Колосс британский: секретный предок компьютеров
Рыбная ловля в волнах эфира
История английского «Колоссуса» началась в первые месяцы 1940 года, в то время, когда спецгруппа британской полиции, прослушивавшая радиоэфир для поиска германских шпионов на территории острова, случайно отловила шифрованную германскую радиопередачу необыкновенного вида. Материал радиоперехвата был послан криптоаналитикам работы GC&CS (Government Code and Cypher School — «Правительственная школа кодов и шифров») в Блечли-Парк, где им очень заинтересовались, потому, что он был передан не привычным в ту пору кодом Морзе, характерным и для криптограмм «Энигмы», а телеграфным кодом Бодо.
Новая криптосистема соперника взяла у британских криптографов условное наименование «Рыба» (FISH). Рыбными терминами — «лещ», «макрель», «селедка» — будут названы и перехватываемые линии связи.
Намерено под криптосистему FISH в Блечли-Парк было создано отдельное подразделение. Первые полтора года криптоанализ продвигался очень не легко, но 30 августа 1941 года один из германских шифровальщиков совершил ужасную неточность. В ответ на просьбу повторить сообщение он еще раз передал долгую (около 4000 знаков) шифртелеграмму на том же ключе, к тому же по лени легко сократил исходный текст.
В руках британцев были обе радиопередачи, что разрешило им не только всецело дешифровать данный набор и прочесть текст весточки, но и взять крайне важную данные — долгую шифрующую последовательность, генерируемую шифратором. Помимо этого, было как мы знаем, что в начале каждой шифртелеграммы немцы дают своеобразную последовательность из 12 знаков, исходя из этого предположили: криптосхема малоизвестного шифратора выстроена на базе 12 шифрующих колес.
На базе шифрколес с шестернями перемещения различного периода были устроены фактически все узнаваемые в ту пору шифраторы, включая и германские. Вскрытая по набору шифрпоследовательность давала надежду на полное восстановление логики работы аппарата FISH.
Успех сопутствовал одному из молодых криптографов-математиков GC&CS, Биллу Туту, бережно расписавшему пять дорожек вскрытой шифрпоследовательности на громадных разлинованных листах бумаги — в те времена все поиск и подсчёты повторений криптоаналитикам приходилось делать только вручную. В одной из дорожек, другими словами в череде «точек» и «крестов» (единицы и нули тогда еще не применяли), Тут сумел распознать характерные показатели двух шифрующих колес.
Развив данный успех, британцы за пара месяцев сумели взломать шифрсистему, установить неспециализированную схему устройства шифратора (см. врезку «Рыба по имени Lorenz SZ») и убедиться, что в принципе переписку для того чтобы типа возможно вскрывать и просматривать. Действительно, методом очень трудоемких вычислений, потребовавших до нескольких недель ручного труда на обработку одной весточки.
Чтобы дешифровать сообщение, аналитикам необходимо было решить две главные задачи. Во-первых, «вскрыть колеса», другими словами установить правильное размещение нерабочих штифтов и рабочих на каждом из 12 шифрующих дисков. Конкретные комбинации штифтов устанавливались в FISH на определенный промежуток дат, за который не изменялись и употреблялись для шифрования всех сообщений, проходящих по данной линии связи.
Вторая за-дача — отыскать начальное положение («установки») дисков, использованное для конкретной весточки. Каждое тайное сообщение зашифровывалось немцами при новых установках, исходя из этого эта задача решалась только по окончании того, как были вычислены штифтовые комбинации на всех дисках.
Плюс автоматизация рыбного хозяйства
В Блечли-Парк отлично осознавали, что вскрывать таковой шифр вручную совсем неэффективно, потому что за семь дней кропотливых вычислений теряется своевременная сокровище столь не легко добытой информации. Исходя из этого для автоматизации работ было создано особое подразделение, взявшее шутливое наименование «Ньюменарий» в честь возглавившего его известного британского математика Макса Ньюмена. Как раз тут чуть позднее и родится новаторская мысль о громадном электронном компьютере, но покажется он далеко не сходу.
Первым проектом по автоматизации дешифрования была оптомеханическая специальная машина-компаратор (сравнивающее устройство) Heath Robinson, названная по имени популярного в довоенных комиксах персонажа-изобретателя необычных механизмов. «Робинсон» применяли, но не через чур удачно, для ответа задачи о начальных установках колес. Основная неприятность была в правильной синхронизации двух перфолент, одна из которых содержала германское шифрованное сообщение, а на второй были набиты циклически повторяющиеся последовательности битов, порождаемые штифтовыми комбинациями вскрытых дисков шифратора.
Оптомеханический считыватель разрешал обрабатывать несколько перфолент с высокой скоростью — более чем 1000 знаков в секунду — но перфоленточная бумага растягивалась, приводя к ошибкам и сбоям синхронизации в вычислениях. Компьютер Colossus всецело решил эту проблему, потому, что в нем работа дисков шифратора воспроизводилась чисто электронными способами, посредством ламповых схем. Так что на вводе в устройство осталась только одна перфолента с шифртекстом весточки, которая сейчас считывалась намного стремительнее, со скоростью 5000 знаков (либо 12 метров) в секунду, а подсчеты наряду с этим стали существенно надежнее.
