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1938 年，英國秘密情報局局長悄悄購買了距離倫敦 24 英里的一處 80 公頃的莊園。 它位於北起倫敦、西起牛津、東至劍橋的鐵路交匯處，是一個組織的理想地點，既不會被任何人看到，但大多數人都可以輕鬆到達。重要的知識中心和英國當局。 該財產稱為 ，成為二戰期間英國的密碼破解中心。 這也許是世界上唯一因參與密碼學而聞名的地方。
通尼
1941 年夏天，布萊奇利的破解德國陸軍和海軍使用的著名 Enigma 加密機的工作已經展開。 如果你看過一部關於英國密碼破譯者的電影，他們會談論 Enigma，但我們不會在這裡談論它 - 因為在入侵蘇聯後不久，布萊切利發現了用一種新型加密方式傳輸訊息。
密碼分析者很快就弄清楚了用於傳輸訊息的機器的一般性質，他們給它起了個綽號「金槍魚」。
與 Enigma 不同，Enigma 的訊息必須手工破譯，Tunney 直接連接到電傳打字機。 電傳打字機將操作員輸入的每個字元轉換為標準的點和十字流（類似於莫爾斯電碼的點和劃）。 每個字母五個字元。 這是未加密的文字。 湯尼一次使用十二個輪子來創建她自己的平行的點和十字流：關鍵。 然後，她將密鑰添加到訊息中，產生透過無線傳輸的密文。 加法以二進制算術進行，其中點對應於零，十字對應於一：
0 + = 0的0
0 + = 1的1
1 + = 1的0
接收方另一位具有相同設定的 Tanny 產生了相同的金鑰，並將其添加到加密訊息中以產生原始金鑰，並透過接收方的電傳打字機將其列印在紙上。 假設我們有一條訊息：「點加點點加」。 用數字表示是01001。我們加一個隨機密鑰：11010。1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0, 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1，這樣我們就得到了密文10011.透過再次加入金鑰，可以恢復原來的訊息。 讓我們檢查一下：1 + 1 = 0、1 + 0 = 1、0 + 0 = 0、1 + 1 = 0、0 + 1 = 1，我們得到 01001。
解析 Tunney 的工作變得更加容易，因為在使用的最初幾個月中，發送者在發送訊息之前傳遞了要使用的輪子設定。 後來，德國人發布了帶有預設車輪設定的代碼書，發送者只需發送一個代碼，收件人可以使用該代碼在書中找到正確的車輪設定。 他們最終每天都會更改密碼本，這意味著布萊切利每天早上都必須破解密碼輪。
有趣的是，密碼分析者會根據發送站和接收站的位置來解決 Tunny 函數。 它將德國最高統帥部的神經中樞與歐洲各個軍事戰線（從被佔領的法國到俄羅斯大草原）的陸軍和集團軍指揮官聯繫起來。 這是一項誘人的任務：入侵 Tunney 承諾直接獲取敵人最高等級的意圖和能力。
然後，透過德國操作員的錯誤、狡猾和頑強的決心，這位年輕的數學家 不僅僅是關於湯尼工作的簡單結論。 在沒有看到機器本身的情況下，他完全確定了它的內部結構。 他邏輯地推導出每個輪子可能的位置（每個輪子都有自己的質數），以及輪子的位置到底是如何產生金鑰的。 有了這些訊息，布萊切利就建造了隧道尼的複製品，只要輪子得到適當的調整，就可以用來破解訊息。
稱為 Tanny 的洛倫茲密碼機的 12 個鑰匙輪
希斯·羅賓遜
