Colossus (számítógép)

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. február 11-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 17 szerkesztést igényelnek .
 Ultra művelet

Ultra • Enigma • Enigma kriptanalízis • Kriptológiai bomba • Bombe • Lorentz • Colossus • Bletchley Park

A Colossus (  angolul  - "Colossus") egy titkos brit számítógép, amelyet 1943-ban terveztek és építettek a Lorenz SZ rendszerrel  titkosított, elfogott német rádióüzenetek dekódolására . A számítógép 1500 vákuumcsőből állt (2500 a Colossus Mark II-ben), így a Colossus korának legnagyobb számítógépe (a legközelebbi versenytárs[ mi? ] csak 150 lámpával rendelkezett). Az 1944-es létrehozás és üzembe helyezés lehetővé tette az elfogott üzenetek megfejtésének idejét több hétről több órára csökkenteni. Modernizáció A Colossus Mark II az első programozható számítógép a számítógépek történetében [1] .

A háború végére 10 Colossi volt használatban [2] [3] .

A létrehozás okai

1940-ben a brit rádiólehallgató szolgálat szokatlan jellegű rádióüzeneteket kezdett felfigyelni. A rádióforgalomban szokásos Morse-kód helyett ezek az üzenetek a teletípusokban használt Baudot-kódot tartalmazták . Az elfogott radiogramot azonnal továbbították a Kódok és Rejtjelek Kormányzati Iskolájába részletes elemzés céljából. Mint kiderült, az új üzenetek nemcsak a kódolásban, hanem a titkosítási módszerben is különböztek: sokkal bonyolultabb volt, mint a brit hírszerzés által már kellőképpen tanulmányozott Enigma titkosítás. Az új rejtjel a "Tunny" kódnevet kapta ( angolul  tunny -  "  tuna"). A brit elemzők a kódolt német teletípus forgalmat "Hal"-nak nevezték ( hal  angolul -  "  hal"), fajtáit pedig különféle halfajták nevének [4] [Megjegyzés. 1] . A Bletchley Parkban külön egységet hoztak létre az új titkosítás tanulmányozására, de ennek ellenére az elemzés lassan haladt előre.

1941 augusztusában az egyik német kriptográfus elkövette azt a hibát, hogy egymás után két, kissé eltérő rádióüzenetet továbbított, ugyanazzal a kulccsal titkosítva . Mindkét radiogramot lehallgatták [Megjegyzés. 2] . Ez lehetővé tette a britek számára, hogy ne csak az üzenet szövegét fejtsék meg, hanem a titkosítási sorozat meglehetősen hosszú töredékét is megkapják. Világossá vált, hogy az új német készülék a szokásos kerekek titkosítási elvén készült, de a kerekek száma szokatlanul nagy volt: az Enigmával ellentétben a Tanni öt helyett 12 kereket kapott [4] .

A megszerzett információk lehetővé tették a "Tanni" üzenetek egy részének manuális megfejtését, de ez túl sok időt igényelt. A munkában az áttörést William Tutt , a Bletchley Park fiatal matematikusának erőfeszítései eredményezték. Tutt statisztikai módszerek alkalmazását javasolta az elemzéshez, és felépített egy "Tunny" statisztikai modellt. Ennek eredményeként sikerült kiderítenie, hogy a rejtjelkulcs két részből áll. Az első rész az a szabály volt, amely szerint minden kerék peremére kis mechanikus hegyeket szereltek fel. A kulcs második részét, az úgynevezett keréksablont maga a kezelő írta be, hogy több üzenetet továbbítson (ami szintén a német kriptográfusok hibája volt). Összesen 501 minta volt, amelyek hossza változó volt, és coprime volt .

A Tutt-módszer szerinti statisztikai elemzés nagy mennyiségű számítást igényelt, amelyhez a Dollis Hill mérnökeivel együttegy speciális gépet építettek, a Heath Robinsont (William Heath Robinson angol művész után, aki Norman Hunter Brainstom professzorról, a nevetségesen egyszerű cselekvések esztelenül bonyolult mechanizmusainak különc és feledékeny feltalálójáról szóló könyveinek illusztrálásával szerzett hírnevet ). A gép nagy sebességű lyukszalagos bemenettel és elektronikus logikai áramkörökkel rendelkezett. Célja a Lorenz-korongok helyzetének kiszámítása volt. A gép lehetővé tette Tunni üzeneteinek megfejtését, de nem volt elég gyors, ráadásul nem volt elég megbízható.

Az üzenetek visszafejtésének felgyorsítása érdekében Tommy Flowers Max Newman részlegével közösen 1943-ban egy alapvetően új dekódoló gépet tervezett, amely Colossus névre hallgat, és már 1944 elején javában zajlott az üzenetek viszonylag gyors automatizált visszafejtése. [1] .