Всецело моделировать работу шифратора в компьютера, применяя ламповые схемы с стремительным временем переключения, внес предложение инженер-электронщик Томми Флауэрс — сотрудник английского Министерства почт, которого привлекли для помощи криптоаналитикам. В те времена за механизацию всех национальных коммуникаций отвечал Исследовательский центр министерства почт Dollis Hill в Северном Лондоне, и именно там во время с февраля по декабрь 1943 года Флауэрс и его сотрудники выстроили невиданную по масштабам машину Mark I Colossus, содержавшую в собственных схемах около 1500 электронных ламп.
В канун Нового года готовый компьютер разобрали и перенесли в Блечли-Парк, где с февраля 1944 года Colossus начал на постоянной базе вскрывать шифрпереписку высшего эшелона германского военного руководства. Благодаря надежному и быстродействующему электронному компьютеру время вскрытия весточек сократилось с нескольких недель до 2−3 часов. Воодушевленные столь грандиозным успехом британцы в течение 1944 года создали еще более продвинутую версию компьютера называющиеся Colossus Mark II.
Он был приблизительно в пять раз стремительнее собственного предшественника, содержал около 2500 электронных ламп и предоставлял возможности программирования. На этом основании Colossus II в целом последовательности работ расценивается сейчас как первый в мире электронный программируемый компьютер. До конца войны было выстроено в общем итоге 10 таких автомобилей.
Основной конструктор «Колоссов» Томми Флауэрс, прекрасно знавший особенности работы электронных ламп, сначала давал предупреждение, что такие автомобили лучше по большому счету не выключать, обеспечив надлежащее охлаждение электроники (значительно чаще лампы отказывали и «перегорали» в моменты включения/выключения). Уже первые дни эксплуатации автомобили всецело подтвердили правоту инженера, так что все компьютеры Colossus, в один раз включенные, уже не выключались впредь до Дня победы.
В общем итоге посредством «Колоссов» было дешифровано более чем 63 миллионов знаков весточек германского главного руководства, каковые «поставляли» приблизительно 550 сотрудников (правильнее, в большинстве собственном сотрудниц) Блечли-Парк плюс, конечно же, работы радиоперехвата.
Победа, возрождение и смерть
C приходом мая 1945 года звезда компьютеров Colossus, увы, быстро закатилась. Машины-гиганты, любая из которых представляла собой комплекс из 8 больших двухсторонних монтажных стоек различной ширины, высотой по 2,3 метра и суммарной длиной около 5,5 метра, были через чур специализированы под конкретную задачу.
А высшее политическое управление Англии через чур озабочено, дабы Сталин и скоро формировавшийся около СССР блок просоветских стран ничего не определили о замечательных дешифровальных возможностях недавнего союзника. Уинстон Черчилль лично дал указание, дабы «Колоссов» разобрали на части размерами «не больше руки человека». Восемь из десяти автомобилей были полностью демонтированы уже в том же 1945 году.
Два последних компьютера сперва перевезли в Лондон, а после этого в город Челтнем, где разместилась (и базируется по сию пору) преемница GC&CS, криптографическая разведслужба Англии GCHQ, либо Штаб-квартира правительственной связи (Government Communications Head-quarters). Тут, за плотной завесой секретности, эти компьютеры употреблялись еще полтора десятка лет для тренировочных и запасных криптографических задач.
В 1959—1960 годах демонтировали и две последние автомобили, тогда же были сожжены и все рабочие схемы-чертежи компьютеров Colossus. Наряду с этим сам факт существования столь выдающихся для собственного времени вычислительных устройств держали в строжайшей тайне еще многие годы.
Не смотря на то, что достоверным сведеньям о Colossus не публиковалось вплоть до конца XX века, обрывочные сведения об этом компьютере начали появляться с середины 1970-х годов, в то время, когда истек обычный для Британии 30-летний срок хранения национальных секретов. К 1996 году группе энтузиастов при национальном криптомузее Блечли-Парк кроме того удалось воссоздать работоспособную копию данной автомобили, неправдами и правдами накопив достаточное количество подробностей, эскизов и приватных воспоминаний от оставшихся в живых участников проекта.
В таких условиях делать тайну из того, что так или иначе уже известно всем, стало бессмысленно. В октябре 2000 года власти Англии решились наконец рассекретить технический отчет о вскрытии FISH и автомобилях Colossus, подготовленный в 1945 году сходу по окончании войны. Объемный 500-страничный документ разведслужба GCHQ передала в общедоступный Госархив (Public Record Office) в городе Кью.
Наиболее все данные о компьютерах Colossus, включая и сетевую версию рассекреченного отчета 1945 года, возможно обнаружить сайте британского инженера-энтузиаста Тони Сэйла, благодаря упрочнениям которого и удалось возродить из небытия, казалось бы, потерянную для истории машину.