1942年底，塔特繼續進攻塔尼，並為此制定了特殊戰略。 它基於 delta 的概念：訊息中的一個訊號（點或叉，2 或 0）與下一個訊號的模 1 和。 他意識到，由於湯尼輪的間歇性運動，密文增量和密鑰文字增量之間存在著某種關係：它們必須一起改變。 因此，如果您將密文與在不同輪子設定上產生的密鑰文字進行比較，您可以計算每個密鑰的增量併計算匹配的數量。 遠超過 50% 的匹配率應該標誌著真實訊息密鑰的潛在候選人。 這個想法理論上很好，但在實踐中不可能實現，因為它需要對每個訊息進行 2400 次傳遞以檢查所有可能的設定。
塔特把這個問題交給了另一位數學家馬克斯紐曼 (Max Newman)，他是布萊切利系的系主任，每個人都稱這個係為「紐狂熱」。 乍一看，紐曼不太可能選擇領導敏感的英國情報組織，因為他的父親來自德國。 然而，由於他的家人是猶太人，他似乎不太可能為希特勒做間諜。 他非常擔心希特勒對歐洲的統治進展，因此在 1940 年法國崩潰後不久，他就舉家搬到安全的紐約，他自己也一度考慮搬到普林斯頓。
馬克斯紐曼
碰巧紐曼有了一個想法，透過創建一台機器來進行塔塔方法所需的計算。 布萊奇利已經習慣使用機器進行密碼分析。 Enigma就是這樣被破解的。 但紐曼設計了一種電子設備來處理湯尼密碼。 戰前，他在劍橋任教（他的學生之一是艾倫·圖靈），並了解韋恩·威廉姆斯在卡文迪什建造的用於計數粒子的電子計數器。 這個想法是這樣的：如果你同步兩部封閉循環的影片，高速滾動，其中一部有密鑰，另一部有加密訊息，並將每個元素視為計算增量的處理器，那麼電子計數器就可以將結果相加。 透過讀取每次運行結束時的最終分數，人們可以確定該密鑰是否是潛在的密鑰。
碰巧的是，正好有一批具有合適經驗的工程師。 其中包括韋恩-威廉斯本人。 圖靈從馬爾文雷達實驗室招募了韋恩-威廉斯來幫助為恩尼格瑪密碼機製造一個新的轉子，使用電子設備來計算圈數。 他在這個項目和另一個Enigma 項目上得到了多利斯山郵政研究站的三名工程師的協助：威廉·錢德勒(William Chandler)、西德尼·布羅德赫斯特(Sidney Broadhurst) 和湯米·弗勞爾斯(Tommy Flowers)（讓我提醒您，英國郵政局是一個高科技組織，不負責僅適用於紙質郵件，但適用於電報和電話）。 兩個專案都失敗了，這些人被閒置了。 紐曼收集了它們。 他任命弗勞爾斯領導一個團隊，該團隊創建了一個“組合設備”，可以計算增量並將結果傳輸到韋恩-威廉姆斯正在開發的計數器。
紐曼讓工程師負責建造機器，讓皇家海軍婦女部負責操作他的資訊處理機器。 政府只信任擔任高階領導職務的男性，而女性在布萊奇利的營運官員中表現出色，負責處理訊息轉錄和解碼設定。 他們非常有機地從文書工作轉移到照顧自動化工作的機器。 他們輕率地將自己的車命名為“”，相當於英國 [兩位都是漫畫家插畫家，描繪了極其複雜、笨重和複雜的設備，但功能非常簡單/大約。 譯]。
「老羅賓遜」汽車，與其前身「希思羅賓遜」汽車非常相似
確實，希思·羅賓遜雖然在理論上相當可靠，但在實踐上卻遇到了嚴重的問題。 最主要的是需要兩部電影完美同步 - 密文和金鑰文字。 任何薄膜的任何拉伸或滑動都會導致整個通道無法使用。 為了最大限度地降低出錯風險，機器每秒處理的字元數不超過 2000 個，儘管傳送帶可以運行得更快。 弗勞爾斯不情願地同意希思·羅賓遜計畫的工作，他相信有更好的方法：一台幾乎完全由電子元件建造的機器。
巨人
托馬斯·弗勞爾斯 (Thomas Flowers) 自 1930 年起在英國郵局研究部門擔任工程師，最初致力於研究新型自動電話交換機中的不正確和失敗的連接。 這促使他思考如何創造改良版本的電話系統，到 1935 年，他開始提倡用電子元件取代繼電器等機電系統元件。 這個目標決定了他未來的整個職業生涯。
湯米·弗勞爾斯，1940 年左右