Létrehozás

A Colossus tervezésének megkezdésekor Max Newman csapata már rendelkezett Heath Robinson , amely lehetővé tette a Lorenz SZ rendszer titkosítási kulcsának részleges kiszámítását A meglévő fejlesztések teljes körű kihasználása azonban számos hiányosság miatt lehetetlennek bizonyult. Heath Robinson egyik komoly problémája a két lyukszalagos bemeneti adat szinkronizálásának nehézsége, ami miatt a gép gyakran összeomlott működés közben, és alacsony volt az olvasási sebessége (akár 1000 karakter másodpercenként).

Tommy Flowers a nulláról kezdte el a Colossus tervezését. A vákuumcsövek iránti, kollégái körében általánosan elterjedt negatív attitűd ellenére úgy döntött, hogy a rejtjel működésének modellezésének teljes folyamatát áthelyezi a csőáramkörökre. Az olyan elemi csőkombinációk, mint a modulo 2 addíció, a memóriaregiszterek stb., jelentős változásokon mentek keresztül Heath Robinsonhoz képest.

Ennek köszönhetően a bemeneti szalagok száma egyre csökkent, a szinkronizálási probléma megszűnt, az olvasási sebesség pedig 5000 karakter/másodpercre nőtt. Ráadásul a Heath Robinsonhoz képest az új gép sokkal stabilabban működött. A kapott séma 1500 elektroncsőből állt, és lehetővé tette az üzenetek dekódolását 2-3 óra alatt.

Hamarosan Allen Coombs csatlakozott a Newman and Flowers csapatához , és már 1944 nyarán bemutatták a Colossus Mark II új változatát, amely már 2500 vákuumból állt. csövek, és ötször gyorsabban működik, mint elődje. A Mark II megkülönböztető jellemzője a programozási képesség volt. Valójában a Colossus Mark II az első ilyen típusú gép, a modern programozható eszközök prototípusa [1] [4] [5] .

A Colossus segítségével megfejtett első üzenet az volt, hogy Hitler "lenyelt" dezinformációt egy nem létező hadseregről Dél-Angliában, és úgy vélte, hogy a szövetségesek partraszállása nem Normandiában, hanem Pas de Calais -ban fog megtörténni [1] . A bekapcsolás után a Colossus számítógépeket a vákuumcsövek természete miatt soha nem kapcsolták ki egészen a második világháború végéig [4] .

A gép működése

Adatgenerálás

Az üzenetszalag minden vízszintes sora öt mezővel titkosított szimbólum, amelyek mindegyike lyukasztható vagy nem. A Colossus egy ilyen szalagot 5000 karakter/s sebességgel olvasott. A Colossusnak nagyon korlátozott volt a memóriája, ezért az üzenetszalagot körben olvasták, hogy biztosítsák a folyamatos digitális adatfolyamot . Még egy körülbelül 25 000 karakter hosszúságú (körülbelül 4000 szó) üzenetet is, amely 10 oldalnyi nyomtatott szöveget is igénybe vehet, a Colossus öt másodperc alatt elolvasta. Percenként körülbelül 12-szer olvastak el egy ilyen üzenetet. A szalagról érkező digitális adatfolyamot öt külön csatornára osztották fel párhuzamos feldolgozás céljából, ami jelentősen felgyorsította a gép sebességét. Ezzel párhuzamosan a Colossus egy öt elemből álló adatfolyamot generált egy kulcsszimulátor segítségével egy Lorenz-rejtjelhez .

Adatelemzés

Colossus összehasonlította az üzenetben szereplő karakter két csatornaelemét a kulcsfolyam egyenértékű elemeivel, amelyek minden alkalommal egy pozíciót előreléptek, amikor a szalagról szóló üzenetet újra elkezdték olvasni. Minden alkalommal, amikor Colossus talált egyezést, a kulcsot megfelelőnek ítélték az adott pozícióhoz, és egy "pontot" kaptak érte. Négy-öt perc elteltével egy elektronikus számláló elkezdte összeadni a poharakat, és az elülső lámpa paneljén egységek, tízek, százak és ezrek jelentek meg.

Adatkimenet

Amikor a pontszám elég nagy lett, a nyomtató kinyomtatta a megfelelő lemezpozíciókat a pontszámot adó kulcshoz. Ezeket a kezdőlemez-pozíciókat használták fel Lorenz gépében az üzenet megfejtésére. A korongok szükséges kiindulási helyzetének megtalálásához szükséges hozzávetőleges idő körülbelül egy óra volt. Az ilyen üzenetek megfejtésének korábbi módszerei több napig tartottak.

Oblivion

A második világháború befejezése után a Colossus osztályba tartozó számítógépek iránti igény megszűnt, szűk specifikus fókuszuk miatt. A titkosság magas szintje 2000 októberéig nem tette lehetővé, hogy a Colossus bekerüljön a számítástechnika történetével foglalkozó nyílt források közé (a titoktartás hivatalos megszüntetése). A létezésükről szóló információk azonban az 1970-es évektől kezdtek beszivárogni a nyilvánosságba.

