Komputer Colossus

Nie mylić z fikcyjnym komputerem o tej samej nazwie w filmie Colossus: The Forbin Project .

Komputer Colossus
Colossus.jpg
Komputer Colossus Mark 2 obsługiwany przez Wrensa . Pochylony panel sterowania po lewej stronie służył do ustawiania wzorów „szpilki” (lub „krzywki”) Lorenza. Transport taśmy papierowej "bedstead" jest po prawej stronie.
Deweloper Tommy Flowers , wspomagany przez Sidneya Broadhursta, Williama Chandlera i dla maszyn Mark 2, Allena Coombsa
Producent Stacja Badawcza Poczty Polskiej
Typ Elektroniczny cyfrowy programowalny komputer specjalnego przeznaczenia
Pokolenie Komputer pierwszej generacji
Data wydania
  • Mk 1: grudzień 1943 ( 1943-12 )
  • Mk 2: 1 czerwca 1944 ( 01.06.1944 )
Przerwane 1960
Jednostki wysłane 12
Głoska bezdźwięczna
procesor zawory termoelektryczne i tyratrony . Łącznie 1600 w Mk 1 i 2400 w Mk 2. Również przekaźniki i przełączniki krokowe
Pamięć Brak (brak pamięci RAM )
Wyświetlacz Panel lampek kontrolnych
Wejście Taśma papierowa do 20 000 × 5-bitowych znaków w ciągłej pętli
Moc 8,5 kW

Colossus był zestawem komputerów opracowanych przez brytyjskich łamaczy szyfrów w latach 1943–1945, aby pomóc w kryptoanalizie szyfru Lorenza . Colossus używał zaworów termionowych (rurek próżniowych) do wykonywania operacji boolowskich i zliczania. Colossus jest zatem uważany za pierwszy na świecie programowalny , elektroniczny , cyfrowy komputer, chociaż został zaprogramowany za pomocą przełączników i wtyczek, a nie za pomocą zapisanego programu .

Colossus został zaprojektowany przez inżyniera telefonicznego General Post Office (GPO) Tommy'ego Flowersa , aby rozwiązać problem postawiony przez matematyka Maxa Newmana w Government Code and Cypher School (GC&CS) w Bletchley Park . Wykorzystanie przez Alana Turinga prawdopodobieństwa w kryptoanalizie (patrz Banburismus ) przyczyniło się do jego zaprojektowania. Czasami błędnie stwierdzano, że Turing zaprojektował Colossusa, aby wspomóc kryptoanalizę Enigmy . (Maszyną Turinga, która pomogła rozszyfrować Enigmę, był elektromechaniczny Bombe , a nie Colossus.)

, że prototyp, Colossus Mark 1 , działał w grudniu 1943 r. i był używany w Bletchley Park na początku 1944 r. Ulepszony Colossus Mark 2 , który wykorzystywał rejestry przesuwne w celu pięciokrotnego zwiększenia szybkości przetwarzania, po raz pierwszy działał 1 czerwca 1944 r., właśnie w czas na lądowanie w Normandii w D-Day. Dziesięć Kolosów było w użyciu do końca wojny, a jedenasty był w trakcie uruchamiania. Wykorzystanie tych maszyn przez Bletchley Park umożliwiło aliantom uzyskanie ogromnej ilości wywiadu wojskowego wysokiego szczebla z przechwyconych wiadomości radiotelegraficznych między niemieckim naczelnym dowództwem ( OKW ) a ich dowództwem wojskowym w całej okupowanej Europie.

Istnienie maszyn Colossus było utrzymywane w tajemnicy do połowy lat siedemdziesiątych. Wszystkie maszyny z wyjątkiem dwóch zostały rozebrane na tak małe części, że nie można było wywnioskować ich zastosowania. Dwie zachowane maszyny zostały ostatecznie zdemontowane w latach 60. XX wieku. Funkcjonalna przebudowa Mark 2 Colossus została ukończona w 2008 roku przez Tony'ego Sale'a i zespół wolontariuszy; jest wystawiony w National Museum of Computing w Bletchley Park .

Cel i pochodzenie

Zobacz też: Kryptoanaliza szyfru Lorenza
Maszyna szyfrująca Lorenz SZ42 ze zdjętymi pokrywami w National Museum of Computing w Bletchley Park
Maszyny Lorenz SZ miały 12 kół, każde z inną liczbą krzywek (lub „kołków”).
Numer koła 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nazwa koła BP ψ 1 ψ 2 ψ 3 ψ 4 ψ 5 μ 37 μ 61 χ 1 χ 2 χ 3 χ 4 χ 5
Liczba krzywek (pinów) 43 47 51 53 59 37 61 41 31 29 26 23

Komputery Colossus zostały użyte do odszyfrowania przechwyconych wiadomości teledrukarki radiowej , które zostały zaszyfrowane przy użyciu nieznanego urządzenia. Informacje wywiadowcze ujawniły, że Niemcy nazywali bezprzewodowe systemy transmisji dalekopisów „Sägefisch” (sawfish). To skłoniło Brytyjczyków do nazwania zaszyfrowanego niemieckiego ruchu dalekopisowego „ Fish ”, a nieznaną maszynę i przechwycone przez nią wiadomości „ Tuńczyk ” (tuńczyk).

