Andra artiklar i serien:
- Relayets historia
- Elektroniska datorers historia
- Transistorernas historia
- Internets historia
à r 1938 köpte chefen för den brittiska hemliga underrÀttelsetjÀnsten utan mycket uppmÀrksamhet en egendom pÄ 24 hektar, belÀgen 80 miles frÄn London. Den lÄg pÄ korsningen av jÀrnvÀgar som gick frÄn London norrut och frÄn Oxford vÀsterut till Cambridge österut, och var en perfekt plats för en organisation som ingen skulle se, men som samtidigt lÄg nÀra större delen av viktiga centra för kunskap och makt i Storbritannien. Egendomen, kÀnd som , blev det brittiska centret för avlyssning av koder under andra vÀrldskriget. Detta Àr möjligtvis den enda platsen i vÀrlden som Àr kÀnd för sin involvering i kryptografi.
Tanny
Under sommaren 1941 var arbetet med att bryta den berömda chiffermaskinen Enigma, som anvĂ€ndes av den tyska armĂ©n och flottan, redan i full gĂ„ng i Bletchley. Om du har sett filmen om de brittiska kodknĂ€ckarna, sĂ„ har de pratat om Enigma, men vi kommer inte att gĂ„ in pĂ„ den hĂ€r â eftersom man kort efter invasionen av Sovjetunionen upptĂ€ckte sĂ€ndningar med en ny typ av kryptering i Bletchley.
Kryptoanalytiker löste ganska snart den allmÀnna naturen hos den maskin som anvÀndes för att överföra meddelanden, vilken de kallade "Tanny".
Till skillnad frÄn Enigma, vars meddelanden behövde avkodas manuellt, var Tanny direkt ansluten till telegrafen. Telegrafen omvandlade varje symbol som skrivaren angav till en ström av prickar och kors (liknande prickar och streck i Morsealfabetet) i den standardiserade med fem symboler per bokstav. Detta var okrypterad text. Tanny anvÀnde samtidigt tolv hjul för att skapa sin egen parallella ström av prickar och kors: nyckeln. Denna nyckel lades sedan till meddelandet, vilket resulterade i den krypterade text som sÀndes trÄdlöst. Addition utfördes i binÀr aritmetik, dÀr prickar motsvarade nollor och kors motsvarade ettor:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 1 = 0
Den andra Tanni pÄ mottagarens sida gav samma nyckel med samma instÀllningar och la till den i det krypterade meddelandet för att Äterge det ursprungliga, som skrevs ut pÄ mottagarens teletype. Anta att vi har meddelandet: "punkt plus punkt punkt plus". I siffror blir det 01001. LÄt oss lÀgga till en slumpmÀssig nyckel: 11010. 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, sÄ vi fÄr den krypterade texten 10011. Genom att Äterigen lÀgga till nyckeln kan det ursprungliga meddelandet ÄterstÀllas. LÄt oss kontrollera: 1 + 1 = 0, 1 + 0 = 1, 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 0, 0 + 1 = 1, vilket ger oss 01001.
Analysen av Tannis funktion underlÀttades av det faktum att under de tidiga mÄnaderna av dess anvÀndning skickade avsÀndarna instÀllningarna för hjulen som skulle anvÀndas innan de skickade meddelandet. Senare slÀppte tyskarna kodböcker med förinstÀllda hjulinstÀllningar, och avsÀndaren behövde bara skicka koden som mottagaren kunde anvÀnda för att hitta den nödvÀndiga hjulinstÀllningen i boken. Resultatet blev att de började byta kodböcker varje dag, vilket tvingade Bletchley att knÀcka hjulinstÀllningarna varje morgon.
Intressant nog lyckades kryptanalytikerna dechiffrera Tannis funktion baserat pÄ placeringen av sÀndande och mottagande stationer. Den kopplade nervecentra för den högsta tyska kommandon med armén och kommandoförband pÄ olika europeiska krigsfronter, frÄn det ockuperade Frankrike till de ryska stÀpperna. Det var en frestande uppgift: att knÀcka Tanni lovade direkt tillgÄng till fiendens avsikter och kapabiliteter pÄ hög nivÄn.
Sedan, tack vare en kombination av misstag frĂ„n tyska operatörer, list och obeveklig beslutsamhet, lyckades den unge matematikern komma mycket lĂ€ngre Ă€n bara enkla slutsatser om hur Tanni fungerade. Utan att ha sett maskinen kunde han helt klart definiera dess interna struktur. Han hĂ€rledde logiskt de möjliga positionerna för varje hjul (var och en med sitt eget primtal) och hur hjulens arrangemang genererade nyckeln. BevĂ€pnad med denna information byggdes kopior av Tanni i Bletchley som kunde anvĂ€ndas för att dekryptera meddelanden â sĂ„ snart hjulen var korrekt instĂ€llda.
