stringtranslate.com

Колосс компьютер

Colossus — это набор компьютеров , разработанных британскими дешифровальщиками в 1943–1945 годах [1] для помощи в криптоанализе шифра Лоренца . Colossus использовал термоэлектронные лампы (вакуумные трубки) для выполнения булевых и счетных операций. Таким образом , Colossus считается [2] первым в мире программируемым электронным цифровым компьютером, хотя он программировался с помощью переключателей и разъемов, а не с помощью хранимой программы . [3]

Colossus был разработан инженером-исследователем телефонной связи Главного почтамта (GPO) Томми Флауэрсом [1] на основе чертежей, разработанных математиком Максом Ньюманом в Школе правительственных кодов и шифров (GC&CS) в Блетчли-Парке .

Использование вероятности Аланом Тьюрингом в криптоанализе (см. Banburismus ) способствовало его разработке. Иногда ошибочно утверждалось, что Тьюринг разработал Colossus для помощи в криптоанализе Enigma . [4] (Машина Тьюринга, которая помогла расшифровать Enigma , была электромеханической Bombe , а не Colossus.) [5]

Прототип Colossus Mark 1 был продемонстрирован в рабочем состоянии в декабре 1943 года и использовался в Блетчли-парке к началу 1944 года. [1] Усовершенствованный Colossus Mark 2 , использовавший сдвиговые регистры для пятикратного увеличения скорости обработки данных, впервые заработал 1 июня 1944 года, как раз к высадке в Нормандии в день «Д». [6] К концу войны в эксплуатации находилось десять Colossi, а одиннадцатый был введен в эксплуатацию. [6] Использование этих машин в Блетчли-парке позволило союзникам получить огромное количество высокоуровневой военной разведки из перехваченных радиотелеграфных сообщений между немецким верховным командованием ( OKW ) и их армейскими командованиями по всей оккупированной Европе.

Существование машин Colossus держалось в секрете до середины 1970-х годов. [7] [8] Все машины, кроме двух, были разобраны на такие мелкие детали, что их использование не могло быть выведено. Две сохраненные машины были в конечном итоге разобраны в 1960-х годах. В январе 2024 года GCHQ опубликовал новые фотографии, на которых был показан переделанный Colossus в совершенно иной среде, чем здания Bletchley Park, предположительно в GCHQ Cheltenham. [9] Функционирующая реконструкция Mark 2 Colossus была завершена в 2008 году Тони Сейлом и командой добровольцев; она выставлена ​​в Национальном музее вычислительной техники в Bletchley Park. [10] [11] [12]

Цель и происхождение

Шифровальная машина Lorenz SZ42 со снятыми крышками в Национальном музее вычислительной техники в Блетчли-парке.
Машины Lorenz SZ имели 12 колес, каждое из которых имело разное количество кулачков (или «штифтов»).

Компьютеры Colossus использовались для расшифровки перехваченных радиотелетайпных сообщений , которые были зашифрованы с помощью неизвестного устройства. Разведывательная информация показала, что немцы называли беспроводные телетайпные системы передачи "Sägefisch" (рыба-пила). Это привело к тому, что британцы назвали зашифрованный немецкий телетайпный трафик " Fish " [14] , а неизвестную машину и ее перехваченные сообщения " Tunny " (тунец). [15]

До того, как немцы усилили безопасность своих рабочих процедур, британские криптоаналитики проанализировали, как функционирует невидимая машина, и построили ее имитацию под названием « Британский тунец ».

Было установлено, что машина имела двенадцать колес и использовала технику шифрования Вернама на символах сообщений в стандартном 5-битном телеграфном коде ITA2 . Она делала это, объединяя символы открытого текста с потоком ключевых символов, используя булеву функцию XOR для получения шифротекста .

В августе 1941 года ошибка немецких операторов привела к передаче двух версий одного и того же сообщения с идентичными настройками машины. Они были перехвачены и обработаны в Блетчли-парке. Сначала Джон Тилтман , очень талантливый криптоаналитик GC&CS, вывел ключевой поток из почти 4000 символов. [16] Затем Билл Татте , недавно прибывший член Исследовательского отдела, использовал этот ключевой поток для разработки логической структуры машины Лоренца. Он пришел к выводу, что двенадцать колес состояли из двух групп по пять, которые он назвал колесами χ ( хи ) и ψ ( пси ), оставшиеся два он назвал μ ( мю ) или «моторными» колесами. Колеса хи ступали регулярно с каждой зашифрованной буквой, в то время как пси- колеса ступали нерегулярно, под управлением моторных колес. [17]

Кулачки на колесах 9 и 10 показывают их поднятое (активное) и опущенное (неактивное) положение. Активный кулачок менял значение бита на противоположное (0→1 и 1→0).