Zanim Niemcy zwiększyli bezpieczeństwo swoich procedur operacyjnych, brytyjscy kryptoanalitycy zdiagnozowali sposób działania niewidocznej maszyny i zbudowali jej imitację o nazwie „ British Tunny ”.

Wywnioskowano, że maszyna miała dwanaście kół i wykorzystywała technikę szyfrowania Vernama na znakach wiadomości w standardowym 5-bitowym kodzie telegraficznym ITA2 . Dokonał tego poprzez połączenie tekstu jawnego ze strumieniem kluczowych znaków przy użyciu funkcji XOR Boolean w celu wytworzenia tekstu zaszyfrowanego .

W sierpniu 1941 r. pomyłka niemieckich operatorów doprowadziła do transmisji dwóch wersji tej samej wiadomości z identycznymi ustawieniami maszyny. Zostały one przechwycone i pracowały nad nimi w Bletchley Park. Po pierwsze, John Tiltman , bardzo utalentowany kryptoanalityk GC&CS, wyprowadził strumień klucza składający się z prawie 4000 znaków. Następnie Bill Tutte , nowo przybyły członek Sekcji Badawczej, użył tego strumienia klucza do opracowania logicznej struktury maszyny Lorenza. Wywnioskował, że dwanaście kół składało się z dwóch grup po pięć, które nazwał kołami χ ( chi ) i ψ ( psi ), pozostałe dwa nazwał kołami μ ( mu ) lub „motorowymi”. Koła chi stąpały regularnie z każdą zaszyfrowaną literą, podczas gdy koła psi stąpały nieregularnie, pod kontrolą kół silnikowych.

Krzywki na kołach 9 i 10 pokazujące ich podniesione (aktywne) i opuszczone (nieaktywne) pozycje. Aktywna krzywka odwracała wartość bitu (0→1 i 1→0).

Przy wystarczająco losowym strumieniu klucza szyfr Vernama usuwa właściwość języka naturalnego wiadomości w postaci zwykłego tekstu polegającą na nierównym rozkładzie częstotliwości różnych znaków, aby uzyskać jednolity rozkład w tekście zaszyfrowanym. Maszyna Tunny zrobiła to dobrze. Jednak kryptoanalitycy odkryli, że badając rozkład częstotliwości zmian między znakami w tekście zaszyfrowanym, zamiast zwykłych znaków, nastąpiło odejście od jednolitości, które zapewniło wejście do systemu. Osiągnięto to poprzez „różnicowanie” , w którym każdy bit lub znak był poddawany operacji XOR ze swoim następcą. Po kapitulacji Niemiec siły alianckie zdobyły maszynę Tunny i odkryły, że była to elektromechaniczna maszyna szyfrująca Lorenz SZ ( Schlüsselzusatzgerät , załącznik szyfrowy).

W celu odszyfrowania przesyłanych wiadomości należało wykonać dwa zadania. Pierwszym było „łamanie koła”, które polegało na odkryciu wzorów krzywek dla wszystkich kół. Wzorce te zostały ustawione na maszynie Lorenza, a następnie używane przez określony czas do kolejnych różnych komunikatów. Każda transmisja, która często zawierała więcej niż jedną wiadomość, była szyfrowana inną pozycją początkową kół. Alan Turing wynalazł metodę łamania koła, która stała się znana jako Turingery . Technika Turinga została dalej rozwinięta w „Prostokąt”, dla którego Colossus mógł tworzyć tabele do ręcznej analizy. Kolosy 2, 4, 6, 7 i 9 miały „gadżet” wspomagający ten proces.

Drugim zadaniem było „ustawienie kół” , które polegało na określeniu pozycji początkowych kół dla określonej wiadomości i można było je wykonać dopiero po poznaniu wzorców krzywek. To właśnie do tego zadania pierwotnie zaprojektowano Colossus. Aby odkryć pozycję początkową chi dla wiadomości, Colossus porównał dwa strumienie znaków, zliczając statystyki z oceny programowalnych funkcji boolowskich. Te dwa strumienie to tekst zaszyfrowany, który został odczytany z dużą prędkością z papierowej taśmy, oraz strumień klucza, który został wygenerowany wewnętrznie w symulacji nieznanej niemieckiej maszyny. Po serii różnych przebiegów Colossusa w celu odkrycia prawdopodobnych chi -wheel, zostały one sprawdzone poprzez zbadanie rozkładu częstotliwości znaków w przetworzonym tekście zaszyfrowanym. Colossus wyprodukował te liczniki częstotliwości.