12 hjul av nyckelmaskinen som anvÀnde Lorenz-koden, kÀnd som Tanni
Hitt Robinson
I slutet av 1942 fortsatte Tat att attackera Tanni, och utvecklade en sÀrskild strategi för detta. Den var baserad pÄ delta-konceptet: summan modulo 2 av en signal i meddelandet (punkter eller kors, 0 eller 1) med nÀsta. Han insÄg att pÄ grund av det diskontinuerliga hjulens rörelse fanns det ett samband mellan delta av den krypterade texten och delta av nyckeltexten: de mÄste förÀndras tillsammans. SÄ om man jÀmför den krypterade texten med nyckeltexten som skapades med olika hjulinstÀllningar kan man berÀkna delta för varje och rÀkna antalet överensstÀmmelser. Ett antal överensstÀmmelser som kraftigt överstiger 50% skulle indikera en potentiell kandidat för den verkliga meddelandenyckeln. Idén var bra i teorin, men den var omöjlig att genomföra i praktiken, eftersom det krÀvde 2400 genomgÄngar för varje meddelande för att kontrollera alla möjliga instÀllningar.
Tat tog denna uppgift till en annan matematiker, Max Newman, som ledde en avdelning i Bletchley, som alla kallade "newmanismen". Newman verkade vid första anblicken vara en osannolik kandidat för att leda en kÀnslig brittisk underrÀttelsetjÀnst, eftersom hans far kom frÄn Tyskland. Det verkade dock osannolikt att han skulle spionera för Hitlers rÀkning, eftersom hans familj var judisk. Han var sÄ oroade över Hitlers dominans i Europa att han flyttade sin familj till en sÀker plats i New York, strax efter Frankrikes kollaps 1940, och under en tid funderade han sjÀlv pÄ att flytta till Princeton.
Max Newman
Det sĂ„ ut som om Newman hade en idĂ© om att arbeta med de berĂ€kningar som krĂ€vdes av Turing-metoden â genom att skapa en maskin. I Bletchley var man redan van vid att anvĂ€nda maskiner för kryptanalys. Det var pĂ„ detta sĂ€tt som Enigma blev knĂ€ckt. Men Newman tĂ€nkte pĂ„ en specifik elektronisk enhet för att arbeta med Tannys chiffersystem. Före kriget undervisade han i Cambridge (en av hans studenter var Alan Turing) och kĂ€nde till de elektroniska rĂ€knarna som byggdes av Wynn-Williams för att rĂ€kna partiklar i Cavendish. IdĂ©n var följande: om man kunde synkronisera tvĂ„ slutna filmslingor som snurrade med hög hastighet, dĂ€r den ena hade nyckeln och den andra det krypterade meddelandet, och rĂ€kna varje element med en enhet som rĂ€knade deltar, sĂ„ kunde en elektronisk rĂ€knare summera resultaten. Genom att lĂ€sa slutresultatet i slutet av varje lopp kunde man avgöra om denna nyckel var potentiell eller inte.
Det rÄkade sig sÄ att det fanns en grupp ingenjörer med rÀtt erfarenhet. Bland dem var sjÀlv Wynn-Williams. Turing rekryterade Wynn-Williams frÄn radar-laboratoriet i Malvern för att hjÀlpa till att skapa en ny rotor för maskinen som skulle dekryptera Enigma, vilket skulle anvÀnda elektronik för att rÀkna rotationer. Han fick hjÀlp med detta och andra projekt relaterade till Enigma av tre ingenjörer frÄn Postens forskningsstation i Dollis Hill: William Chandler, Sidney Broadhurst och Tommy Flowers (jag vill pÄminna om att den brittiska posten var en högteknologisk organisation och ansvarade inte bara för papperspost utan Àven för telegrafering och telefoni). BÄda projekten misslyckades och mÀnnen blev utan arbete. Newman samlade dem. Han utsÄg Flowers till ledare för teamet som skulle skapa en "kombinerande enhet" som skulle rÀkna deltar och skicka resultatet till den rÀknare som Wynn-Williams arbetade pÄ.
