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1938 年，英国秘密情报局局长悄悄购买了距离伦敦 24 英里的一处 80 公顷的庄园。 它位于北起伦敦、西起牛津、东至剑桥的铁路交汇处，是一个组织的理想地点，既不会被任何人看到，但大多数人都可以轻松到达。重要的知识中心和英国当局。 该庄园被称为 ，成为二战期间英国的密码破译中心。 这也许是世界上唯一因参与密码学而闻名的地方。
通尼
1941 年夏天，布莱奇利的破解德国陆军和海军使用的著名 Enigma 加密机的工作已经展开。 如果你看过一部关于英国密码破译者的电影，他们会谈论 Enigma，但我们不会在这里谈论它 - 因为在入侵苏联后不久，布莱切利发现了用一种新型加密方式传输消息。
密码分析者很快就弄清楚了用于传输消息的机器的一般性质，他们给它起了个绰号“金枪鱼”。
与 Enigma 不同，Enigma 的信息必须手工破译，Tunney 直接连接到电传打字机。 电传打字机将操作员输入的每个字符转换为标准的点和十字流（类似于莫尔斯电码的点和划）。 每个字母五个字符。 这是未加密的文本。 汤尼一次使用十二个轮子来创建她自己的平行的点和十字流：关键。 然后，她将密钥添加到消息中，生成通过无线传输的密文。 加法以二进制算术进行，其中点对应于零，十字对应于一：
0 + 0 0
0 + 1 1
1 + 1 0
接收方另一位具有相同设置的 Tanny 生成相同的密钥，并将其添加到加密消息中以生成原始密钥，并通过接收方的电传打字机将其打印在纸上。 假设我们有一条消息：“点加点点加”。 用数字表示是 01001。我们添加一个随机密钥：11010。1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1，这样我们就得到了密文10011.通过再次添加密钥，可以恢复原来的消息。 让我们检查一下：1 + 1 = 0、1 + 0 = 1、0 + 0 = 0、1 + 1 = 0、0 + 1 = 1，我们得到 01001。
解析 Tunney 的工作变得更加容易，因为在使用的最初几个月中，发送者在发送消息之前传递了要使用的轮子设置。 后来，德国人发布了带有预设车轮设置的代码书，发送者只需发送一个代码，收件人可以使用该代码在书中找到正确的车轮设置。 他们最终每天都会更改密码本，这意味着布莱切利每天早上都必须破解密码轮。
有趣的是，密码分析者根据发送站和接收站的位置来解决 Tunny 函数。 它将德国最高统帅部的神经中枢与欧洲各个军事战线（从被占领的法国到俄罗斯大草原）的陆军和集团军指挥官联系起来。 这是一项诱人的任务：入侵 Tunney 承诺直接获取敌人最高级别的意图和能力。
然后，通过德国操作员的错误、狡猾和顽强的决心，这位年轻的数学家 不仅仅是关于汤尼工作的简单结论。 在没有看到机器本身的情况下，他完全确定了它的内部结构。 他逻辑地推导出每个轮子可能的位置（每个轮子都有自己的质数），以及轮子的位置到底是如何生成密钥的。 有了这些信息，布莱切利就建造了隧道尼的复制品，只要轮子得到适当的调整，就可以用来破译消息。
称为 Tanny 的洛伦兹密码机的 12 个钥匙轮
希斯·罗宾逊
1942年底，塔特继续进攻塔尼，并为此制定了特殊战略。 它基于 delta 的概念：消息中的一个信号（点或叉，2 或 0）与下一个信号的模 1 和。 他意识到，由于汤尼轮的间歇性运动，密文增量和密钥文本增量之间存在着某种关系：它们必须一起改变。 因此，如果您将密文与在不同轮子设置上生成的密钥文本进行比较，您可以计算每个密钥的增量并计算匹配的数量。 远超过 50% 的匹配率应该标志着真实消息密钥的潜在候选者。 这个想法理论上很好，但在实践中不可能实现，因为它需要对每条消息进行 2400 次传递以检查所有可能的设置。
