Хит Робинсон — машина, использовавшаяся британскими дешифровщиками в правительственной школе кодов и шифров (GC&CS) в Блетчли-парке во время Второй мировой войны для криптоанализа шифра Лоренца . Это позволило расшифровать сообщения в немецком телетайпном шифре, созданном встроенной шифровальной машиной Лоренца SZ40/42 . Дешифровщики называли и шифр, и машины «Тунни», называя различные немецкие телетайпные шифры в честь рыб . Это была в основном электромеханическая машина, содержащая не более пары десятков клапанов (вакуумных трубок) [2] и являвшаяся предшественником электронного компьютера Колосс . Ее окрестили «Хит Робинсон» управлявшие ею Рены в честь карикатуриста Уильяма Хита Робинсона , который рисовал чрезвычайно сложные механические устройства для простых задач, похожие на Руба Голдберга в США (и несколько предшествовавшие ему) [3]
Функциональная спецификация машины была разработана Максом Ньюманом . Основной инженерный проект был разработан Фрэнком Морреллом [4] на исследовательской станции почтового отделения в Доллис-Хилл в Северном Лондоне, а его коллега Томми Флауэрс спроектировал «объединяющий блок». [5] Доктор CE Винн-Уильямс из исследовательского центра телекоммуникаций в Малверне изготовил высокоскоростные электронные лампы и релейные счетчики. [5] Строительство началось в январе 1943 года, [6] прототип машины был доставлен в Блетчли-Парк в июне и вскоре после этого был впервые использован для чтения текущего зашифрованного трафика. [7]
Так как Robinson был немного медленным и ненадежным, его позже заменил компьютер Colossus для многих целей, включая методы, используемые против двенадцатираторной онлайновой шифровальной машины Lorenz SZ42 (кодовое название Tunny, от слова «тунец»). [8] [9]
Основой метода, реализованного машиной Хита Робинсона, была «техника 1+2» Билла Татта . [10] Она включала изучение первых двух из пяти импульсов [11] символов сообщения на ленте зашифрованного текста и их объединение с первыми двумя импульсами части ключа, сгенерированного колесами машины Лоренца. Это включало чтение двух длинных петель бумажной ленты, одна из которых содержала зашифрованный текст, а другая — компонент ключа. Сделав ключевую ленту на один символ длиннее ленты сообщения, каждая из 1271 начальной позиции последовательности 1 2 была опробована против сообщения. [12] Для каждой начальной позиции подсчитывалось количество, и если оно превышало заранее определенный «установленный общий итог», оно распечатывалось. Наибольшее количество, скорее всего, было тем, у которого были правильные значения 1 и 2. С этими значениями можно было попытаться изменить настройки других колес, чтобы сломать все пять начальных позиций колес для этого сообщения. Это позволило затем устранить эффект компонента ключа и атаковать полученное измененное сообщение ручными методами в Testery .
«Кровати» представляли собой систему шкивов, вокруг которых синхронно вращались две непрерывные петли ленты. Первоначально это осуществлялось с помощью пары зубчатых колес на общей оси. Это было изменено на привод с помощью фрикционных шкивов, при этом зубчатые колеса поддерживали синхронность, когда было обнаружено, что это наносило меньше повреждений лентам. Скорость до 2000 символов в секунду достигалась для более коротких лент, но только 1000 для более длинных лент. Ленты направлялись мимо массива фотоэлектрических ячеек, где считывались символы и другие сигналы. [13] Возможная длина ленты на кровати составляла от 2000 до 11 000 символов. [14]
Перфорированные ленты считывались фотоэлектрически на «затворе», который был расположен как можно ближе к зубчатому колесу, чтобы уменьшить эффект растянутых лент. Последовательные символы на ленте считывались батареей из десяти фотоэлементов, одиннадцатый для отверстий зубчатого колеса и два дополнительных для сигналов «стоп» и «старт», которые вручную пробивались между третьим и четвертым и четвертым и пятым каналами. [13]
Это было разработано Томми Флауэрсом из исследовательской станции почтового отделения в Доллис-Хилл в Северном Лондоне. [5] Для реализации логики использовались термоэлектронные клапаны (вакуумные трубки). Это включало в себя функцию логического «исключающего ИЛИ» (XOR) для объединения различных потоков битов. В следующей « таблице истинности » 1 представляет «истину», а 0 представляет «ложь». (В Блетчли-парке они были известны как x и • соответственно.)
Другие названия этой функции: "не равно" (NEQ), " сложение по модулю 2" (без переноса) и "вычитание по модулю 2" (без "заимствования"). Обратите внимание, что сложение и вычитание по модулю 2 идентичны. Некоторые описания расшифровки Tunny относятся к сложению, а некоторые к дифференцированию, т. е. вычитанию, но они означают одно и то же.
Объединяющий блок реализовал логику статистического метода Тутта. Это требовало, чтобы бумажная лента, содержащая шифртекст, была опробована против ленты, содержащей компонент шифровальной машины Лоренца, сгенерированный соответствующими двумя хи -колесами во всех возможных начальных позициях. Затем был сделан подсчет общего числа сгенерированных нулей , причем высокий подсчет указывал на большую вероятность того, что начальная позиция последовательности хи -ключа является правильной.
Уинн-Уильямс получил докторскую степень в Кембриджском университете за работу в Кавендишской лаборатории с сэром Эрнестом Резерфордом . [15] В 1926 году он сконструировал усилитель, использующий термоионные вентили (вакуумные трубки) для очень малых электрических токов, возникающих в детекторах в их экспериментах по ядерному распаду. Резерфорд заставил его посвятить свое внимание созданию надежного лампового усилителя и методам регистрации и подсчета этих частиц. Счетчик использовал газонаполненные тиратронные трубки , которые являются бистабильными устройствами.
Счетчики, которые Уинн-Уильямс разработал для Хита Робинсона, а затем и для компьютеров Colossus, использовали тиратроны для подсчета единиц 1, 2, 4, 8; высокоскоростные реле для подсчета единиц 16, 32, 48, 64; и более медленные реле для подсчета 80, 160, 240, 320, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000, 6000 и 8000. [14] Счет, полученный для каждого прогона ленты сообщений, сравнивался с предварительно установленным значением, и если он превышал его, отображался вместе со счетом, который указывал положение ключевой ленты по отношению к ленте сообщений. Операторам Wren изначально приходилось записывать эти числа до того, как отображался следующий счет, превышающий порог, — что было «плодотворным источником ошибок», [16] поэтому вскоре был введен принтер.
Оригинальный Heath Robinson был прототипом и был эффективен, несмотря на ряд серьезных недостатков. [16] Все эти недостатки, кроме одного, отсутствия возможности «охвата» [17] , были постепенно преодолены в ходе разработки того, что стало известно как « Старый Робинсон ». [18] Однако Томми Флауэрс понял, что он может создать машину, которая будет генерировать ключевой поток электронным способом, так что основная проблема поддержания синхронизации двух лент друг с другом будет устранена. Это было зарождением компьютера Colossus.
Несмотря на успех Colossus, подход Робинсона все еще был ценен для определенных проблем. Были разработаны улучшенные версии, названные Peter Robinson и Robinson and Cleaver в честь универмагов в Лондоне. [19] Дальнейшим развитием идей стала машина под названием Super Robinson или Super Rob. [20] Разработанная Томми Флауэрсом, эта машина имела четыре станины [21] , что позволяло запускать четыре ленты, и использовалась для запуска глубин и «крибов» или атак с известным открытым текстом . [22] [23]
