojaškega razvoja, ga po vojni niso skrivali, ampak nasprotno, z največjim aplombom so ga razkrili svetu pod imenom ENIAC.
Kaj brati:
• Jack Copeland, ur. Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, »The Design of Colossus,« Annals of the History of Computing, julij 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: Enigma (1983)
Vir: www.habr.com