При достаточно случайном ключевом потоке шифр Вернама устраняет свойство естественного языка открытого текстового сообщения иметь неравномерное распределение частот различных символов, чтобы создать равномерное распределение в зашифрованном тексте. Машина Танни справилась с этим хорошо. Однако криптоаналитики выяснили, что, исследуя распределение частот изменений от символа к символу в зашифрованном тексте, вместо простых символов, наблюдалось отклонение от однородности, которое открывало путь в систему. Это было достигнуто путем «дифференциации» , при которой каждый бит или символ подвергался операции XOR с его последующим. [18] После капитуляции Германии союзные войска захватили машину Танни и обнаружили, что это была электромеханическая шифровальная машина Lorenz SZ ( Schlüsselzusatzgerät , шифровальное присоединение) с последовательным расположением символов. [14]

Для того чтобы расшифровать переданные сообщения, необходимо было выполнить две задачи. Первая — «разрушение колес», то есть обнаружение кулачковых шаблонов для всех колес. Эти шаблоны были установлены на машине Лоренца, а затем использовались в течение фиксированного периода времени для последовательности различных сообщений. Каждая передача, которая часто содержала более одного сообщения, была зашифрована с различным начальным положением колес. Алан Тьюринг изобрел метод разрушения колес, который стал известен как Тьюрингери . [19] Метод Тьюринга был далее развит в «Прямоугольник», для которого Колосс мог создавать таблицы для ручного анализа. Колоссы 2, 4, 6, 7 и 9 имели «гаджет», помогающий этому процессу. [20]

Вторая задача была «настройка колес» , которая определяла начальные позиции колес для конкретного сообщения и могла быть предпринята только после того, как были известны шаблоны кулачков. [21] Именно для этой задачи изначально был разработан Colossus. Чтобы обнаружить начальную позицию колес хи для сообщения, Colossus сравнивал два потока символов, подсчитывая статистику из оценки программируемых булевых функций. Два потока были шифротекстом, который считывался на высокой скорости с бумажной ленты, и ключевым потоком, который был сгенерирован внутри, в моделировании неизвестной немецкой машины. После ряда различных запусков Colossus для обнаружения вероятных настроек колес хи , они были проверены путем изучения распределения частот символов в обработанном шифротексте. [22] Colossus произвел эти подсчеты частот.

Процессы дешифрования

Используя дифференциацию и зная, что пси- колеса не продвигаются с каждым символом, Тутт выяснил, что попытка применить всего два бита (импульса) хи - потока к различенному шифртексту даст статистику, которая не является случайной. Это стало известно как «взлом 1+2» Тутта . [26] Это включало вычисление следующей булевой функции:

и подсчет количества раз, когда он давал «ложь» (ноль). Если это число превышало предопределенное пороговое значение, известное как «установленная сумма», оно распечатывалось. Криптоаналитик изучал распечатку, чтобы определить, какая из предполагаемых начальных позиций с наибольшей вероятностью будет правильной для колес хи -1 и хи -2. [27]

Затем эта техника применялась к другим парам или отдельным импульсам для определения вероятной начальной позиции всех пяти колес хи . Из этого можно было получить де- хи (D) зашифрованного текста, из которого можно было удалить компонент пси ручными методами. [28] Если распределение частот символов в версии де- хи зашифрованного текста находилось в определенных пределах, считалось, что «настройка колес» колес хи была достигнута, [22] а настройки сообщений и де- хи передавались в « Тестовую ». Это был отдел в Блетчли-Парке, которым руководил майор Ральф Тестер , где основная часть работы по расшифровке выполнялась ручными и лингвистическими методами. [29]

Colossus также мог вывести начальную позицию пси- и мотор-колес. Возможность регулярного использования этой дополнительной возможности стала возможной в последние несколько месяцев войны, когда было много доступных Colossi, а количество сообщений Tunny сократилось. [30]

Проектирование и строительство

Клапаны (вакуумные трубки), стоящие друг на друге в воссозданном компьютере Colossus

Colossus был разработан для « Newmanry », [31] секции, возглавляемой математиком Максом Ньюманом , которая отвечала за машинные методы против двенадцатираторной онлайновой шифровальной машины телетайпа Lorenz SZ40/42 (кодовое название Tunny, для тунца). Проект Colossus возник из параллельного проекта, который создал менее амбициозную счетную машину, названную « Heath Robinson ». [9] Хотя машина Heath Robinson доказала концепцию машинного анализа для этой части процесса, у нее были серьезные ограничения. Электромеханические части были относительно медленными, и было трудно синхронизировать две закольцованные бумажные ленты , одна из которых содержала зашифрованное сообщение, а другая представляла часть ключевого потока машины Lorenz. [32] Кроме того, ленты имели тенденцию растягиваться и рваться при чтении со скоростью до 2000 символов в секунду.

Говорят, что шаговый переключатель взят из оригинального «Колосса», подаренного директором GCHQ директору АНБ в ознаменование 40-й годовщины Соглашения между Великобританией и США в 1986 году [33]

Томми Флауэрс MBE [d] был старшим инженером-электриком и руководителем группы коммутации на исследовательской станции почтового отделения в Доллис-Хилл . До работы над Colossus он с февраля 1941 года работал в GC&CS в Блетчли-Парке, пытаясь усовершенствовать Bombes , которые использовались в криптоанализе немецкой шифровальной машины Enigma. [34] Его порекомендовал Максу Ньюману Алан Тьюринг, который был впечатлен его работой над Bombes. [35] Основные компоненты машины Хита Робинсона были следующими.