Procesy deszyfrowania

Notacja
zwykły tekst

klucz – sekwencja znaków używana w binarnym XOR z tekstem jawnym w celu uzyskania zaszyfrowanego tekstu
chi klucza
psi klucza

rozszerzone psi – rzeczywista sekwencja znaków dodawanych przez koła psi , w tym te, które nie są przesuwane
zaszyfrowany tekst
de- chi — zaszyfrowany tekst z usuniętym elementem chi klucza
dowolny z powyższych XOR z jego następcą lub bitem
operacja XOR
Skrót Bletchley Park dla telegraficznej przestrzeni kodowej (zero)
Bletchley Park skrót oznaczający kod telegraficzny ( jeden)

Wykorzystując różnicowanie i wiedząc, że koła psi nie przesuwają się z każdym znakiem, Tutte doszedł do wniosku, że wypróbowanie tylko dwóch różniących się bitów (impulsów) strumienia chi względem zróżnicowanego tekstu zaszyfrowanego dałoby statystykę, która nie byłaby przypadkowa. Stało się to znane jako „włamanie 1 + 2” Tutte . Polegało to na obliczeniu następującej funkcji boolowskiej:

i licząc, ile razy dało to „fałsz” (zero). Jeśli liczba ta przekroczyła z góry określoną wartość progową zwaną „ustawioną sumą”, była drukowana. Kryptoanalityk zbadałby wydruk, aby określić, która z domniemanych pozycji początkowych najprawdopodobniej będzie poprawna dla chi -1 i chi -2.

Ta technika byłaby następnie stosowana do innych par lub pojedynczych impulsów w celu określenia prawdopodobnej pozycji początkowej wszystkich pięciu kół chi . Z tego można było uzyskać de- chi (D) zaszyfrowanego tekstu, z którego można było ręcznie usunąć składową psi . Jeżeli rozkład częstotliwości znaków w wersji de- chi tekstu zaszyfrowanego mieścił się w określonych granicach, uznano, że „ustawienie koła” kół chi zostało osiągnięte, a ustawienia komunikatu i de- chi zostały przekazane do „ Testerii ” . To była sekcja w Bletchley Park, kierowana przez majora Ralpha Testera , gdzie większość prac deszyfrujących została wykonana metodami ręcznymi i językowymi.

Colossus mógł również określić pozycję początkową psi i kół silnikowych, ale nie zrobiono tego zbyt wiele aż do ostatnich kilku miesięcy wojny, kiedy dostępnych było wiele Colossi, a liczba wiadomości Tunny spadła.

projekt i konstrukcja

Zawory (rurki) widoczne na końcu w odtworzeniu komputera Colossus

.

Colossus został opracowany dla „ Newmanry ”, sekcji kierowanej przez matematyka Maxa Newmana , który był odpowiedzialny za metody maszynowe przeciwko dwunastowirnikowej maszynie szyfrującej Lorenz SZ40/42 on-line teleprinter (o kryptonimie Tunny, dla tuńczyka). Projekt Colossus powstał na podstawie wcześniejszego projektu, w ramach którego wyprodukowano maszynę liczącą nazwaną „ Heath Robinson ”. Chociaż potwierdziło to koncepcję analizy maszynowej dla tej części procesu, początkowo było zawodne. Części elektromechaniczne były stosunkowo wolne i trudno było zsynchronizować dwie zapętlone taśmy papierowe , jedną zawierającą zaszyfrowaną wiadomość, a drugą reprezentującą część strumienia klucza maszyny Lorenza, również taśmy miały tendencję do rozciągania się podczas czytania z prędkością do 2000 znaków na sekundę.

Przejście stopniowe rzekomo z oryginalnego Colossusa przedstawionego przez dyrektora GCHQ dyrektorowi NSA z okazji 40. rocznicy podpisania umowy UKUSA w 1986 r.

Tommy Flowers MBE był starszym inżynierem elektrykiem i kierownikiem grupy przełączania w Post Office Research Station w Dollis Hill . Przed pracą nad Colossusem był zaangażowany w GC&CS w Bletchley Park od lutego 1941 roku, próbując ulepszyć Bomby, które były używane w kryptoanalizie niemieckiej maszyny szyfrującej Enigma. Został polecony Maxowi Newmanowi przez Alana Turinga, który był pod wrażeniem jego pracy nad Bombami. Główne elementy maszyny Heath Robinson były następujące.