Newman anstĂ€llde ingenjörer för att bygga maskiner, och den kvinnliga avdelningen inom den kungliga marinen skötte hans maskiner för meddelandehantering. Regeringen gav höga ledarpositioner endast till mĂ€n, medan kvinnor fungerade vĂ€l som operatörer i Bletchley â de hanterade bĂ„de transkribering av meddelanden och dekodningsinstĂ€llningar. De lyckades mycket smidigt övergĂ„ frĂ„n kontorsarbete till att ta hand om maskiner som automatiserade deras arbete. Sin skyddade maskin döpte de lĂ€ttsinnigt till "", den brittiska motsvarigheten till [bĂ„da var illustratörer och karikatyrtecknare som skildrade extremt komplexa, otympliga och invecklade apparater som utförde mycket enkla funktioner / övers. anm.].
Maskinen "Gamle Robinson", som sÄg mycket lik sin föregÄngare, maskinen "Hit Robinson"
Och faktiskt, "Hit Robinson", som i teorin var tillrĂ€ckligt pĂ„litlig, led i praktiken av allvarliga problem. Den största var behovet av perfekt synkronisering av tvĂ„ filmer â den krypterade texten och nyckeltexten. Varje strĂ€ckning eller glidning av nĂ„gon av filmerna gjorde hela genomgĂ„ngen vĂ€rdelös. För att minimera risken för fel bearbetade maskinen inte mer Ă€n 2000 tecken per sekund, trots att remmarna kunde arbeta snabbare. Flowers, som motvilligt gick med pĂ„ arbetet med projektet "Hit Robinson", ansĂ„g att det fanns ett bĂ€ttre sĂ€tt: en maskin nĂ€stan helt byggd av elektroniska komponenter.
Kolos
Thomas Flowers arbetade som ingenjör pÄ den brittiska postens forskningsavdelning frÄn 1930, dÀr han frÄn början arbetade med att undersöka felaktiga och misslyckade kopplingar i nya automatiska telefonstationer. Detta ledde honom till att fundera pÄ hur man skulle skapa en förbÀttrad version av telefonssystemet, och 1935 började han föresprÄka ersÀttningen av elektromekaniska komponenter i systemet, som relÀer, med elektroniska. Detta mÄl kom att definiera hela hans fortsatta karriÀr.
Tommy Flowers, omkring 1940
Den största delen av ingenjörerna kritiserade de elektroniska komponenterna för deras kÀnslighet och opÄlitlighet vid anvÀndning i stor skala, men Flowers visade att om de anvÀnds kontinuerligt och pÄ kapaciteter som Àr mycket lÀgre Àn de berÀknade, sÄ visar elektronlampor faktiskt en förvÄnansvÀrt lÄng livslÀngd. Han bevisade sina idéer genom att byta ut alla terminaler som installerade den tonala kommunikationssignalen pÄ en vÀxel som betjÀnade 1000 linjer, med lampor; sammanlagt var det 3-4 tusen av dem. Denna installation togs i drift 1939. Under samma period experimenterade han med att ersÀtta relÀregister som lagrade telefonnummer med elektroniska relÀer.
Flowers ansÄg att "Hit Robinson", för vilket han anlitades för att skapa, hade allvarliga brister och att han kunde lösa uppgiften mycket bÀttre genom att anvÀnda fler lampor och fÀrre mekaniska delar. I februari 1943 presenterade han ett alternativt schema för Newman. Flowers klurade ut hur man skulle bli av med nyckelfilmen, vilket eliminerade synkroniseringsproblemet. Hans maskin skulle generera nyckeltexten i realtid. Den skulle elektroniskt simulera Turing, gÄ igenom alla hjulinstÀllningar och jÀmföra var och en med den krypterade texten, och registrera sannolika överensstÀmmelser. Han berÀknade att denna metod skulle krÀva anvÀndning av cirka 1500 elektroniska lampor.
Newman och resten av ledningen i Bletchley var skeptiska till detta förslag. Precis som de flesta av Flowers samtida tvivlade de pÄ om det var möjligt att fÄ elektroniken att fungera i sÄdan skala. Dessutom ifrÄgasatte de Àven om en sÄdan maskin skulle kunna byggas i tid för att den skulle vara anvÀndbar under kriget.
