Andra artiklar i serien:
- Reläets historia
- Elektroniska datorers historia
- Transistorns historia
- Internet historia
1938 köpte chefen för British Secret Intelligence tyst en 24 hektar stor egendom 80 miles från London. Det var beläget i korsningen mellan järnvägarna från London till norr och från Oxford i väster till Cambridge i öster, och var en idealisk plats för en organisation som inte skulle ses av någon, men som var inom räckhåll för de flesta av de viktiga kunskapscentra och de brittiska myndigheterna. Fastigheten känd som , blev Storbritanniens centrum för kodbrott under andra världskriget. Detta är kanske den enda platsen i världen som är känd för sitt engagemang i kryptografi.
Tunney
Sommaren 1941 pågick redan arbetet i Bletchley för att bryta den berömda Enigma-krypteringsmaskinen som användes av den tyska armén och flottan. Om du tittade på en film om brittiska kodbrytare pratade de om Enigma, men vi kommer inte att prata om det här - för strax efter invasionen av Sovjetunionen upptäckte Bletchley överföringen av meddelanden med en ny typ av kryptering.
Kryptanalytiker kom snart på den allmänna karaktären hos maskinen som användes för att överföra meddelanden, som de gav smeknamnet "Tunny".
Till skillnad från Enigma, vars meddelanden måste dechiffreras för hand, kopplade Tunney direkt till teletypen. Teletypen omvandlade varje tecken som operatören skrev in till en ström av prickar och kors (liknande prickar och streck i morsekod) i standard med fem tecken per bokstav. Det var okrypterad text. Tunney använde tolv hjul åt gången för att skapa sin egen parallella ström av prickar och kors: nyckeln. Hon lade sedan till nyckeln till meddelandet och producerade chiffertext som sänds över luften. Addition utfördes i binär aritmetik, där prickar motsvarade nollor och kors motsvarade ettor:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
En annan Tanny på mottagarens sida med samma inställningar producerade samma nyckel och lade till den i det krypterade meddelandet för att producera originalet, som skrevs ut på papper av mottagarens teletyp. Låt oss säga att vi har ett meddelande: "prick plus prick prick plus." I siffror blir det 01001. Låt oss lägga till en slumpmässig nyckel: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, så vi får chiffertexten 10011. Genom att lägga till nyckeln igen kan du återställa det ursprungliga meddelandet. Låt oss kontrollera: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, vi får 01001.
Att analysera Tunneys arbete underlättades av det faktum att avsändare under de första månaderna av dess användning vidarebefordrade hjulinställningar som skulle användas innan de skickade ett meddelande. Senare släppte tyskarna kodböcker med förinställda hjulinställningar och avsändaren behövde bara skicka en kod som mottagaren kunde använda för att hitta rätt hjulinställning i boken. Det slutade med att de bytte kodböcker dagligen, vilket innebar att Bletchley var tvungen att hacka kodhjulen varje morgon.
Intressant nog löste kryptoanalytiker Tunny-funktionen baserat på platsen för de sändande och mottagande stationerna. Den kopplade samman det tyska högsta befälets nervcentra med arméns och armégruppens befälhavare på olika europeiska militära fronter, från det ockuperade Frankrike till de ryska stäpperna. Det var en frestande uppgift: att hacka Tunney lovade direkt tillgång till fiendens högsta avsikter och förmågor.
Sedan, genom en kombination av misstag av tyska operatörer, list och envis beslutsamhet, fick den unge matematikern gick mycket längre än enkla slutsatser om Tunneys arbete. Utan att se själva maskinen bestämde han helt och hållet dess inre struktur. Han härledde logiskt de möjliga positionerna för varje hjul (som vart och ett hade sitt eget primtal), och hur exakt positionen för hjulen genererade nyckeln. Beväpnad med denna information byggde Bletchley repliker av Tunney som kunde användas för att dechiffrera meddelanden - så snart hjulen justerades ordentligt.
12 nyckelhjul på en Lorenz-chiffermaskin känd som Tanny
Heath Robinson
I slutet av 1942 fortsatte Tat att attackera Tanni, efter att ha utvecklat en speciell strategi för detta. Det baserades på konceptet delta: modulo 2-summan av en signal i ett meddelande (punkt eller kors, 0 eller 1) med nästa. Han insåg att på grund av den intermittenta rörelsen av Tunney-hjulen fanns det ett förhållande mellan chiffertextdeltat och nyckeltextdeltat: de var tvungna att förändras tillsammans. Så om du jämför chiffertexten med nyckeltexten som genereras på olika hjulinställningar, kan du beräkna deltat för varje och räkna antalet matchningar. En matchningsfrekvens långt över 50 % bör markera en potentiell kandidat för den verkliga meddelandenyckeln. Idén var bra i teorin, men den var omöjlig att implementera i praktiken, eftersom det krävdes 2400 passeringar för varje meddelande för att kontrollera alla möjliga inställningar.