Флауэрс был привлечен для проектирования объединяющего устройства Heath Robinson. [36] Он не был впечатлен системой ключевой ленты, которая должна была поддерживаться синхронизированной с лентой сообщений, и по собственной инициативе спроектировал электронную машину, которая устранила необходимость в ключевой ленте, имея электронный аналог машины Лоренца (Танни). [37] Он представил этот проект Максу Ньюману в феврале 1943 года, но идея о том, что от одной до двух тысяч предложенных термоионных вентилей ( вакуумных ламп и тиратронов ) могли бы надежно работать вместе, была встречена с большим скептицизмом, [38] поэтому у Доллис-Хилл было заказано больше Robinsons. Однако Флауэрс знал из своей довоенной работы, что большинство отказов термоионных вентилей происходило в результате термических напряжений при включении питания, поэтому невыключение машины снижало частоту отказов до очень низкого уровня. [39] Кроме того, если нагреватели запускались при низком напряжении, а затем медленно поднимались до полного напряжения, тепловое напряжение уменьшалось. Сами клапаны могли быть припаяны, чтобы избежать проблем с подключаемыми базами, которые могли быть ненадежными. [ необходима цитата ] Флауэрс настоял на своей идее и получил поддержку от директора исследовательской станции, У. Гордона Рэдли. [40]

Флауэрс и его команда из примерно пятидесяти человек в группе переключения [41] [42] потратили одиннадцать месяцев с начала февраля 1943 года на проектирование и создание машины, которая обходилась без второй ленты Хита Робинсона, генерируя образцы колес электронным способом. Флауэрс использовал часть своих собственных денег для проекта. [43] [44] Этот прототип, Mark 1 Colossus, содержал 1600 термоионных клапанов (трубок). [41] Он удовлетворительно показал себя в Доллис-Хилл 8 декабря 1943 года [45] и был разобран и отправлен в Блетчли-Парк, куда был доставлен 18 января и повторно собран Гарри Фенсомом и Доном Хорвудом. [12] [46] Он был готов к работе в январе [47] [8] и успешно атаковал свое первое сообщение 5 февраля 1944 года. [48] Это было большое сооружение, и его окрестили «Колосс». В меморандуме, хранящемся в Национальном архиве и написанном Максом Ньюманом 18 января 1944 года, говорится, что «Колосс прибывает сегодня». [49]

В ходе разработки прототипа была разработана улучшенная конструкция — Mark 2 Colossus. Четыре из них были заказаны в марте 1944 года, а к концу апреля количество заказанных машин было увеличено до двенадцати. Доллис Хилл был вынужден запустить первую из них к 1 июня. [50] Аллен Кумбс взял на себя руководство производством Mark 2 Colossi, первая из которых — содержащая 2400 клапанов — вступила в строй в 08:00 1 июня 1944 года, как раз к высадке союзников в Нормандии в день «Д» . [51] Впоследствии Colossi поставлялись со скоростью примерно по одной в месяц. Ко времени Дня Победы в Блетчли-парке работало десять Colossi, и была начата сборка одиннадцатой. [50] Семь Colossi использовались для «наладки колес», а три — для «разрыва колес». [52]

Colossus 10 с удлиненной кроватью в блоке H в Блетчли-парке, в помещении, где сейчас находится галерея Tunny Национального музея вычислительной техники.

Основные узлы конструкции Mark 2 были следующими. [37] [53]

Большая часть дизайна электроники была работой Томми Флауэрса, которому помогали Уильям Чендлер, Сидней Бродхерст и Аллен Кумбс; Эри Спейт и Арнольд Линч разрабатывали фотоэлектрический механизм считывания. [54] Кумбс вспомнил, как Флауэрс сделал черновой вариант своего проекта, разорвав его на части, которые он передал своим коллегам, чтобы они сделали детальный проект и заставили свою команду изготовить его. [55] Оба Mark 2 Colossi были в пять раз быстрее и были проще в эксплуатации, чем прототип. [e]

Ввод данных в Colossus осуществлялся посредством фотоэлектрического считывания бумажной ленты с транскрипцией зашифрованного перехваченного сообщения. Это было организовано в непрерывном цикле, так что его можно было считывать и перечитывать несколько раз — внутреннего хранилища для данных не было. Конструкция преодолела проблему синхронизации электроники со скоростью ленты сообщений путем генерации тактового сигнала от считывания ее отверстий звездочек. Таким образом, скорость работы была ограничена механикой считывания ленты. Во время разработки считыватель ленты был протестирован на скорости до 9700 символов в секунду (53 мили в час), прежде чем лента распалась. Таким образом, в качестве скорости для регулярного использования была установлена ​​скорость 5000 символов в секунду (40 футов в секунду (12,2 м/с; 27,3 мили в час)). Флауэрс разработал 6-символьный сдвиговый регистр, который использовался как для вычисления дельта-функции (ΔZ), так и для тестирования пяти различных возможных начальных точек колес Тунни в пяти процессорах. [57] [58] Этот пятисторонний параллелизм [f] позволил выполнить пять одновременных тестов и подсчетов, что дало эффективную скорость обработки 25 000 символов в секунду. [58] Вычисления использовали алгоритмы, разработанные У. Т. Туттом и его коллегами для расшифровки сообщения Tunny. [59] [60]

Операция

Панель выбора Колосса, показывающая выборки среди прочих, дальней ленты на раме кровати и для ввода в алгоритм: Δ Z , Δ и Δ .