Winston Churchill személyesen írta alá a gépek megsemmisítéséről szóló rendeletet, néhány Colossus Mark II számítógép azonban az 1950-es évek végéig tovább működött kiképzési vagy segédfeladatokra. 1959-1960-ban a megmaradt példányokat megsemmisítették. Ezzel egy időben a Colossus építéséhez használt összes rajz és diagram megsemmisült [4] [6] .

Revival

1994-ben egy mérnökcsoport Tony Sale vezetésévelmegkezdte a Colossus Mark II működő másolatának restaurálását néhány fénykép, valamint az eredeti projekt tagjaitól származó feljegyzések és történetek felhasználásával. A helyreállítás a Bletchley Park F blokkjában történt, abban a szobában, ahol a legelső Colossus állt. Az első videó egy működő Colossusszal már 1997-ben készült, de a számítógépet csak 2008-ra sikerült teljesen helyreállítani [1] .

Tony Sale szerint a helyreállított Colossus a több mint fél évszázados generációs különbség ellenére nagyjából olyan sebességgel dekódolja az üzeneteket, mint egy Pentium II laptop megfelelő szoftverrel. A Colossus azért működik olyan gyorsan, mert csak bizonyos rejtjelek megfejtésére koncentrál.

A Colossus helyreállításának köszönhetően 2007-ben megnyílt a National Computer Museum a Bletchley Parkban.[7] . Ugyanebben az évben a múzeum Cipher Challenge-t tartott a német Heinz Nixdorf MuseumsForumtól küldött üzenetek visszafejtésére.Paderbornban egy üzenet, amelyet a második világháború alatt a német parancsnokság által használt Lorenz SZ42 gép kódolt. A helyreállított Colossus 3 óra 15 perc alatt dekódolta az üzenetet. A Cipher Challenge győztese a német szakember, Joachim Schueth lett, aki 46 másodperc alatt teljesítette a feladatot, aki megjegyezte: „Nem volt igazságos, mert egy modern számítógépet használtam, míg a Colossus több mint 60 éve készült... Az én laptop [1,4 GHz-es processzorral ] 1,2 millió karakter/másodperc sebességgel dolgozta fel a titkosítást, vagyis 240-szer gyorsabban, mint a Colossus. A processzor frekvenciáját ezzel a tényezővel skálázva megkapjuk a "Colossus" ekvivalens frekvenciáját: 5,8 MHz. Ez elképesztő sebesség egy 1944-ben gyártott számítógéphez képest. Sok számítógép még 40 év után sem ért el ekkora sebességet” [8] .

Jegyzetek

Hozzászólások
  1. ↑ A németek az új rendszert Lorenznek nevezték el .
  2. ↑ Az elfogott üzenetet Athénból Berlinbe továbbították. A német titkosszolgálatok komolyan alábecsülték a brit rádiólehallgatás lehetőségeit: a nagy hatótávolságú rádióvételi sikerek lehetővé tették a britek számára, hogy még a keleti fronton folytatott tárgyalásokat is rögzítsék.
Források
  1. ↑ 1 2 3 4 5 Tony Sale Előadás az IEEE-n, 1999. február 18." 16. a Wayback Machine -ben
  2. ↑ Jo Twist. A Colossus visszatérése a D- napot jelzi  . BBC News (2004. június 1.). Hozzáférés dátuma: 2015. február 7. Az eredetiből archiválva : 2015. január 3.
  3. ↑ Bletchley  Park . Matematikai és Számítástechnikai Iskola . Heriot-Watt Egyetem. Hozzáférés időpontja: 2015. február 7. Az eredetiből archiválva : 2014. január 12.
  4. ↑ 1 2 3 4 5 Kiwi madár. Colossus british: A számítógépek titkos őse . Popular Mechanics (2006. május 30.). Letöltve: 2022. január 18. Az eredetiből archiválva : 2022. január 18..
  5. ↑ Allen CoombsAnnals of the History of Computing, 5. kötet, 3. szám, 1983. július. "The Making of Colossus" Archiválva : 2012. augusztus 5. a Wayback Machine -nél
  6. ↑ A személyi számítógépek története Archiválva : 2013. május 23. a Wayback Machine -nél : brit "Spike"
  7. ↑ Az Országos  Számítástechnikai Múzeum . Letöltve: 2017. szeptember 5. Az eredetiből archiválva : 2019. december 11.
  8. ↑ A német Codebreaker Bletchley Park kitüntetésben részesül  (eng.)  (a link nem érhető el) . Bletchley Park (2008. január 27.). Archiválva az eredetiből 2008. február 1-jén.

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
 A második világháború kriptográfiája
Szervezetek
Személyiségek
Rejtjelek és titkosító eszközök
Kriptanalitikai eszközök
 Korai számítógépek