Chefen för Flowers i Dollis Hill gav honom Ă€ndĂ„ grönt ljus att samla ett team för att skapa detta elektroniska monster â Flowers beskrev kanske inte helt Ă€rligt för sin chef, Gordon Radley, hur mycket hans idĂ© uppskattades i Bletchley (om man fĂ„r tro Andrew Hodges, sa Flowers till Radley att projektet var en kritisk arbetsuppgift för Bletchley, och Radley hade redan hört frĂ„n Churchill att Bletchleys arbete var helt prioriterat). Förutom Flowers spelade Sydney Broadhurst och William Chandler en stor roll i utvecklingen av systemet, och hela projektet sysselsatte nĂ€stan 50 personer, hĂ€lften av resurserna i Dollis Hill. Teamet inspirerades av exempel som anvĂ€ndes inom telefonin: rĂ€kna, förgrenad logik, routingutrustning och signalomvandling, samt utrustning för periodiska statusmĂ€tningar. Broadhurst var en mĂ€stare pĂ„ sĂ„dana elektromekaniska system, medan Flowers och Chandler var experter pĂ„ elektronik och förstod hur man kunde överföra koncept frĂ„n relĂ€vĂ€rlden till ventilvĂ€rlden. I början av 1944 presenterade teamet en fungerande modell i Bletchley. Den gigantiska maskinen fick namnet "Colossus" och bevisade hurtigt att den kunde övertrĂ€ffa "Robinson's Hit", pĂ„ ett tillförlitligt sĂ€tt bearbeta 5000 tecken per sekund.
Newman och den övriga ledningen i Bletchley insĂ„g snabbt att de hade fel i att neka Flowers. I februari 1944 bestĂ€llde de ytterligare 12 "Colossus"-maskiner som skulle vara klara till den 1 juni â detta datum planerades för invasionen av Frankrike, Ă€ven om Flowers sĂ„klart inte kĂ€nde till detta. Flowers sa rakt ut att det var omöjligt, men med heroiska insatser lyckades hans team fĂ„ den andra maskinen fĂ€rdig till den 31 maj, dĂ€r den nya teammedlemmen Alan Coombs bidrog med mĂ„nga förbĂ€ttringar.
Den omarbetade modellen, kÀnd som Mark II, fortsatte framgÄngen frÄn den första maskinen. Förutom filmmatningssystemet bestod den av 2400 lampor, 12 roterande brytare, 800 relÀer och en elektrisk skrivmaskin.
Colossus Mark II
Den var anpassningsbar och tillrÀckligt flexibel för att utföra olika uppgifter. Efter installationen konfigurerade varje kvinnligt team sin "Colossus" för att lösa specifika problem. En kopplingspanel, liknande den som anvÀnds av telefonoperatörer, behövdes för att stÀlla in elektroniska ringar som simulerade Tannys hjul. En uppsÀttning omkopplare möjliggjorde för operatörer att konfigurera valfritt antal funktionsapparater som hanterade tvÄ datastreamar: extern film och det interna signalen som genererades av ringarna. Genom att kombinera en uppsÀttning av olika logiska element kunde "Colossus" utföra berÀkningar av godtyckliga booleska funktioner baserat pÄ datan, det vill sÀga sÄdana funktioner som gav antingen 0 eller 1. Varje enhet ökade "Colossus" rÀknare. En separat styrapparat tog beslut baserat pÄ rÀknarens tillstÄnd - till exempel att stanna och skriva ut resultatet om rÀknarens vÀrde översteg 1000.
Omkopplingspanelen för att konfigurera "Colossus"
Anta att "Colossus" skulle vara en programmerbar allmÀn dator i modern mening. Den kunde logiskt kombinera tvÄ datastreamar - en pÄ film och en som genererades av ringrÀknare - och rÀkna antalet trÀffade ettor, och inget mer. Större delen av "programmeringen" av "Colossus" utfördes pÄ papper, och operatörerna följde ett beslutstrÀd som förberetts av analytiker: anta att "om systemets utdata Àr mindre Àn X, konfigurera konfiguration B och utför Y, annars utför Z."
Hög nivÄ flödesschema för "Colossus"
Trots detta var "Colossus" helt kapabel att lösa den uppgift som stÀlldes framför den. Till skillnad frÄn Atanasoff-Berry datorn var "Colossus" oerhört snabb - den kunde bearbeta 25 000 tecken per sekund, var och en av vilket kunde krÀva utförande av flera booleska operationer. Mark II femfaldigade hastigheten jÀmfört med Mark I, genom att samtidigt lÀsa och bearbeta fem olika omrÄden av filmen. Den kopplade inte hela systemet till lÄngsamma elektromekaniska in- och utmatningsenheter, utan anvÀnde fotoceller (tagna frÄn motluft) för att lÀsa ingÄende band och ett register för buffring av utdata till skrivmaskinen. Ledaren för teamet som ÄterstÀllde "Colossus" pÄ 1990-talet visade att han fortfarande lÀtt kunde övertrÀffa prestandan hos en dator baserad pÄ en Pentium-processor frÄn 1995.