В Ньюманри работали криптоаналитики, операторы из Женской королевской военно-морской службы (WRNS) – известные как «Врены» – и инженеры, которые постоянно были готовы к обслуживанию и ремонту. К концу войны штат сотрудников составлял 272 Врена и 27 мужчин. [50]

Первой задачей при работе с Colossus для нового сообщения была подготовка петли бумажной ленты. Это было сделано Ренами, которые склеили два конца вместе с помощью клея Bostik , гарантируя, что между концом и началом сообщения будет 150-символьная пустая лента. [61] Используя специальный ручной пробойник, они вставили начальное отверстие между третьим и четвертым каналами 2+1 ⁄ 2 отверстия для звездочки от конца пустой секции и стопорное отверстие между четвертым и пятым каналами 1+1 ⁄ 2 отверстий для зубчатых колес от конца символов сообщения. [62] [63] Они считывались специально расположенными фотоэлементами и указывали, когда сообщение должно было начаться и когда оно заканчивалось. Затем оператор протягивал бумажную ленту через ворота и вокруг шкивов станины и регулировал натяжение. Конструкция станины с двумя лентами была перенята у Хита Робинсона, так что одна лента могла быть загружена, пока предыдущая работала. Переключатель на панели выбора определял «ближнюю» или «дальнюю» ленту. [64]

После выполнения различных задач по сбросу и обнулению операторы Wren, следуя инструкциям криптоаналитика, управляли декадными переключателями «установить общее количество» и переключателями панели K2, чтобы установить нужный алгоритм. Затем они запускали двигатель ленты и лампу и, когда лента набирала скорость, управляли главным переключателем запуска. [64]

Программирование

Панель переключателей Colossus K2, на которой показаны переключатели для указания алгоритма (слева) и выбираемых счетчиков (справа)
Панель переключателей «установить общую сумму» Colossus

Говард Кампейн, математик и криптоаналитик из OP-20-G ВМС США , написал следующее в предисловии к статье Флауэрса 1983 года «Конструкция Колосса».

Мой взгляд на Колосса был взглядом криптоаналитика-программиста. Я приказал машине сделать определенные вычисления и подсчеты, а после изучения результатов приказал ей выполнить другую работу. Она не помнила предыдущий результат, и не могла бы действовать на его основе, даже если бы помнила. Колосс и я чередовались во взаимодействии, которое иногда достигало анализа необычной немецкой системы шифрования, называемой немцами «Geheimschreiber», а криптоаналитиками «Fish». [65]

Colossus не был компьютером с хранимой программой . Входные данные для пяти параллельных процессоров считывались с бумажной ленты сообщений и электронных генераторов шаблонов для чи , пси и мотор-колес. [66] Программы для процессоров устанавливались и удерживались на переключателях и соединениях панели разъемов. Каждый процессор мог вычислять булеву функцию, подсчитывать и отображать количество раз, когда он давал указанное значение «ложь» (0) или «истина» (1) для каждого прохода ленты сообщений.

Входные данные для процессоров поступали из двух источников: сдвиговых регистров от считывания ленты и тиратронных колец, которые эмулировали колеса машины Tunny. [67] Символы на бумажной ленте назывались Z , а символы из эмулятора Tunny обозначались греческими буквами, которые Билл Тутт дал им при разработке логической структуры машины. На панели выбора переключатели указывали либо Z , либо ΔZ , либо или Δ и либо или Δ для данных, которые должны были быть переданы в поле гнезда и «панель переключателей K2». Эти сигналы от имитаторов колес могли быть указаны как наступающие при каждом новом проходе ленты сообщений или нет.

Панель переключателей K2 имела группу переключателей с левой стороны для задания алгоритма. Переключатели с правой стороны выбирали счетчик, на который подавался результат. Коммутационная панель позволяла накладывать менее специализированные условия. В целом переключатели панели переключателей K2 и коммутационная панель допускали около пяти миллиардов различных комбинаций выбранных переменных. [61]

Например: набор запусков для ленты сообщений изначально может включать два колеса хи , как в алгоритме Тутта 1+2. Такой двухколесный запуск назывался длинным запуском, занимающим в среднем восемь минут, если только параллелизм не использовался для сокращения времени в пять раз. Последующие запуски могли включать только установку одного колеса хи , что давало короткий запуск, занимающий около двух минут. Первоначально, после первоначального длительного запуска, выбор следующего алгоритма для проверки определялся криптоаналитиком. Однако опыт показал, что деревья решений для этого итеративного процесса могли быть созданы для использования операторами Врена в пропорции случаев. [68]

Влияние и судьба

Хотя «Колосс» был первой из электронных цифровых машин с возможностью программирования, хотя и ограниченной по современным стандартам [69] , он не был машиной общего назначения, поскольку был разработан для ряда криптоаналитических задач, большинство из которых включало подсчет результатов оценки булевых алгоритмов.