大多數工程師批評電子元件在大規模使用時反覆無常且不可靠，但弗勞爾斯表明，當連續使用且功率遠低於其設計時，真空管實際上表現出驚人的長壽命。 他用電子管替換 1000 線交換器上的所有撥號音端子來證明他的想法； 總共有三、四千人。 該裝置於 3 年投入實際使用。 同一時期，他嘗試用電子繼電器取代儲存電話號碼的繼電器暫存器。
弗勞爾斯認為，他受僱建造的希思羅賓遜存在嚴重缺陷，他可以透過使用更多的管子和更少的機械零件來更好地解決問題。 1943 年 1500 月，他為紐曼帶來了機器的替代設計。 花巧妙地擺脫了鑰匙帶，消除了同步問題。 他的機器必須即時生成關鍵文字。 她會以電子方式模擬 Tunney，檢查所有輪盤設定並將每一項與密文進行比較，記錄可能的匹配項。 他估計這種方法需要使用大約 XNUMX 個真空管。
紐曼和布萊奇利的其他管理層對這項提議表示懷疑。 和弗勞爾斯的大多數同時代人一樣，他們懷疑電子產品能否在如此大規模的情況下工作。 而且，即使它可以工作，他們也懷疑這樣的機器能否及時製造出來並在戰爭中發揮作用。
弗勞爾斯在多利斯山的老闆確實允許他組建一個團隊來創造這個電子怪物——弗勞爾斯可能並不完全真誠地向他描述他的想法在布萊切利有多麼受歡迎（據安德魯霍奇斯稱，弗勞爾斯告訴他）他的老闆戈登拉德利（Gordon Radley）認為該項目對布萊奇利來說至關重要，而拉德利已經從邱吉爾那裡聽說布萊奇利的工作是絕對優先的）。 除了弗勞爾斯之外，西德尼·布羅德赫斯特（Sidney Broadhurst）和威廉·錢德勒（William Chandler）在該系統的開發中也發揮了重要作用，整個項目僱用了近50名員工，佔Dollis Hill 資源的一半。 團隊的靈感來自於電話領域使用的先例：儀表、分支邏輯、路由和訊號轉換設備以及定期測量設備狀態的設備。 布羅德赫斯特是此類機電電路的大師，弗勞爾斯和錢德勒是電子專家，他們了解如何將概念從繼電器世界轉移到閥門世界。 到 1944 年初，團隊向 Bletchley 展示了一個工作模型。 這台巨型機器被稱為“Colossus”，並很快證明它可以每秒可靠地處理 5000 個字符，從而超越 Heath Robinson。
紐曼和布萊切利的其他管理層很快就意識到，他們拒絕弗勞爾斯是個錯誤。 1944 年 12 月，他們又訂購了 1 架 Colossi，預計在 31 月 XNUMX 日之前投入使用——計劃入侵法國的日期，儘管弗勞爾斯當然不知道這一點。 Flowers 直言這是不可能的，但經過英勇的努力，他的團隊在 XNUMX 月 XNUMX 日之前交付了第二輛車，新團隊成員 Alan Coombs 對此進行了許多改進。
修改後的設計稱為 Mark II，延續了第一輛車的成功。 除了供片系統外，它還包括2400個燈、12個旋轉開關、800個繼電器和一台電動打字機。
巨像馬克二世
它是可自訂的且足夠靈活，可以處理各種任務。 安裝完成後，每個女子團隊都配置了自己的「巨像」來解決某些問題。 需要一個類似電話接線員面板的接線板來設定模擬 Tunney 輪的電子環。 一組開關允許操作員配置任意數量的功能設備來處理兩個資料流：外部薄膜和環產生的內部訊號。 透過組合一組不同的邏輯元素，Colossus 可以根據資料計算任意布林函數，即產生 0 或 1 的函數。每個單元都會增加 Colossus 計數器。 單獨的控制裝置根據計數器的狀態做出分支決定 - 例如，如果計數器值超過 1000，則停止並列印輸出。
用於配置“Colossus”的開關面板
讓我們假設 Colossus 是現代意義上的通用可程式計算機。 它可以在邏輯上組合兩個資料流（一個在磁帶上，一個由環形計數器產生）並計算遇到的 XNUMX 的數量，僅此而已。 Colossus 的大部分“編程”都是在紙上進行的，操作員執行分析師準備的決策樹：比如，“如果系統輸出小於 X，則設置配置 B 並執行 Y，否則執行 Z。”