塔特把这个问题交给了另一位数学家马克斯·纽曼 (Max Newman)，他是布莱切利系的系主任，每个人都称这个系为“纽狂热”。 乍一看，纽曼不太可能选择领导敏感的英国情报组织，因为他的父亲来自德国。 然而，由于他的家人是犹太人，他似乎不太可能为希特勒做间谍。 他非常担心希特勒在欧洲的统治地位，因此在 1940 年法国崩溃后不久，他就举家搬到安全的纽约，他自己一度考虑搬到普林斯顿。
马克斯·纽曼
碰巧纽曼有了一个想法，通过创建一台机器来进行塔塔方法所需的计算。 布莱奇利已经习惯使用机器进行密码分析。 Enigma就是这样被破解的。 但纽曼设计了一种电子设备来处理汤尼密码。 战前，他在剑桥任教（他的学生之一是艾伦·图灵），并了解韦恩·威廉姆斯在卡文迪什建造的用于计数粒子的电子计数器。 这个想法是这样的：如果你同步两部封闭循环的影片，高速滚动，其中一部有密钥，另一部有加密消息，并将每个元素视为计算增量的处理器，那么电子计数器就可以将结果相加。 通过读取每次运行结束时的最终分数，人们可以确定该密钥是否是潜在的密钥。
碰巧的是，正好有一批具有合适经验的工程师。 其中包括韦恩-威廉姆斯本人。 图灵从马尔文雷达实验室招募了韦恩-威廉姆斯来帮助为恩尼格玛密码机制造一个新的转子，使用电子设备来计算圈数。 他在这个项目和另一个 Enigma 项目上得到了多利斯山邮政研究站的三名工程师的协助：威廉·钱德勒 (William Chandler)、西德尼·布罗德赫斯特 (Sidney Broadhurst) 和汤米·弗劳尔斯 (Tommy Flowers)（让我提醒您，英国邮政局是一个高科技组织，不负责仅适用于纸质邮件，但适用于电报和电话）。 两个项目都失败了，这些人被闲置了。 纽曼收集了它们。 他任命弗劳尔斯领导一个团队，该团队创建了一个“组合设备”，可以计算增量并将结果传输到韦恩-威廉姆斯正在开发的计数器。
纽曼让工程师们负责建造机器，让皇家海军妇女部负责操作他的信息处理机器。 政府只信任担任高级领导职务的男性，而女性在布莱奇利的运营官员中表现出色，负责处理消息转录和解码设置。 他们非常有机地从文书工作转移到照顾自动化工作的机器。 他们轻率地将自己的车命名为“”，相当于英国 [两人都是漫画家插画家，描绘了极其复杂、笨重和复杂的设备，但功能非常简单/大约。 译]。
“老罗宾逊”汽车，与其前身“希思罗宾逊”汽车非常相似
确实，希思·罗宾逊虽然在理论上相当可靠，但在实践中却遇到了严重的问题。 最主要的是需要两部电影完美同步 - 密文和密钥文本。 任何薄膜的任何拉伸或滑动都会导致整个通道无法使用。 为了最大限度地降低出错风险，机器每秒处理的字符数不超过 2000 个，尽管传送带可以运行得更快。 弗劳尔斯不情愿地同意希思·罗宾逊项目的工作，他相信有更好的方法：一台几乎完全由电子元件制成的机器。
巨人
托马斯·弗劳尔斯 (Thomas Flowers) 自 1930 年起在英国邮局研究部门担任工程师，最初致力于研究新型自动电话交换机中的不正确和失败的连接。 这促使他思考如何创建改进版本的电话系统，到 1935 年，他开始提倡用电子元件取代继电器等机电系统元件。 这个目标决定了他未来的整个职业生涯。
汤米·弗劳尔斯，1940 年左右
大多数工程师批评电子元件在大规模使用时反复无常且不可靠，但弗劳尔斯表明，当连续使用且功率远低于其设计时，真空管实际上表现出惊人的长寿命。 他通过用电子管替换 1000 线交换机上的所有拨号音端子来证明他的想法； 总共有三四千人。 该装置于 3 年投入实际使用。 同一时期，他尝试用电子继电器取代存储电话号码的继电器寄存器。