Do zaprojektowania jednostki łączącej Heatha Robinsona sprowadzono kwiaty. Nie był pod wrażeniem systemu taśmy klucza, który musiał być zsynchronizowany z taśmą z wiadomością iz własnej inicjatywy zaprojektował maszynę elektroniczną, która wyeliminowała potrzebę taśmy klucza, mając elektroniczny odpowiednik Lorenza ( Tuńczyk) maszyna. Przedstawił ten projekt Maxowi Newmanowi w lutym 1943 r., Ale pomysł, że zaproponowane od jednego do dwóch tysięcy zaworów termionowych ( lamp próżniowych i tyratronów ) mogłoby niezawodnie ze sobą współpracować, został przyjęty z wielkim sceptycyzmem, więc zamówiono więcej Robinsonów w Dollis Hill. Flowers wiedział jednak ze swojej przedwojennej pracy, że większość awarii zaworów termionowych miała miejsce w wyniku naprężeń termicznych podczas włączania zasilania, więc nie wyłączanie maszyny zmniejszyło wskaźniki awaryjności do bardzo niskiego poziomu. Dodatkowo, jeśli grzejniki były uruchamiane przy niskim napięciu, a następnie powoli doprowadzane do pełnego napięcia, stres termiczny został zmniejszony. Same zawory można było wlutować, aby uniknąć problemów z podstawami wtykowymi, które mogłyby być zawodne. [ potrzebne źródło ] Flowers wytrwała przy swoim pomyśle i uzyskała wsparcie od Dyrektora Stacji Badawczej, W. Gordona Radleya.

Flowers i jego zespół składający się z około pięćdziesięciu osób z grupy przełączania spędzili jedenaście miesięcy od początku lutego 1943 r., Projektując i budując maszynę, która zrezygnowała z drugiej taśmy Heatha Robinsona, generując elektronicznie wzory kół. Kwiaty wykorzystał część własnych pieniędzy na projekt. Ten prototyp, Mark 1 Colossus, zawierał 1600 zaworów termionowych (rurek). Działał zadowalająco w Dollis Hill 8 grudnia 1943 r., Został zdemontowany i wysłany do Bletchley Park, gdzie został dostarczony 18 stycznia i ponownie złożony przez Harry'ego Fensoma i Dona Horwooda. Działał w styczniu iz powodzeniem zaatakował swoją pierwszą wiadomość 5 lutego 1944 r. Była to duża konstrukcja i została nazwana „Kolosem”, rzekomo przez operatorów WRNS . Jednak notatka przechowywana w National Archives, napisana przez Maxa Newmana w dniu 18 stycznia 1944 r., Odnotowuje, że „Colossus przybywa dzisiaj”.

Podczas opracowywania prototypu opracowano ulepszony projekt – Mark 2 Colossus. Cztery z nich zamówiono w marcu 1944 r., a do końca kwietnia zamówiono ich liczbę 12. Dollis Hill znalazł się pod presją, aby pierwszy z nich działał do 1 czerwca. Allen Coombs przejął kierownictwo nad produkcją Mark 2 Colossi, z których pierwsza – zawierająca 2400 zaworów – została uruchomiona o godzinie 08:00 1 czerwca 1944 r., w samą porę przed aliancką inwazją na Normandię w D-Day . Następnie Colossi były dostarczane w tempie około jednego miesięcznie. Do dnia VE w Bletchley Park pracowało już dziesięć kolosów i rozpoczęto montaż jedenastego.

Colossus 10 z przedłużonym łóżkiem w bloku H w Bletchley Park w przestrzeni, w której obecnie znajduje się galeria Tunny w National Museum of Computing

Główne jednostki projektu Mark 2 były następujące.

  • Transport taśmy z mechanizmem odczytu 8 fotokomórek.
  • Sześcioznakowy rejestr przesuwny FIFO .
  • Dwanaście magazynów pierścieni tyratronowych, które symulowały maszynę Lorenza generującą strumień bitów dla każdego koła.
  • Panele przełączników do określania programu i „ustawionej sumy”.
  • Zestaw jednostek funkcjonalnych, które wykonywały operacje boolowskie .
  • „Licznik rozpiętości”, który mógłby zawiesić liczenie części taśmy.
  • Sterowanie główne, które obsługiwało taktowanie, sygnały startu i stopu, odczyt liczników i drukowanie.
  • Pięć liczników elektronicznych.
  • Elektryczna maszyna do pisania.