Таким образом, компьютер Colossus не был полностью полной по Тьюрингу машиной. Однако профессор Университета Сан-Франциско Бенджамин Уэллс показал, что если бы все десять созданных машин Colossus были переставлены в определенный кластер , то весь набор компьютеров мог бы смоделировать универсальную машину Тьюринга и, таким образом, быть полной по Тьюрингу. [70]

Colossus и причины его создания были строго секретными и оставались таковыми в течение 30 лет после войны. Следовательно, он не был включен в историю вычислительного оборудования в течение многих лет, и Флауэрс и его коллеги были лишены признания, которого они заслуживали. Все, кроме двух Colossi, были разобраны после войны, а части возвращены в почтовое отделение. Некоторые части, продезинфицированные в соответствии с их первоначальным предназначением, были доставлены в Лабораторию вычислительных машин Королевского общества Макса Ньюмана в Манчестерском университете . [71] Два Colossi, вместе с двумя машинами Tunny, были сохранены и перемещены в новую штаб-квартиру GCHQ в Исткоте в апреле 1946 года, а затем в Челтнем между 1952 и 1954 годами. [72] [9] Один из Colossi, известный как Colossus Blue , был разобран в 1959 году; другой в 1960-х годах. [72] Томми Флауэрсу было приказано уничтожить всю документацию. Он должным образом сжег их в печи и позже сказал об этом приказе:

Это была ужасная ошибка. Мне было поручено уничтожить все записи, что я и сделал. Я взял все чертежи, планы и всю информацию о Колоссе на бумаге и положил их в огонь котла. И увидел, как они сгорели. [73]

Колоссы были адаптированы для других целей с разной степенью успеха; в более поздние годы их использовали для обучения. [74] Джек Гуд рассказал, как он был первым, кто использовал Колосса после войны, убедив Агентство национальной безопасности США , что его можно использовать для выполнения функции, для которой они планировали построить специальную машину. [72] Колосс также использовался для подсчета символов на одноразовой ленте блокнота для проверки на неслучайность. [72]

Небольшое количество людей, которые были связаны с Colossus и знали, что крупномасштабные, надежные, высокоскоростные электронные цифровые вычислительные устройства были осуществимы, сыграли значительную роль в ранней компьютерной работе в Великобритании и, вероятно, в США. Однако, будучи настолько секретным, он оказал небольшое прямое влияние на разработку более поздних компьютеров; именно EDVAC был основополагающей компьютерной архитектурой того времени. [75] В 1972 году Герман Голдстайн , который не знал о Colossus и его наследии для проектов таких людей, как Алан Тьюринг ( ACE ), Макс Ньюман ( Manchester computers ) и Гарри Хаски ( Bendix G-15 ), написал, что,

Британия обладала такой жизненной силой, что смогла сразу после войны приступить к реализации множества хорошо задуманных и прекрасно выполненных проектов в области компьютеров. [76]

Профессор Брайан Рэнделл , который раскопал информацию о Колоссе в 1970-х годах, прокомментировал это так:

По моему мнению, проект COLOSSUS был важным источником этой жизненной силы, который в значительной степени недооценен, как и значимость его места в хронологии изобретения цифрового компьютера. [77]

Усилия Рэнделла начали приносить плоды в середине 1970-х годов. Секретность вокруг Блетчли-парка была нарушена, когда капитан группы Уинтерботам опубликовал свою книгу «Ультрасекретно» в 1974 году. [78] Рэнделл исследовал историю компьютерных наук в Великобритании для конференции по истории вычислений, которая проводилась в Лос-Аламосской научной лаборатории, Нью-Мексико, 10–15 июня 1976 года, и получил разрешение представить доклад о развитии COLOSSI во время войны на исследовательской станции почтового отделения , Доллис-Хилл (в октябре 1975 года британское правительство опубликовало серию подписанных фотографий из Государственного архива). Интерес к «откровениям» в его докладе привел к специальной вечерней встрече, на которой Рэнделл и Кумбс ответили на дополнительные вопросы. Позже Кумбс писал, что ни один член нашей команды никогда не сможет забыть товарищество, чувство цели и, прежде всего, захватывающее дух волнение тех дней . В 1977 году Рэнделл опубликовал статью «Первый электронный компьютер» в нескольких журналах. [g] [79]

В октябре 2000 года GCHQ опубликовал в Государственном архиве 500-страничный технический отчет о шифре Танни и его криптоанализе под названием « Общий отчет о Танни» [80] , содержащий захватывающую хвалебную песнь Колоссу от криптографов, которые с ним работали:

Жаль, что невозможно дать адекватное представление об очаровании Колосса в работе; его огромной массе и кажущейся сложности; фантастической скорости тонкой бумажной ленты вокруг сверкающих шкивов; детском удовольствии от не-не, пролета, печати главного заголовка и других приспособлений; волшебстве чисто механического декодирования буква за буквой (одна новичок подумала, что ее обманывают); сверхъестественном действии пишущей машинки при печати правильных партитур без и помимо человеческой помощи; шагах дисплея; периодах напряженного ожидания, достигающих кульминации во внезапном появлении долгожданной партитуры; и странных ритмах, характеризующих каждый тип тиража: величественный обкат, беспорядочный короткий тираж, регулярность торможения колеса, флегматичный прямоугольник, прерываемый дикими скачками возврата каретки, неистовый стрекот моторного бега, даже нелепое безумие множества фальшивых партитур. [81]

Реконструкция

Команда под руководством Тони Сейла (справа) реконструировала Colossus Mark II в Блетчли-парке. Здесь, в 2006 году, Сейл наблюдает за взломом зашифрованного сообщения с помощью завершенной машины.