Colossus 的高級框圖
儘管如此，「巨像」還是完全有能力完成交給它的任務。 與 Atanasoff-Berry 計算機不同，Colossus 速度極快 - 它每秒可以處理 25000 個字符，每個字符可能需要多次佈林運算。 Mark II 透過同時讀取和處理底片的五個不同部分，將 Mark I 的速度提高了五倍。 它拒絕使用光電管（取自防空設備）將整個系統與緩慢的機電輸入輸出設備連接起來 ）用於讀取傳入的磁帶和用於緩衝打字機輸出的暫存器。 1990 年代修復 Colossus 的團隊領導者表明，他在工作中仍然可以輕鬆勝過 1995 年基於奔騰的電腦。
這台功能強大的文字處理機成為破解 Tunney 密碼專案的中心。 戰爭結束前又製造了十架 Mark II，其面板由伯明罕郵政工廠的工人以每月一枚的速度生產，他們不知道自己在製造什麼，然後在布萊切利組裝。 供應部的一位憤怒的官員在收到另一份提供一千個特殊閥門的請求後詢問郵政工作人員是否「向德國人開槍」。 透過這種工業方式，而不是透過手工組裝單一項目，直到 1950 世紀 XNUMX 年代才會生產下一台電腦。 在弗勞爾斯保護閥門的指示下，每艘巨像日夜不停地運轉，直到戰爭結束。 他們靜靜地站著，在黑暗中發光，溫暖了英國潮濕的冬天，並耐心等待指示，直到不再需要他們的那一天到來。
沉默的面紗
對布萊奇利上演的有趣戲劇的自然熱情導致了對該組織軍事成就的嚴重誇大。 正如電影中所做的那樣，暗示是非常荒謬的。「[模仿遊戲]如果沒有艾倫·圖靈，英國文明將不復存在。 顯然，「巨像」對歐洲戰爭的進程並沒有產生任何影響。 他最廣為人知的成就是證明 1944 年諾曼第登陸欺騙行動是有效的。 透過坦尼收到的消息表明，盟軍已成功說服希特勒和他的指揮部，真正的打擊將來自更東部的加萊海峽。 令人鼓舞的訊息，但降低盟軍指揮部血液中的皮質醇水平不太可能有助於贏得戰爭。
另一方面，Colossus 所帶來的技術進步是不可否認的。 但世界不會很快知道這一點。 邱吉爾下令拆除遊戲結束時存在的所有“巨像”，並將其設計秘密連同它們一起送到垃圾掩埋場。 不知怎麼的，有兩輛車在這次死刑判決中倖存下來，並一直留在英國情報部門直到 1960 世紀 1970 年代。 但即便如此，英國政府也沒有揭開對布萊切利工作的沉默面紗。 直到 XNUMX 世紀 XNUMX 年代，它的存在才為公眾所知。
永久禁止對布萊切利公園正在進行的工作進行任何討論的決定可以說是英國政府的過度謹慎。 但對弗勞爾斯來說，這是一場個人悲劇。 作為巨像發明者的所有榮譽和威望被剝奪，他感到不滿和沮喪，因為他不斷嘗試用英國電話系統中的電子設備取代繼電器，但始終遭到阻止。 如果他能夠透過「巨像」的榜樣來展示他的成就，他將擁有實現他的夢想所需的影響力。 但當他的成就為人所知時，弗勞爾斯早已退休，無法影響任何事情。
分佈在世界各地的幾位電子計算愛好者也遇到了類似的問題，這些問題與 Colossus 的保密性以及缺乏證明這種方法可行性的證據有關。 機電計算可能在未來一段時間內仍然佔據主導地位。 但還有另一個項目將為電子計算佔據中心舞台鋪平道路。 雖然也是秘密軍事發展的結果，但戰後並沒有被隱藏，相反，以最沉著的態度，以ENIAC的名義向世人揭露。
讀什麼：
• 傑克·科普蘭（Jack Copeland）編輯。 巨像：布萊切利公園密碼破解電腦的秘密 (2006)
• Thomas H. Flowers，“Colossus 的設計”，計算史年鑑，1983 年 XNUMX 月
• 安德魯‧霍奇斯，《艾倫‧圖靈：謎》(1983)
來源： www.habr.com