Większość projektów elektroniki była dziełem Tommy'ego Flowersa, któremu pomagali William Chandler, Sidney Broadhurst i Allen Coombs; wraz z Erie Speight i Arnoldem Lynchem opracowali mechanizm odczytu fotoelektrycznego. Coombs przypomniał sobie Flowersa, który sporządził wstępny szkic swojego projektu, rozdarł go na kawałki, które rozdał swoim kolegom, aby wykonali szczegółowy projekt i zmusili swój zespół do wyprodukowania go. Mark 2 Colossi były pięć razy szybsze i prostsze w obsłudze niż prototyp.

Dane wprowadzane do Colossusa polegały na fotoelektrycznym czytaniu transkrypcji zaszyfrowanej przechwyconej wiadomości na taśmie papierowej. Zostało to ułożone w ciągłą pętlę, aby można było je wielokrotnie odczytywać i ponownie odczytywać - nie było wewnętrznej pamięci na dane. Projekt przezwyciężył problem synchronizacji elektroniki z prędkością taśmy z wiadomościami, generując sygnał zegarowy z odczytu otworów w zębatkach. Szybkość działania ograniczała więc mechanika odczytu taśmy. Podczas opracowywania czytnik taśm był testowany do 9700 znaków na sekundę (53 mil na godzinę), zanim taśma się rozpadła. Tak więc 5000 znaków na sekundę (40 stóp / s (12,2 m / s; 27,3 mil / h)) przyjęto jako prędkość do regularnego użytku. Flowers zaprojektował 6-znakowy rejestr przesuwny, który był używany zarówno do obliczania funkcji delta (ΔZ), jak i do testowania pięciu różnych możliwych punktów początkowych kół Tunny'ego w pięciu procesorach. Ta pięciokierunkowa równoległość umożliwiła przeprowadzenie pięciu jednoczesnych testów i zliczeń, co dało efektywną prędkość przetwarzania 25 000 znaków na sekundę. Obliczenia wykorzystywały algorytmy opracowane przez WT Tutte i współpracowników do odszyfrowania wiadomości Tunny.

Operacja

Panel wyboru Colossus przedstawiający wybór między innymi dalekiej taśmy na stelażu łóżka oraz dane wejściowe do algorytmu: Δ Z , Δ i Δ .

W Newmanry pracowali kryptoanalitycy, operatorzy z Królewskiej Służby Marynarki Wojennej Kobiet (WRNS) – znani jako „Wrens” – oraz inżynierowie, którzy byli stale pod ręką w celu konserwacji i naprawy. Pod koniec wojny personel liczył 272 strzyżyków i 27 mężczyzn.

Pierwszym zadaniem w obsłudze Colossusa dla nowej wiadomości było przygotowanie pętli z taśmy papierowej. Zostało to wykonane przez Wrens, którzy skleili oba końce razem za pomocą Bostik , upewniając się, że między końcem a początkiem wiadomości znajduje się pusta taśma o długości 150 znaków. Specjalnym wybijakiem ręcznym wykonali otwór startowy między trzecim a czwartym kanałem 2 + 1 ⁄ 2 otwory pod koła łańcuchowe od końca półwyrobu oraz otwór oporowy między czwartym a piątym kanałem 1 + 1 ⁄ 2 otwory pod koła łańcuchowe od koniec znaków wiadomości. Były one odczytywane przez specjalnie ustawione fotokomórki i wskazywały, kiedy wiadomość miała się rozpocząć i kiedy się skończyła. Operator przeciągał następnie taśmę papierową przez bramę i wokół kół pasowych ramy łóżka i regulował napięcie. Projekt stelaża z dwiema taśmami został przeniesiony z Heatha Robinsona, tak aby można było załadować jedną taśmę, podczas gdy poprzednia była uruchomiona. Przełącznik na panelu selekcyjnym określał taśmę „bliską” lub „daleką”.

Po wykonaniu różnych zadań resetowania i zerowania, operatorzy Wrena, zgodnie z instrukcjami kryptoanalityka, obsługiwali przełączniki dekad „ustawionej sumy” i przełączniki panelu K2, aby ustawić żądany algorytm. Następnie uruchamiali silnik taśmy i lampę na łożu, a gdy taśma nabrała prędkości, uruchamiali główny przełącznik startowy.

Do VE-Day z dziesięcioma kolosami siedem zostało użytych do „ustawienia koła”, a 3 do „łamania koła”.

Programowanie

Panel przełączników Colossus K2 przedstawiający przełączniki do określania algorytmu (po lewej) oraz liczniki do wyboru (po prawej).
Panel przełączników „ustaw sumę” Colossus

OP-20-G Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych , napisał następujące słowa we wstępie do artykułu Flowersa z 1983 r. „The Design of Colossus”.