Tat förde problemet till en annan matematiker, Max Newman, som ledde avdelningen på Bletchley som alla kallade "Newmania." Newman var vid första anblicken ett osannolikt val att leda den känsliga brittiska underrättelseorganisationen, eftersom hans far var från Tyskland. Det verkade dock osannolikt att han skulle spionera för Hitler eftersom hans familj var judisk. Han var så oroad över Hitlers dominans i Europa att han flyttade sin familj till New Yorks säkerhet strax efter Frankrikes kollaps 1940, och under en tid övervägde han själv att flytta till Princeton.
Max Newman
Det hände så att Newman fick en idé om att arbeta med de beräkningar som Tata-metoden kräver - genom att skapa en maskin. Bletchley var redan van vid att använda maskiner för kryptoanalys. Så här knäcktes Enigma. Men Newman skapade en viss elektronisk enhet för att fungera på Tunney-chifferet. Före kriget undervisade han på Cambridge (en av hans elever var Alan Turing), och kände till de elektroniska räknarna som byggdes av Wynne-Williams för att räkna partiklar i Cavendish. Tanken var denna: om du synkroniserade två filmer stängda i en slinga, rullande i hög hastighet, varav den ena hade en nyckel och den andra ett krypterat meddelande, och behandlade varje element som en processor som räknade delta, då kunde en elektronisk räknare lägga ihop resultaten. Genom att läsa slutresultatet i slutet av varje körning kunde man avgöra om denna nyckel var en potentiell sådan eller inte.
Det hände sig att det bara fanns en grupp ingenjörer med lämplig erfarenhet. Bland dem var Wynne-Williams själv. Turing rekryterade Wynne-Williams från Malvern Radar Laboratory för att hjälpa till att skapa en ny rotor för Enigma-maskinen, med hjälp av elektronik för att räkna varv. Han fick hjälp med detta och ett annat Enigma-projekt av tre ingenjörer från postforskningsstationen i Dollys Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst och Tommy Flowers (låt mig påminna er om att det brittiska postkontoret var en högteknologisk organisation och var ansvarig för att inte endast för papperspost, men och för telegrafi och telefoni). Båda projekten misslyckades och männen lämnades sysslolösa. Newman samlade ihop dem. Han utsåg Flowers att leda ett team som skapade en "kombinationsenhet" som skulle räkna delta och överföra resultatet till en räknare som Wynne-Williams arbetade på.
Newman sysselsatte ingenjörerna med att bygga maskinerna och kvinnoavdelningen i Royal Navy med att sköta sina meddelandebehandlingsmaskiner. Regeringen litade bara på män med ledande befattningar på hög nivå, och kvinnor klarade sig bra som Bletchleys operativa officerare och hanterade både meddelandetranskription och avkodningsinställningar. De lyckades mycket organiskt gå från kontorsarbete till att ta hand om maskinerna som automatiserade deras arbete. De döpte lättsinnigt sin bil till "", brittisk motsvarighet [båda var serietecknare illustratörer som skildrade extremt komplexa, skrymmande och invecklade enheter som utförde mycket enkla funktioner / ca. översätt].
"Old Robinson"-bilen, mycket lik sin föregångare, "Heath Robinson"-bilen
Faktum är att Heath Robinson, även om han är ganska tillförlitlig i teorin, led av allvarliga problem i praktiken. Huvudsaken var behovet av perfekt synkronisering av de två filmerna - chiffertexten och nyckeltexten. Eventuell sträckning eller glidning av någon av filmerna gjorde hela passagen oanvändbar. För att minimera risken för fel bearbetade maskinen inte mer än 2000 XNUMX tecken per sekund, även om banden kunde arbeta snabbare. Flowers, som motvilligt höll med om Heath Robinson-projektets arbete, trodde att det fanns ett bättre sätt: en maskin byggd nästan helt av elektroniska komponenter.
Koloss
Thomas Flowers arbetade som ingenjör på brittiska postkontorets forskningsavdelning från 1930, där han till en början arbetade med forskning om felaktiga och misslyckade anslutningar i nya automatiska telefonväxlar. Detta fick honom att fundera på hur man skapar en förbättrad version av telefonsystemet, och 1935 började han förespråka att ersätta elektromekaniska systemkomponenter som reläer med elektroniska. Detta mål avgjorde hela hans framtida karriär.
Tommy Flowers, omkring 1940
De flesta ingenjörer har kritiserat elektroniska komponenter för att vara nyckfulla och opålitliga när de används i stor skala, men Flowers visade att när de användes kontinuerligt och med krafter långt under deras design, uppvisade vakuumrör faktiskt häpnadsväckande lång livslängd. Han bevisade sina idéer genom att ersätta alla kopplingstonsterminaler på en 1000 3 linjers switch med rör; totalt var det 4-1939 tusen av dem. Denna installation lanserades i verkligt arbete XNUMX. Under samma period experimenterade han med att byta ut reläregistren som lagrade telefonnummer mot elektroniska reläer.