Команда под руководством Тони Сейла построила полностью функциональную реконструкцию [82] [83] Colossus Mark 2 между 1993 и 2008 годами. [12] [11] Несмотря на то, что чертежи и оборудование были уничтожены, удивительное количество материала сохранилось, в основном в записных книжках инженеров, но значительное его количество в США. Оптический считыватель ленты, возможно, представлял наибольшую проблему, но доктор Арнольд Линч , его первоначальный конструктор, смог перепроектировать его в соответствии со своими собственными оригинальными спецификациями. Реконструкция экспонируется на исторически правильном месте для Colossus No. 9 в Национальном музее вычислительной техники , в H Block Bletchley Park в Милтон-Кинсе , Бакингемшир.

В ноябре 2007 года, чтобы отпраздновать завершение проекта и отметить начало инициативы по сбору средств для Национального музея вычислительной техники, был проведен конкурс Cipher Challenge [84], в котором восстановленный Colossus соревновался с радиолюбителями со всего мира, чтобы первым принять и расшифровать три сообщения, зашифрованных с помощью Lorenz SZ42 и переданных с радиостанции DL0HNF в компьютерном музее Heinz Nixdorf MuseumsForum . Испытание было легко выиграно радиолюбителем Иоахимом Шютом, который тщательно подготовился [85] к мероприятию и разработал свой собственный код обработки сигналов и взлома кода с использованием Ada . [86] Команде Colossus мешало их желание использовать радиооборудование времен Второй мировой войны, [87] что задержало их на день из-за плохих условий приема. Тем не менее, ноутбуку победителя с частотой 1,4 ГГц, на котором работал его собственный код, потребовалось меньше минуты, чтобы найти настройки для всех 12 колес. Немецкий дешифровщик сказал: «Мой ноутбук переваривал шифртекст со скоростью 1,2 миллиона символов в секунду — в 240 раз быстрее, чем Colossus. Если вы увеличите частоту процессора на этот коэффициент, то получите эквивалентную тактовую частоту 5,8 МГц для Colossus. Это замечательная скорость для компьютера, построенного в 1944 году». [88]

Cipher Challenge подтвердил успешное завершение проекта по восстановлению. «Сегодняшние показатели Colossus так же хороши, как и шесть десятилетий назад», — прокомментировал Тони Сейл. «Мы рады, что создали достойную дань уважения людям, которые работали в Блетчли-парке и чья интеллектуальная мощь создала эти фантастические машины, которые взломали эти шифры и сократили войну на много месяцев». [89]

Вид спереди реконструкции Колосса, на которой справа налево показаны: (1) «кровать», содержащая ленту сообщений в ее непрерывной петле и вторую загруженную ленту. (2) J-стойка, содержащая панель выбора и панель штепселя. (3) K-стойка с большой панелью переключателей «Q» и наклонной коммутационной панелью. (4) Двойная S-стойка, содержащая панель управления и, над изображением почтовой марки, пять двухстрочных счетчиков. (5) Электрическая пишущая машинка перед пятью наборами из четырех «всего набора» декадных переключателей в C-стойке. [90]

Другие значения

В фильме 1970 года «Колосс: Проект Форбина» , основанном на романе 1966 года «Колосс» Д. Ф. Джонса , был вымышленный компьютер под названием «Колосс» . Это совпадение, поскольку он появился еще до публичного раскрытия информации о «Колоссе» или даже его имени.

Роман Нила Стивенсона «Криптономикон» (1999) также содержит вымышленную трактовку исторической роли Тьюринга и Блетчли-Парка.