Клуб любителей стрельбы, сыра и шахмат
Красивая усадьба Блечли-Парк находится в графстве Бакингемшир, в 80 км к северо-западу от Лондона. В то время, когда в Европе четко запахло войной, правительство Великобитании решило перевести стратегически ответственные разведслужбы из Лондона в более надёжную при авианалетах сельскую местность.
Блечли-Парк был десятой усадьбой, купленной разведкой MI6, и взял кодовое имя Station X. «Станция» была расположена на пересечении железной дороги и автомагистрали, имела телефонный узел и телеграфную сообщение. Как раз ко мне было решено перебазировать тайную разведслужбу GC&CS, занимавшуюся дешифрованием дипломатической и военной переписки зарубежных стран.
Cотрудники GC&CS (математики, криптоаналитики, лингвисты) не в серьез расшифровывали сокращение Golf, Cheese and Chess Society — «Общество любителей гольфа, шахмат и сыра». В то время, когда в августе 1939 года все члены этого «общества» переехали трудиться в Блечли-Парк, то для тайного прикрытия проснувшуюся от спячки усадьбу нарекли «Стрелковым клубом капитана Ридли». Руководить хозяйством «клуба» вправду прописали капитана — капитана второго ранга Элистера Деннистона.
Рыба по имени Lorenz SZ
Главная тайная переписка Фашисткой германии велась посредством шифратора «Энигма». (В годы войны употреблялось около 200 000 таких аппаратов). Но для генштаба и телеграфной радиосвязи Гитлера с руководством армий употреблялась более важная машина компании «Лоренц». Эта приставка к телепринтеру имела размеры 51х46х46 см и стала называться Lorenz SZ 40 (SZ — Shlusselzusatz — «шифрприставка»).
Телепринтер давал текст в коде Бодо: 5 перфорационных дорожек с информацией плюс еще одна дорожка синхронизации со целой перфорацией. Любой символ текста представлен 5 битами, по одному на каждой из 5 дорожек (бит — единица информации: «0» либо «1»).
На любой такт выхода телепринтера шифрприставка выдавала собственную группу из 5 псевдослучайных бит, каковые в сумматоре побитно складывались со знаком исходного текста операцией XOR (напр., 1 XOR 0 = 1, 1 XOR 1 = 0). Псевдослучайные биты шифрпоследовательности генерировались посредством 10 «штиф-товых колес», дисков с различным числом расположенных по ободу штифтов, каковые имели возможность пребывать в двух положениях: «рабочем» и «нерабочем» (1 либо 0).
По принципу перемещения диски поделены на две группы: пять в каждом такте проворачивались равномерно на одну позицию (британцы назвали эту группу колесами c — «хи»), а другие пять проворачивались неравномерно (колеса y — «пси»). Неспециализированный закон перемещения для колес «пси» — в то время, когда всем находиться либо всем проворачиваться на одну позицию — определяли еще два добавочных диска, взявших наименование «моторные колеса».
Количество штифтов на всех дисках (см. цифры на схеме) было различным и подобрано так, что в принципе разрешало создать достаточно сильную криптосхему. Но в конкретной германской конструкции был допущен последовательность фатальных просчетов, почему псевдослучайная последовательность получалась значительно больше «псевдо-", нежели «случайная», — из-за чего и была вскрыта британскими криптоаналитиками.
4 мифа о английском колоссе
В случае дефицита информации история английского «Колосса» обросла множеством всевозможных мифов.
Миф 1. Британцы просматривали фактически всю переписку Германии, шифровавшуюся известной «Энигмой».
Правда. Просматривать получалось не все шифрсообщения, закрытые «Энигмой», а помимо этого, Германия использовала и другие шифраторы значительно другой конструкции.
Миф 2. Стремительное вскрытие ключей «Энигмы» снабжал замечательный программируемый компьютер Colossus.
Правда. Colossus был создан для вскрытия телеграфного шифратора Lorenz Schlusselzusatz 40/42, закрывавшего коммуникации лично высшего командования и Гитлера вермахта.
Миф 3. Colossus — первая в мире цифровая ЭВМ.
Правда. Colossus — беспрецедентная по многим параметрам разработка. Но на лавры «первого компьютера» претендуют пара автомобилей.
К примеру, в первой половине 70-ых годов XX века в Соединенных Штатах по суду было признано, что первый компьютер выстроили в первой половине 40-ых годов XX века сотрудники университета штата Айова Кристофер и Джордж Атанасов Берри. Компьютер назвали по имени создателей АBC (Atanasoff Berry Computer)
Миф 4. Colossus сконструирован великим математиком Аланом Тьюрингом.
Правда. Алан Тьюринг никакого участия в разработке данной счётной автомобили не принимал, не смотря на то, что и был, само собой разумеется, в курсе, потому, что трудился в параллельном направлении — по преимуществу, над вскрытием «Энигмы».
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№44, июнь 2006).
<
h4>