Mój pogląd na Colossusa był taki, jak kryptoanalityk-programista. Kazałem maszynie wykonać pewne obliczenia i obliczenia, a po przestudiowaniu wyników kazałem jej wykonać inną pracę. Nie pamiętał poprzedniego wyniku, ani nie mógłby na nim działać, gdyby tak było. Colossus i ja zmienialiśmy się w interakcję, która czasami prowadziła do analizy niezwykłego niemieckiego systemu szyfrowania, zwanego przez Niemców „Geheimschreiber”, a przez kryptoanalityków „Fish”.

Colossus nie był komputerem z zapisanym programem . Dane wejściowe dla pięciu równoległych procesorów zostały odczytane z zapętlonej papierowej taśmy z wiadomościami i elektronicznych generatorów wzorców dla chi , psi i kół silnikowych. Programy dla procesorów zostały ustawione i utrzymywane na przełącznikach i połączeniach panelu gniazd. Każdy procesor mógł oszacować funkcję boolowską i policzyć oraz wyświetlić, ile razy dał określoną wartość „fałsz” (0) lub „prawda” (1) dla każdego przebiegu taśmy z wiadomością.

Wejście do procesorów pochodziło z dwóch źródeł, rejestrów przesuwnych z odczytu taśmy i pierścieni tyratronowych, które emulowały koła maszyny Tunny. Znaki na taśmie papierowej nazywały się Z , a postacie z emulatora Tunny były określane greckimi literami, które nadał im Bill Tutte podczas opracowywania logicznej struktury maszyny. panelu wyboru przełączniki określają { \ displaystyle \ chi i dla χ { \ należy przekazać do pola gniazdka i „panelu przełączników K2”. Te sygnały z symulatorów kół można określić jako wchodzenie z każdym nowym przebiegiem taśmy informacyjnej lub nie.

Panel przełączników K2 miał grupę przełączników po lewej stronie, aby określić algorytm. Przełączniki po prawej stronie wybierały licznik, do którego podawany był wynik. Tablica wtykowa pozwalała na nałożenie mniej specjalistycznych warunków. Ogółem przełączniki panelu przełączników K2 i tablica wtyczek pozwoliły na około pięć miliardów różnych kombinacji wybranych zmiennych.

Na przykład: zestaw przebiegów dla taśmy z wiadomością może początkowo obejmować dwa koła chi , jak w algorytmie 1+2 Tutte'a. Taki bieg na dwóch kołach nazywano długim biegiem, trwającym średnio osiem minut, chyba że wykorzystano równoległość do pięciokrotnego skrócenia czasu. Kolejne biegi mogą obejmować ustawienie tylko jednego chi , dając krótki bieg trwający około dwóch minut. Początkowo, po początkowym długim okresie, kryptoanalityk określał wybór kolejnego algorytmu do wypróbowania. Doświadczenie pokazało jednak, że drzewa decyzyjne dla tego procesu iteracyjnego mogą być tworzone do użytku przez operatorów Wrena w części przypadków.

Wpływ i los

Chociaż Colossus był pierwszą elektroniczną maszyną cyfrową z programowalnością, choć ograniczoną przez współczesne standardy, nie była to maszyna ogólnego przeznaczenia, zaprojektowana do szeregu zadań kryptoanalitycznych, w większości obejmujących zliczanie wyników oceny algorytmów boolowskich.

Komputer Colossus nie był więc w pełni kompletną maszyną Turinga . Jednak Uniwersytetu w San Francisco, Benjamin Wells, wykazał, że gdyby wszystkie dziesięć wyprodukowanych maszyn Colossus zostało przegrupowanych w określonym klastrze , to cały zestaw komputerów mógłby symulować uniwersalną maszynę Turinga , a tym samym Turing był kompletny.

Colossus i powody jego budowy były ściśle tajne i pozostawały takie przez 30 lat po wojnie. W rezultacie przez wiele lat nie wpisał się do historii sprzętu komputerowego , a Flowers i jego współpracownicy zostali pozbawieni należnego im uznania. Kolosy od 1 do 10 zostały po wojnie rozebrane, a części zwrócone na pocztę. Royal Society Computing Machine Laboratory Maxa Newmana na Uniwersytecie w Manchesterze . Tommy Flowers otrzymał rozkaz zniszczenia całej dokumentacji i spalenia jej w piecu w Dollis Hill. Później powiedział o tym zamówieniu:

To był straszny błąd. Polecono mi zniszczyć wszystkie akta, co uczyniłem. Wziąłem wszystkie rysunki, plany i wszystkie informacje o Colossusie na papier i wrzuciłem to do ognia w kotle. I zobaczył, jak płonie.