Смотрите также

Сноски

  1. ↑ Два оператора были идентифицированы по-разному: Дороти Дю Буассон (слева), Элси Букер, Вивиан Форстер (слева), Кэтрин Кеннеди (неизвестно) и Патрисия Дэвис (справа). [ необходима цитата ]
  2. ^ Согласно данным Национального музея вычислительной техники, энергопотребление восстановленного Colossus. При отсутствии информации об обратном предполагается, что оригинал аналогичен.
  3. ^ Булева или «истинная» функция XOR , также известная как Исключающая дизъюнкция и Исключающее ИЛИ , представляет собой то же самое, что и двоичное сложение и вычитание по модулю 2.
  4. ↑ Флауэрс был удостоен звания MBE в июне 1943 года.
  5. ^ Для сравнения, более поздние компьютеры с хранимой в памяти программой, такие как Manchester Mark 1 1949 года, использовали 4050 ламп, [56] тогда как ENIAC (1946) использовал 17 468 ламп.
  6. ^ Теперь это называется систолическим массивом .
  7. ↑ New Scientist , 10 февраля 1977 г. и IBM UK News, 4 марта 1967 г.
  1. ^ abc "Colossus". Национальный музей вычислительной техники . Получено 25 января 2021 г.
  2. ^ Коупленд «Введение» 2006, стр. 2.
  3. ↑ Распродажа 2000.
  4. ↑ Голден, Фредерик (29 марта 1999 г.), «Кто построил первый компьютер?», Time , т. 153, № 12, архивировано из оригинала 6 января 2006 г.
  5. ↑ Копленд, Джек , «Колосс: первый крупномасштабный электронный компьютер», Colossus-computer.com , получено 21 октября 2012 г.
  6. ^ ab Flowers 1983, стр. 246.
  7. ^ Барбер, Никола (21 декабря 2015 г.). Кто сломал коды военного времени?. Capstone. ISBN 9781484635599. Получено 26 октября 2017 г. – через Google Books.
  8. ^ ab Preneel, Bart, ed. (2000), "Colossus and the German Lorenz Cipher – Code Breaking in WW II" (PDF) , Advances in Cryptology - EUROCRYPT 2000: Международная конференция по теории и применению криптографических методов Брюгге, Бельгия, 14–18 мая 2000 г., Труды , Lecture Notes in Computer Science, Springer, стр. 417, doi : 10.1007/3-540-45539-6_29 , ISBN 978-3540675174, архивировано (PDF) из оригинала 20 ноября 2008 г.
  9. ^ abc GCHQ 2024.
  10. ^ "coltalk_2". Codesandciphers.org.uk . Получено 26 октября 2017 г. .
  11. ^ ab Campbell-Kelly, Martin (31 августа 2011 г.). «Некролог Тони Сейла». The Guardian . Получено 26 октября 2017 г. .
  12. ^ abc Colossus – The Rebuild Story, Национальный музей вычислительной техники, архивировано из оригинала 18 апреля 2015 г. , извлечено 13 мая 2017 г.
  13. ^ Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 11 German Tunny, 11B The Tunny Cipher Machine, стр. 6.
  14. ^ ab Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 11 German Tunny, 11A Fish Machines, (c) The German Ciphered Teleprinter, стр. 4.
  15. ^ Хинсли, Ф. Х.; Стрип, Алан (2001). "ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ: Рыба". Взломщики кодов: Внутренняя история Блетчли-парка . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-280132-6. Получено 26 октября 2017 г. – через Google Books.
  16. ^ Будянский 2006, стр. 55–56.
  17. ^ Тутте 2006, стр. 357.
  18. ^ ab Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 11 German Tunny, 11C Wheel Patterns, (b) Differenced and Undifferenced Wheels, стр. 11.
  19. ^ Коупленд «Тьюрингери» 2006, стр. 378–385.
  20. ↑ Good, Michie & Timms 1945, 24 – Прямоугольники: 24B Создание и ввод прямоугольников, стр. 114–115, 119–120.
  21. ^ Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 11 German Tunny, 11E The Tunny Network, (b) Wheel-breaking and Setting, стр. 15.
  22. ^ ab Small 1944, стр. 15.
  23. ^ ab Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 12 Криптографические аспекты, 12A Проблема, (a) Формулы и обозначения, стр. 16.
  24. ^ Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 11 German Tunny, 11B Машина шифрования Tunny, (e) Psi-key, стр. 7.
  25. ^ Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 11 German Tunny, 11B The Tunny Cipher Machine, (a) Дополнение, стр. 5.
  26. ^ Будянский 2006, стр. 58–59.
  27. ↑ Картер 2008, стр. 18–19.
  28. ↑ Смолл 1944, стр. 65.
  29. ^ Робертс, Джерри (2009). Капитан Джерри Робертс: Моя совершенно секретная шифровальная ломка в Блетчли-парке с 1941 по 1945 гг.: Лекция 11 марта 2009 г. Университетский колледж Лондона. 34 минуты. Архивировано из оригинала 24 ноября 2021 г. – через YouTube.
  30. ^ Коупленд 2006, стр. 77.
  31. ↑ Good, Michie & Timms 1945, 3 Организация: 31 Раздел г-на Ньюмана, стр. 276.
  32. ^ Андерсон 2007, стр. 8.
  33. ↑ Экспонат в Национальном музее криптологии, Форт-Мид, Мэриленд, США.
  34. ^ Рэнделл 1980, стр. 9.
  35. ^ Будянский 2000, стр. 314.
  36. ^ Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 15 Некоторые исторические заметки, 15A Первые этапы развития машин, (c) Хит Робинсон, стр. 33.
  37. ^ ab Flowers 2006, стр. 96.
  38. ↑ Флауэрс 1983, стр. 244.
  39. ^ Коупленд «Машина против машины» 2006, стр. 72.
  40. ^ Коупленд «Машина против машины» 2006, стр. 74.