Denna kraftfulla textbehandlare blev centrum för projektet för att knÀcka Tanis kod. Fram till slutet av kriget byggdes ytterligare tio Mark II, vars paneler stansades ut en i mÄnaden av arbetare pÄ postfabriken i Birmingham, som inte hade nÄgon aning om vad de producerade, och som sedan monterades i Bletchley. En irriterad tjÀnsteman frÄn Försörjningsministeriet frÄgade vid en annan begÀran om tusen speciella ventiler om inte "postarbetarna sköt med dem mot tyskarna". PÄ detta industriella sÀtt, snarare Àn genom manuell sammankoppling av en individuell design, skulle nÀsta dator inte produceras förrÀn tidigt pÄ 1950-talet. Enligt Flowers instruktioner för att skydda ventilerna arbetade varje "Colossus" dag och natt Ànda fram till krigets slut. De stod dÀr, tyst glimmande i mörkret, vÀrmande den fuktiga brittiska vintern och tÄlmodigt vÀntande pÄ instruktioner, tills den dagen kom nÀr de inte lÀngre behövdes.
Tystnadens slöja
Den naturliga entusiasmen kring den fascinerande dramatiska hÀndelseutvecklingen i Bletchley ledde till överdrivna pÄstÄenden om organisationens militÀra prestationer. Det Àr förfÀrligt absurt att antyda, som filmen "" [The Imitation Game], att den brittiska civilisationen skulle ha upphört att existera om inte Alan Turing hade funnits. "Colossus" tycks inte ha haft nÄgot inflytande över krigets gÄng i Europa. Dess mest överdrivna prestation var att bevisa att det vilseledande planet angÄende landstigningen i Normandie 1944 hade fungerat. De meddelanden som erhölls genom Tanis antydde att de allierade framgÄngsrikt hade övertalat Hitler och hans stab om att det verkliga slaget skulle ske lÀngre österut, vid Pas-de-Calais. Upplysande information, men det Àr tveksamt om minskningen av kortisolnivÄerna i det allierade stabschefernas blod hjÀlpte till att vinna kriget.
à andra sidan var de teknologiska framsteg som "Koloss" presenterade obestridliga. Men vÀrlden kommer inte att fÄ veta detta förrÀn senare. Churchill beordrade att alla existerande "Kolossar" vid spelets slut skulle demonteras och deras hemligheter skickas till soptippen. TvÄ maskiner överlevde pÄ nÄgot sÀtt denna dödsdom och förblev i tjÀnst hos brittisk underrÀttelsetjÀnst fram till 1960-talet. Men dÄ lyfte inte den brittiska regeringen pÄ tÀcket av tystnad angÄende arbetet i Bletchley. Först pÄ 1970-talet blev dess existens allmÀnt kÀnd.
Beslutet att för alltid förbjuda diskussioner om arbetet som utfördes i Bletchley Park kunde kallas en överdriven försiktighet frÄn den brittiska regeringens sida. Men för Flowers var detta en personlig tragedi. Berövad all Àra och prestige som uppfinnare av "Koloss", led han av otillfredsstÀllelse och besvikelse nÀr hans stÀndiga försök att ersÀtta relÀer med elektronik i det brittiska telefonsystemet stÀndigt blockerades. Om han hade kunnat demonstrera sin prestation med hjÀlp av "Koloss", skulle han ha haft det inflytande som krÀvdes för att förverkliga sin dröm. Men vid den tidpunkt dÄ hans prestationer blev kÀnda, hade Flowers lÀnge gÄtt i pension och kunde inte pÄverka nÄgot.
Flera spridda entusiaster av elektroniska berĂ€kningar lidit av liknande problem relaterade till sekretessen kring "Koloss" och bristen pĂ„ bevis för livskraften i denna metod. Elektromechaniska berĂ€kningar kunde förbli i spetsen ett tag till. Men det fanns ytterligare ett projekt som banade vĂ€g för elektroniska berĂ€kningars dominans. Ăven om detta ocksĂ„ var resultatet av hemliga militĂ€ra utvecklingar, hölls det inte hemligt efter kriget, utan öppnades för vĂ€rlden med stor fanfar under namnet ENIAC.
Vad du bör lÀsa:
âą Jack Copeland, red. Colossus: The Secrets of Bletchley Parkâs Codebreaking Computers (2006)
âą Thomas H. Flowers, âThe Design of Colossus,â Annals of the History of Computing, juli 1983
âą Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (1983)
KĂ€lla: habr.com