Flowers trodde att Heath Robinson han anlitades för att bygga var allvarligt defekt, och att han kunde lösa problemet mycket bättre genom att använda fler rör och färre mekaniska delar. I februari 1943 kom han med en alternativ design för maskinen till Newman. Blommor blev skickligt av med nyckelbandet, vilket eliminerade synkroniseringsproblemet. Hans maskin var tvungen att generera nyckeltexten i farten. Hon skulle simulera Tunney elektroniskt, gå igenom alla hjulinställningar och jämföra var och en med chiffertexten, spela in troliga matchningar. Han uppskattade att detta tillvägagångssätt skulle kräva användningen av cirka 1500 XNUMX vakuumrör.
Newman och resten av Bletchleys ledning var skeptiska till detta förslag. Liksom de flesta av Flowers samtida tvivlade de på om elektronik kunde fås att fungera i en sådan skala. Dessutom, även om den kunde fås att fungera, tvivlade de på att en sådan maskin kunde byggas i tid för att vara användbar i krig.
Flowers chef på Dollis Hill gav honom klartecken att sätta ihop ett team för att skapa detta elektroniska monster - Flowers kanske inte var helt uppriktiga när de beskrev för honom hur mycket hans idé gillade på Bletchley (enligt Andrew Hodges, berättade Flowers för honom). hans chef, Gordon Radley, att projektet var kritiskt arbete för Bletchley, och Radley hade redan hört från Churchill att Bletchleys arbete var en absolut prioritet). Förutom Flowers spelade Sidney Broadhurst och William Chandler en stor roll i utvecklingen av systemet, och hela företaget sysselsatte nästan 50 personer, hälften av Dollis Hills resurser. Teamet inspirerades av prejudikat som används inom telefoni: mätare, grenlogik, utrustning för routing och signalöversättning och utrustning för periodiska mätningar av utrustningsstatus. Broadhurst var en mästare på sådana elektromekaniska kretsar, och Flowers och Chandler var elektronikexperter som förstod hur man överför begrepp från relävärlden till ventilvärlden. I början av 1944 hade teamet presenterat en fungerande modell för Bletchley. Den gigantiska maskinen döptes till "Colossus" och visade snabbt att den kunde överglänsa Heath Robinson genom att tillförlitligt bearbeta 5000 XNUMX tecken per sekund.
Newman och resten av ledningen på Bletchley insåg snabbt att de hade gjort ett misstag när de tackade nej till Flowers. I februari 1944 beställde de ytterligare 12 kolosser, som skulle vara operativa den 1 juni - det datum då invasionen av Frankrike var planerad, även om detta naturligtvis var okänt för Flowers. Flowers sa rakt ut att detta var omöjligt, men med heroiska ansträngningar lyckades hans team leverera en andra bil till den 31 maj, till vilken den nya teammedlemmen Alan Coombs gjorde många förbättringar.
Den reviderade designen, känd som Mark II, fortsatte framgången för den första maskinen. Förutom filmförsörjningssystemet bestod det av 2400 12 lampor, 800 vridomkopplare, XNUMX reläer och en elektrisk skrivmaskin.
Koloss Mark II
Det var anpassningsbart och tillräckligt flexibelt för att hantera en mängd olika uppgifter. Efter installationen konfigurerade vart och ett av damlagen sin "Colossus" för att lösa vissa problem. En patchpanel, liknande en telefonoperatörspanel, behövdes för att sätta upp elektroniska ringar som simulerade Tunney-hjul. En uppsättning switchar gjorde det möjligt för operatörer att konfigurera valfritt antal funktionella enheter som behandlade två dataströmmar: en extern film och en intern signal som genereras av ringarna. Genom att kombinera en uppsättning olika logiska element kunde Colossus beräkna godtyckliga booleska funktioner baserat på data, det vill säga funktioner som skulle producera en 0 eller 1. Varje enhet ökade Colossus-räknaren. En separat kontrollapparat fattade förgreningsbeslut baserat på räknarens tillstånd - till exempel stoppa och skriva ut en utdata om räknarvärdet översteg 1000.
Brytarpanel för att konfigurera "Colossus"
Låt oss anta att Colossus var en allmän programmerbar dator i modern mening. Det skulle logiskt sett kunna kombinera två dataströmmar – en på band och en genererad av ringräknare – och räkna antalet XNUMX:or, och det är allt. Mycket av Colossus "programmering" ägde rum på papper, med operatörer som utförde ett beslutsträd som utarbetats av analytiker: säg, "om systemets utdata är mindre än X, ställ in konfiguration B och gör Y, annars gör Z."