  41. ^ ab Flowers 2006, стр. 80.
  42. ^ Рэнделл 2006, стр. 143.
  43. ^ Боден, Маргарет (2000), Разум как машина: история когнитивной науки, Oxford University Press, стр. 159, ISBN 978-0199241446
  44. ^ Аткинсон, Пол (2010), Компьютер (Объект), Reaktion Books, стр. 29, ISBN 978-1861896643
  45. ^ Коупленд 2010.
  46. ↑ Фенсом, Джим (8 ноября 2010 г.), «Некролог Гарри Фенсома», The Guardian , Лондон , дата обращения 17 октября 2012 г.
  47. ^ Стерлинг, Кристофер Х., ред. (2007), Военные коммуникации: от древних времен до 21-го века , ABC-CLIO, ISBN 978-1851097326
  48. ^ Коупленд «Машина против машины» 2006, стр. 75.
  49. ^ Ганнон 2007, стр. 283.
  50. ^ abc Good, Michie & Timms 1945, 1 Введение: 15 – Некоторые исторические заметки, 15C Период расширения, (b) Colossus, стр. 35.
  51. ↑ Рэнделл, Брайан ; Фенсом, Гарри; Милн, Фрэнк А. (15 марта 1995 г.), «Некролог: Аллен Кумбс», The Independent , Лондон , получено 18 октября 2012 г.
  52. ^ Кеньон 2019, стр. 60.
  53. ↑ Флауэрс 1983, стр. 249–252.
  54. ↑ Флауэрс 1983, стр. 243, 245.
  55. ^ Кумбс 1983.
  56. ↑ Lavington, SH (июль 1977 г.), «The Manchester Mark 1 and Atlas: a Historical Perspective» (PDF) , Communications of the ACM , 21 (1): 4–12, doi :10.1145/359327.359331, S2CID  10301670, архивировано (PDF) из оригинала 14 января 2004 г. , извлечено 8 февраля 2009 г.
  57. ↑ Цветы 1983.
  58. ^ ab Flowers 2006, стр. 100.
  59. ^ Коупленд 2011.
  60. ^ "Биография профессора Тутте - Комбинаторика и оптимизация". Uwaterloo.ca . 13 марта 2015 г. Архивировано из оригинала 19 августа 2019 г. Получено 26 октября 2017 г.
  61. ^ ab Good, Michie & Timms 1945, 5 Machines: 53 Colossus 53A Введение, стр. 333.
  62. ↑ Флауэрс 1983, стр. 241, 242.
  63. ↑ Гуд, Мичи и Тиммс 1945, 5 Машин: 53 Колосс 53B Поток Z, стр. 333.
  64. ^ ab Fensom 2006, стр. 303.
  65. ↑ Флауэрс 1983, стр. 239–252.
  66. ↑ Смолл 1944, стр. 108.
  67. ↑ Гуд, Мичи и Тиммс 1945, 5 Машин: 53 Колосс, стр. 333–353.
  68. ^ Будянский 2006, стр. 62.
  69. ^ "Краткая история вычислений. Джек Коупленд, июнь 2000 г.". Alanturing.net . Получено 26 октября 2017 г. .
  70. ^ Уэллс, Бенджамин (2009). «Достижения в области ввода-вывода, ускорения и универсальности на Colossus, нетрадиционном компьютере». Труды 8-й Международной конференции по нетрадиционным вычислениям 2009 (UC09), Понта-Делгада, Португалия . Конспект лекций по информатике. Том 5175. Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag. С. 247–261. doi :10.1007/978-3-642-03745-0_27. ISBN 978-3-642-03744-3.
  71. ^ "Краткая история вычислений". alanturing.net . Получено 26 января 2010 г. .
  72. ^ abcd Коупленд и др. 2006, стр. 173–175.
  73. ^ Маккей 2010, стр. 270–271.
  74. ^ Хорвуд, округ Колумбия (1973). Техническое описание Colossus I: PRO HW 25/24. Архивировано из оригинала 2 апреля 2014 года . Получено 16 марта 2014 года – через YouTube.
  75. ^ Чодос, Алан (2022). «Август 1946: Лекции школы Мура». APS News . 11 (4) . Получено 25 января 2022 г.
  76. ↑ Голдстайн 1980, стр. 321.
  77. ^ Рэнделл 1980, стр. 87.
  78. ^ Winterbotham, FW (2000) [1974], Секрет Ультра: внутренняя история операции Ультра, Блетчли-Парк и Энигма , Лондон: Orion Books Ltd, ISBN 9780752837512, OCLC  222735270
  79. ^ COLOSSUS и история вычислений: важный вклад Доллис Хилл, автор AWM Coombs, в The Post Office Electrical Engineers' Journal (POEEJ; том 70, 1977/78 часть 2, июль 1977 г., страницы 108-110)
  80. ↑ Гуд, Мичи и Тиммс, 1945.
  81. ↑ Гуд, Мичи и Тиммс 1945, 5 Машин: 51 Введение, (j) Впечатления от Колосса, стр. 327.
  82. ^ "Colossus Rebuild - Tony Sale". Codesandciphers.org.uk . Получено 26 октября 2017 г. .
  83. ^ * Сейл, Тони (2008). "Видео Тони Сейла, говорящего о восстановленном Колоссе 2008-6-19" . Получено 13 мая 2017 г.
  84. ^ "Cipher Challenge". Архивировано из оригинала 1 августа 2008 года . Получено 1 февраля 2012 года .
  85. ^ "Программное обеспечение для взлома кода SZ42". Schlaupelz.de . Получено 26 октября 2017 г. .
  86. ^ "Cracking the Lorenz Code". Ada Answers . AdaCore. Архивировано из оригинала 8 февраля 2012 года . Получено 26 октября 2017 года .
  87. ↑ Уорд, Марк (16 ноября 2007 г.). «Колосс проигрывает гонку по взлому кодов». BBC News . Получено 2 января 2010 г.
  88. ^ "Немецкий дешифровщик получает награду Bletchley Park Honours". Bletchley Park National Codes Centre. 27 января 2008 г. Архивировано из оригинала 2 января 2013 г. Получено 7 апреля 2012 г.
  89. ^ "Последние новости Cipher Challenge 16.11.2007". TNMoC - Cipher Challenge! . Архивировано из оригинала 18 апреля 2008 г.
  90. ^ Сейл, Тони . «Колосс, его цель и работа». Codesandciphers.org.uk . Получено 26 октября 2017 г.

Ссылки

Дальнейшее чтение

Экскурсия по истории и географии парка, написанная одним из основателей фонда Bletchley Park Trust.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Компьютер Колосс» .