Colossi 11 i 12, wraz z dwiema replikami maszyn Tunny, zostały zachowane i przeniesione do nowej siedziby GCHQ w Eastcote w kwietniu 1946 r., A następnie ponownie z GCHQ do Cheltenham w latach 1952–1954. Jeden z Colossi, znany jako Colossus Blue , został rozebrany w 1959 roku; drugi w 1960 r. Próbowano je adaptować do innych celów, z różnym skutkiem; w późniejszych latach były używane do szkolenia. Jack Good opowiedział, jak jako pierwszy użył Colossusa po wojnie, przekonując amerykańską Agencję Bezpieczeństwa Narodowego, że można go wykorzystać do wykonania funkcji, dla której planowano zbudować maszynę specjalnego przeznaczenia. Colossus był również używany do liczenia znaków na jednorazowej taśmie podkładkowej w celu przetestowania braku losowości.

Niewielka liczba ludzi, którzy byli związani z Colossusem - i wiedzieli, że wykonalne są niezawodne, szybkie elektroniczne cyfrowe urządzenia komputerowe na dużą skalę - odegrała znaczącą rolę we wczesnych pracach komputerowych w Wielkiej Brytanii i prawdopodobnie w Stanach Zjednoczonych. Jednak będąc tak tajnym, miał niewielki bezpośredni wpływ na rozwój późniejszych komputerów; to EDVAC był przełomową architekturą komputerową tamtych czasów. W 1972 roku Herman Goldstine , który nie wiedział o Colossusie i jego spuściźnie po projektach ludzi takich jak Alan Turing ( ACE ), Max Newman ( komputery z Manchesteru ) i Harry Huskey ( Bendix G-15 ), napisał, że:

Wielka Brytania miała taką żywotność, że mogła zaraz po wojnie rozpocząć tak wiele dobrze przemyślanych i dobrze zrealizowanych projektów w dziedzinie komputerów.

Profesor Brian Randell , który odkrył informacje o Colossusie w latach 70., skomentował to, mówiąc, że:

Moim zdaniem projekt COLOSSUS był ważnym źródłem tej żywotności, w dużej mierze niedocenianej, podobnie jak znaczenie jego miejsca w chronologii wynalezienia komputera cyfrowego.

Wysiłki Randella zaczęły przynosić owoce w połowie lat siedemdziesiątych. Tajemnica dotycząca Bletchley Park została złamana, gdy Kapitan Grupy Winterbotham opublikował swoją książkę The Ultra Secret w 1974 roku. Randell badał historię informatyki w Wielkiej Brytanii na potrzeby konferencji poświęconej historii komputerów, która odbyła się w Los Alamos Scientific Laboratory w Nowym Meksyku w dniu 10-15 czerwca 1976 i otrzymał pozwolenie na przedstawienie referatu na temat rozwoju COLOSSI w czasie wojny w Post Office Research Station , Dollis Hill (w październiku 1975 rząd brytyjski opublikował serię fotografii z podpisami z Public Record Office). Zainteresowanie „rewelacjami” w jego artykule zaowocowało specjalnym wieczornym spotkaniem, podczas którego Randell i Cooombs odpowiadali na dalsze pytania. Coombs napisał później, że żaden członek naszego zespołu nigdy nie zapomni wspólnoty, poczucia celu, a przede wszystkim zapierającej dech w piersiach ekscytacji tamtych dni . W 1977 Randell opublikował artykuł The First Electronic Computer w kilku czasopismach.

W październiku 2000 r. 500-stronicowy raport techniczny na temat szyfru Tunny i jego kryptoanalizy — zatytułowany General Report on Tunny — został opublikowany przez GCHQ w krajowym urzędzie rejestrów publicznych i zawiera fascynujący pean na cześć Colossusa napisany przez kryptografów, którzy z nim pracowali :

Żałuje się, że nie można dać odpowiedniego wyobrażenia o fascynacji Kolosa przy pracy; jego ogrom i pozorna złożoność; fantastyczna prędkość cienkiej papierowej taśmy wokół błyszczących kół pasowych; dziecinna przyjemność nie-nie, rozpinania, drukowania głównego nagłówka i innych gadżetów; magia czysto mechanicznego dekodowania litera po literze (jedna nowicjuszka myślała, że ​​została oszukana); niesamowite działanie maszyny do pisania w drukowaniu poprawnych wyników bez pomocy człowieka i poza nią; stopniowanie wyświetlacza; okresy niecierpliwego oczekiwania zakończonego nagłym pojawieniem się upragnionej partytury; i dziwne rytmy charakteryzujące każdy typ biegu: dostojne włamanie, nierówny krótki bieg, regularność łamania koła, tępy prostokąt przerywany dzikimi skokami powrotu karetki, szaleńczy gadanina biegu motorowego, nawet niedorzeczny szał gospodarzy fałszywych partytur.