Högnivåblockdiagram för Colossus
Ändå var "Colossus" ganska kapabel att lösa uppgiften som den tilldelats. Till skillnad från Atanasoff-Berry-datorn var Colossus extremt snabb - den kunde bearbeta 25000 XNUMX tecken per sekund, som var och en kunde kräva flera booleska operationer. Mark II ökade hastigheten fem gånger jämfört med Mark I genom att samtidigt läsa och bearbeta fem olika avsnitt av filmen. Den vägrade att koppla ihop hela systemet med långsamma elektromekaniska ingångsenheter, med hjälp av fotoceller (tagna från luftvärn ) för att läsa inkommande band och ett register för buffring av skrivmaskinsutdata. Ledaren för teamet som återställde Colossus på 1990-talet visade att han fortfarande lätt kunde överträffa en Pentium-baserad dator från 1995 på sitt jobb.
Denna kraftfulla ordbehandlingsmaskin blev centrum för projektet för att bryta Tunney-koden. Tio ytterligare Mark II byggdes före krigets slut, panelerna för vilka skars ut med en hastighet av en per månad av arbetare på postfabriken i Birmingham, som inte hade någon aning om vad de gjorde, och sedan monterades i Bletchley . En irriterad tjänsteman från försörjningsministeriet, efter att ha fått ytterligare en begäran om tusen specialventiler, frågade om postarbetarna "skjuter dem mot tyskarna". På detta industriella sätt, snarare än genom att sätta ihop ett enskilt projekt för hand, skulle nästa dator inte produceras förrän på 1950-talet. Under Flowers instruktioner för att skydda ventilerna, fungerade varje Colossus dag och natt fram till slutet av kriget. De stod tysta och glödde i mörkret och värmde upp den våta brittiska vintern och väntade tålmodigt på instruktioner tills dagen kom då de inte längre behövdes.
Tystnadens slöja
Naturlig entusiasm för det spännande drama som utspelade sig vid Bletchley ledde till en grov överdrift av organisationens militära prestationer. Det är fruktansvärt absurt att antyda, som filmen gör."[The Imitation Game] att den brittiska civilisationen skulle upphöra att existera om inte för Alan Turing. "Colossus" hade tydligen ingen inverkan på krigets gång i Europa. Hans mest publicerade prestation var att bevisa att 1944 års landningsbedrägeri i Normandie hade fungerat. Meddelanden som mottogs genom Tanny antydde att de allierade framgångsrikt hade övertygat Hitler och hans kommando om att det verkliga slaget skulle komma längre österut, vid Pas de Calais. Uppmuntrande information, men det är osannolikt att en minskning av nivån av kortisol i blodet från det allierade kommandot hjälpte till att vinna kriget.
Å andra sidan var de tekniska framsteg som Colossus presenterade obestridliga. Men världen kommer inte att få veta detta snart. Churchill beordrade att alla "kolosser" som fanns vid tiden för spelets slut skulle demonteras, och hemligheten bakom deras design skulle skickas tillsammans med dem till soptippen. Två fordon överlevde på något sätt denna dödsdom och förblev i brittisk underrättelsetjänst fram till 1960-talet. Men inte ens då lyfte den brittiska regeringen på tystnadens slöja angående arbetet på Bletchley. Det var först på 1970-talet som dess existens blev allmänt känt.
Beslutet att permanent förbjuda all diskussion om arbetet som utförs på Bletchley Park kan kallas en överdriven försiktighet från den brittiska regeringen. Men för Flowers var det en personlig tragedi. Fråntagen all ära och prestige av att vara uppfinnaren av kolossen led han av missnöje och frustration när hans ständiga försök att ersätta reläer med elektronik i det brittiska telefonsystemet ständigt blockerades. Om han kunde visa sin prestation genom exemplet "Colossus", skulle han ha det inflytande som krävs för att förverkliga sin dröm. Men när hans prestationer blev kända hade Flowers för länge sedan gått i pension och kunde inte påverka någonting.
Flera elektroniska datorentusiaster utspridda runt om i världen led av liknande problem relaterade till hemlighetsmakeriet kring Colossus och bristen på bevis för genomförbarheten av detta tillvägagångssätt. Elektromekanisk datoranvändning kan förbli kungen en tid framöver. Men det fanns ett annat projekt som skulle bana väg för elektronisk datoranvändning att komma i centrum. Även om den också var resultatet av hemlig militär utveckling, gömdes den inte efter kriget, utan tvärtom avslöjades den för världen med största självkänsla, under namnet ENIAC.
Vad du ska läsa:
• Jack Copeland, red. Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers (2006)
• Thomas H. Flowers, "The Design of Colossus", Annals of the History of Computing, juli 1983
• Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
Källa: will.com