弗劳尔斯认为，他受雇建造的希思罗宾逊存在严重缺陷，他可以通过使用更多的管子和更少的机械零件来更好地解决问题。 1943 年 1500 月，他向纽曼带来了机器的替代设计。 花巧妙地摆脱了钥匙带，消除了同步问题。 他的机器必须即时生成关键文本。 她会以电子方式模拟 Tunney，检查所有轮盘设置并将每一项与密文进行比较，记录可能的匹配项。 他估计这种方法需要使用大约 XNUMX 个真空管。
纽曼和布莱奇利的其他管理层对这一提议表示怀疑。 和弗劳尔斯的大多数同时代人一样，他们怀疑电子产品能否在如此大规模的情况下工作。 而且，即使它可以工作，他们也怀疑这样的机器能否及时制造出来并在战争中发挥作用。
弗劳尔斯在多利斯山的老板确实允许他组建一个团队来创造这个电子怪物——弗劳尔斯可能并不完全真诚地向他描述他的想法在布莱切利有多么受欢迎（据安德鲁·霍奇斯称，弗劳尔斯告诉他）他的老板戈登·拉德利（Gordon Radley）认为该项目对布莱奇利来说至关重要，而拉德利已经从丘吉尔那里听说布莱奇利的工作是绝对优先的）。 除了弗劳尔斯之外，西德尼·布罗德赫斯特（Sidney Broadhurst）和威廉·钱德勒（William Chandler）在该系统的开发中也发挥了重要作用，整个项目雇用了近 50 名员工，占 Dollis Hill 资源的一半。 该团队的灵感来自于电话领域使用的先例：仪表、分支逻辑、路由和信号转换设备以及定期测量设备状态的设备。 布罗德赫斯特是此类机电电路的大师，弗劳尔斯和钱德勒是电子专家，他们了解如何将概念从继电器世界转移到阀门世界。 到 1944 年初，该团队向 Bletchley 展示了一个工作模型。 这台巨型机器被称为“Colossus”，并很快证明它可以每秒可靠地处理 5000 个字符，从而超越 Heath Robinson。
纽曼和布莱切利的其他管理层很快意识到，他们拒绝弗劳尔斯是一个错误。 1944 年 12 月，他们又订购了 1 架 Colossi，预计在 31 月 XNUMX 日之前投入使用——计划入侵法国的日期，尽管弗劳尔斯当然不知道这一点。 Flowers 直言这是不可能的，但经过英勇的努力，他的团队在 XNUMX 月 XNUMX 日之前交付了第二辆车，新团队成员 Alan Coombs 对此进行了许多改进。
修改后的设计被称为 Mark II，延续了第一台机器的成功。 除了供片系统外，它还包括2400个灯、12个旋转开关、800个继电器和一台电动打字机。
巨像马克二世
它是可定制的且足够灵活，可以处理各种任务。 安装完成后，每个女子团队都配置了自己的“巨像”来解决某些问题。 需要一个类似于电话接线员面板的接线板来设置模拟 Tunney 轮的电子环。 一组开关允许操作员配置任意数量的功能设备来处理两个数据流：外部薄膜和环生成的内部信号。 通过组合一组不同的逻辑元素，Colossus 可以根据数据计算任意布尔函数，即产生 0 或 1 的函数。每个单元都会增加 Colossus 计数器。 单独的控制装置根据计数器的状态做出分支决定 - 例如，如果计数器值超过 1000，则停止并打印输出。
用于配置“Colossus”的开关面板
让我们假设 Colossus 是现代意义上的通用可编程计算机。 它可以在逻辑上组合两个数据流（一个在磁带上，一个由环形计数器生成）并计算遇到的 XNUMX 的数量，仅此而已。 Colossus 的大部分“编程”都是在纸上进行的，操作员执行分析师准备的决策树：比如，“如果系统输出小于 X，则设置配置 B 并执行 Y，否则执行 Z。”