Rekonstrukcja

Zespół kierowany przez Tony'ego Sale'a (po prawej) zrekonstruował Colossus Mark II w Bletchley Park. Tutaj w 2006 roku Sale nadzoruje złamanie zaszyfrowanej wiadomości z ukończoną maszyną.

Budowa w pełni funkcjonalnej przebudowy Colossus Mark 2 została podjęta w latach 1993-2008 przez zespół kierowany przez Tony'ego Sale'a. Pomimo zniszczenia planów i sprzętu, ocalała zaskakująca ilość materiału, głównie w notatnikach inżynierów, ale znaczna ich ilość w Stanach Zjednoczonych. Największy problem mógł stanowić czytnik taśm optycznych, ale dr Arnold Lynch , jego oryginalny projektant był w stanie przeprojektować go zgodnie z własną oryginalną specyfikacją. Rekonstrukcja jest wystawiona w historycznie poprawnym miejscu dla Kolosa nr 9 w National Museum of Computing w H Block Bletchley Park w Milton Keynes w Buckinghamshire.

W listopadzie 2007 roku, aby uczcić zakończenie projektu i rozpocząć inicjatywę zbierania funduszy dla National Museum of Computing, w konkursie Cipher Challenge odbudowany Colossus zmierzył się z radioamatorami na całym świecie, będąc pierwszym, który otrzymał i zdekodował trzy wiadomości zaszyfrowane przy użyciu Lorenz SZ42 i nadawane ze stacji radiowej DL0HNF w muzeum komputerowym Heinz Nixdorf MuseumsForum . Wyzwanie z łatwością wygrał radioamator Joachim Schüth, który starannie przygotował się do wydarzenia i opracował własne przetwarzanie sygnału i kod do łamania kodów za pomocą Ady . Zespołowi Colossus przeszkadzała chęć korzystania ze sprzętu radiowego z czasów II wojny światowej, co opóźniło ich o jeden dzień z powodu złych warunków odbioru. Niemniej jednak laptop zwycięzcy 1,4 GHz, z własnym kodem, potrzebował mniej niż minuty, aby znaleźć ustawienia dla wszystkich 12 kół. Niemiecki łamacz kodów powiedział: „Mój laptop przetwarzał zaszyfrowany tekst z prędkością 1,2 miliona znaków na sekundę – 240 razy szybciej niż Colossus. Jeśli przeskalujesz częstotliwość procesora o ten współczynnik, otrzymasz odpowiednik zegara 5,8 MHz dla Colossusa. niezwykłą szybkość dla komputera zbudowanego w 1944 roku.”

Cipher Challenge zweryfikowało pomyślne zakończenie projektu przebudowy. „Dzięki dzisiejszej wydajności Colossus jest tak dobry, jak sześć dekad temu” - skomentował Tony Sale. „Jesteśmy zachwyceni, że stworzyliśmy odpowiedni hołd dla ludzi, którzy pracowali w Bletchley Park i których siła umysłu opracowała te fantastyczne maszyny, które złamały te szyfry i skróciły wojnę o wiele miesięcy”.

Widok z przodu przebudowy Colossusa, od prawej do lewej (1) „Łóżko” zawierające taśmę z wiadomością w ciągłej pętli i załadowaną drugą. (2) Stojak typu J zawierający panel wyboru i panel wtyczek. (3) K-rack z dużym panelem przełączników „Q” i nachylonym panelem krosowniczym. (4) Podwójny stojak S zawierający panel sterowania i pięć dwuwierszowych wyświetlaczy nad wizerunkiem znaczka pocztowego. (5) Elektryczna maszyna do pisania przed pięcioma zestawami czterech przełączników dekadowych „set total” w stojaku C.

Inne znaczenia

Zobacz też: Lista fikcyjnych komputerów

Był fikcyjny komputer o nazwie Colossus w filmie Colossus: The Forbin Project z 1970 roku , który był oparty na powieści Colossus z 1966 roku autorstwa DF Jonesa . Był to zbieg okoliczności, ponieważ poprzedza publiczne ujawnienie informacji o Colossusie, a nawet jego nazwie.

Powieść Neala Stephensona Cryptonomicon (1999) zawiera również fikcyjne potraktowanie historycznej roli, jaką odegrali Turing i Bletchley Park.

Zobacz też

przypisy

Dalsza lektura

Wycieczka z przewodnikiem po historii i geografii parku, napisana przez jednego z założycieli Bletchley Park Trust

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Colossus_computer&oldid=1139389577 ”