Colossus 的高级框图
尽管如此，“巨像”还是完全有能力完成交给它的任务。 与 Atanasoff-Berry 计算机不同，Colossus 速度极快 - 它每秒可以处理 25000 个字符，每个字符可能需要多次布尔运算。 通过同时读取和处理胶片的五个不同部分，Mark II 的速度比 Mark I 提高了五倍。 它拒绝使用光电管（取自防空设备）将整个系统与缓慢的机电输入输出设备连接起来 ）用于读取传入的磁带和用于缓冲打字机输出的寄存器。 1990 世纪 1995 年代修复 Colossus 的团队领导者表明，他在工作中仍然可以轻松胜过 XNUMX 年基于奔腾的计算机。
这台功能强大的文字处理机成为破解 Tunney 密码项目的中心。 战争结束前又制造了十架 Mark II，其面板由伯明翰邮政工厂的工人以每月一枚的速度生产，他们不知道自己在制造什么，然后在布莱切利组装。 供应部的一位愤怒的官员在收到另一份提供一千个特殊阀门的请求后询问邮政工作人员是否“向德国人开枪”。 通过这种工业方式，而不是通过手工组装单个项目，直到 1950 世纪 XNUMX 年代才会生产出下一台计算机。 在弗劳尔斯保护阀门的指示下，每艘巨像日夜不停地运转，直到战争结束。 他们静静地站着，在黑暗中发光，温暖了英国潮湿的冬天，并耐心等待指示，直到不再需要他们的那一天到来。
沉默的面纱
对布莱奇利上演的有趣戏剧的自然热情导致了对该组织军事成就的严重夸大。 正如电影中所做的那样，暗示是非常荒谬的。“[模仿游戏]如果没有艾伦·图灵，英国文明将不复存在。 显然，“巨像”对欧洲战争的进程没有产生任何影响。 他最广为人知的成就是证明 1944 年诺曼底登陆欺骗行动是有效的。 通过坦尼收到的消息表明，盟军已成功说服希特勒和他的指挥部，真正的打击将来自更东部的加莱海峡。 令人鼓舞的信息，但降低盟军指挥部血液中的皮质醇水平不太可能有助于赢得战争。
另一方面，Colossus 所带来的技术进步是不可否认的。 但世界不会很快知道这一点。 丘吉尔下令拆除游戏结束时存在的所有“巨像”，并将其设计秘密连同它们一起送到垃圾填埋场。 不知怎的，有两辆车在这次死刑判决中幸存下来，并一直留在英国情报部门直到 1960 世纪 1970 年代。 但即便如此，英国政府也没有揭开对布莱切利工作的沉默面纱。 直到 XNUMX 世纪 XNUMX 年代，它的存在才为公众所知。
永久禁止对布莱切利公园正在进行的工作进行任何讨论的决定可以说是英国政府的过度谨慎。 但对于弗劳尔斯来说，这是一场个人悲剧。 作为巨像发明者的所有荣誉和威望被剥夺，他感到不满和沮丧，因为他不断尝试用英国电话系统中的电子设备取代继电器，但始终遭到阻止。 如果他能够通过“巨像”的榜样来展示他的成就，他将拥有实现他的梦想所必需的影响力。 但当他的成就为人所知时，弗劳尔斯早已退休，无法影响任何事情。
分布在世界各地的几位电子计算爱好者也遇到了类似的问题，这些问题与 Colossus 的保密性以及缺乏证明这种方法可行性的证据有关。 机电计算可能在未来一段时间内仍然占据主导地位。 但还有另一个项目将为电子计算占据中心舞台铺平道路。 虽然也是秘密军事发展的结果，但战后并没有被隐藏，相反，以最沉着的态度，以ENIAC的名义向世人揭露。
阅读内容：
• 杰克·科普兰（Jack Copeland）编辑。 巨像：布莱切利公园密码破译计算机的秘密 (2006)
• Thomas H. Flowers，“Colossus 的设计”，计算史年鉴，1983 年 XNUMX 月
• 安德鲁·霍奇斯，《艾伦·图灵：谜》(1983)
来源： habr.com