A Colossus Machine

Max Newman

Max Newman miután Bill Tutte felfedezte a lehetséges kettős delta támadást A Lorenz rejtjel ellen, ezeknek a német üzeneteknek a dekódolása megvalósíthatónak tűnt. Bár Tutte technikája csak körülbelül 1000 lehetséges kerékkombináció tesztelését igényelte az üzenet kerékbeállításainak felfedezéséhez, ez még mindig elég nagy szám volt ahhoz, hogy ésszerűen nagy számú német üzenet megfejtése kézzel nem lenne megvalósítható.

erre a problémára a válasz a kettős delta támadás gépesítése volt valamilyen számítógépen. Max Newman, a Bletchley Parkban dolgozó matematikus azt az elképzelést hozta létre, hogy a kettős delta támadást elektronikusan lehet végrehajtani, ezáltal jelentősen csökkentve az üzenet kerékbeállításainak meghatározásához szükséges időt. Elképzelt egy olyan gépet, amely beviszi a rejtjeles szöveget bemenetként,és összehasonlítja a két lehetséges kombinációval. Az a kombináció, amely a legmagasabb korrelációt eredményezte ezeknek az áramoknak a deltái között, akkor a helyes beállításként kerül kiválasztásra a kettő közül.

Heath Robinson

Newman első kérése egy ilyen gépre a Heath Robinson elektromechanikus számítógépek. Ezeknek jelentős sebességproblémái voltak, mert két lyukasztott papírszalagot kellett összehasonlítaniuk a kettős delta támadáshoz. Amikor a szalagokat nagy sebességgel futtatták, hajlamosak voltak megnyúlni és rosszul igazodni. Mivel a gépnek lényegében két olvasója volt, amelyek egyszerre egy betűt olvastak a szalagon, és összehasonlították őket, a szinkronizálás nagyon fontos volt. Az eltérés azt jelentette, hogy a Heath Robinson gépek eredményeit nem mindig lehetett megbízni, ha ésszerűen nagy sebességgel futottak.

Newman továbbra is hitt abban, hogy elektronikus módszert lehet találni a kettős delta támadás felgyorsítására. Ez a kitartás Tommy Flowershez vezette, a postahivatalnál dolgozó mérnök. Newman kérésére Flowers megtervezte a Colossust, egy olyan gépet, amely képes lenne elektronikusan végrehajtani a kettős delta támadást, és ezáltal jelentősen lerövidítené a Lorenz által titkosított üzenet kerékbeállításainak meghatározásához szükséges időt.

Colossus

a Colossus gép jelentősen meghaladta a Heath Robinson képességét. Képes volt olvasni papírszalag 5000 karakter / másodperc sebességgel, ötször olyan gyorsan, mint Heath Robinson. Továbbá, a Kolosszusnak nem volt szüksége két papírszalagra, mert a kimenetet a .. .. kerekek teljesen elektronikusan generálták. Így az egyetlen szalag, amely bemenetként szükséges, a titkosított üzenet volt. Bár a Colossust elsősorban a kettős delta támadás végrehajtására tervezték A Lorenz rejtjel, logikai áramkörei nagyon nagy mértékben programozhatók voltak. A programozás a gép hátulján lévő dugaszolókon és kapcsolókon keresztül történt. Bár ez úgy tűnik, nagyon különbözik a modern számítógépektől, amelyek programokat tárolnak a memóriában, az elektronikusgeneráció nak, – nek blockus forradalmi géppé teszi.

Colossus gép acion

az első elektronikus számítógép

bár ENIAC, a számítógép által épített amerikai kormány 1945-ben, gyakran dicsérték, mint az első elektronikus számítógép, a Colossus Mk I valójában megérdemli ezt a címet. A kolosszus az ENIAC előtt épült, de a Bletchley Parkban végzett munka szigorúan titkos jellege miatt a terveket megsemmisítették, és azok, akik dolgoztak rajta, titoktartásra esküdtek fel. A Colossus azonban elektronikus számítógép volt. Megfelel ennek a minősítésnek, mert a logika alapvető építőelemei a termionos szelepek voltak, amelyeket az Egyesült Államokban általában vákuumcsövekként ismertek. Ezek a szelepek automatikus elektronikus kapcsolók-vagyis csak akkor engedik az áramot az anód és a katód között, ha egy harmadik vezeték bizonyos potenciállal rendelkezik. Ezek szinte azonos funkciót látnak el a modern számítógépek tranzisztoraival. Ezenkívül a termionos szelepek lehetővé teszik a másodpercenként millió nagyságrenddel történő váltást, sokkal magasabb, mint a korábbi számítástechnikai gépek. Valójában a kolosszus sebességét elsősorban az a sebesség korlátozta, amellyel a rejtjelszöveget tartalmazó szalag olvasható volt.

a főtengelyek generálása

ahhoz, hogy a kettős delta módszer segítségével megtaláljuk a helyes főtengely-beállításokat, először az egyes főtengelyek és nullák tényleges mintázatát kellett ismernünk és elektronikusan tárolnunk a kolosszusban. Ezt a tiratron szelepek gyűrűivel sikerült elérni. A tiratron szelep hasonló a termionos szelephez, de vákuum helyett bizonyos mennyiségű neongázt tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy ha egy áram átfolyik a szelepen, addig folytatódik, amíg egy bizonyos ellentétes feszültséget nem alkalmaznak két vezetékre. Ily módon a tiratron elektronikusan tárolhat egy kis információt. Ezeknek a szelepeknek a gyűrűit, amelyek pontos számokban vannak elrendezve, hogy utánozzák a Lorenz titkosító gép kerekeit, két lehetséges kombináció létrehozására használták fel. Miután a kerekeken lévő egyes és nullák mintázata ismert volt, ezeket a tiratron gyűrűkben lehetett tárolni, és több üzenet helyes beállításainak megkeresésére használták.

Running Colossus

a Colossus gépet a szalagolvasó vezette, amely beolvasta a lyukasztási lyukakat egy szalagon, amely az üzenet rejtjelszövegét képviseli. A lyukasztó lyukakat egy fotoelektromos olvasó impulzusok sorozatává alakította át, amelyeket ezután a Colossus aritmetikai és logikai áramköreihez küldtek feldolgozásra. A szalag tartalmazott egy sor “lánckerék lyukat” is, amelyeket a feldolgozás időzítéséhez használtak. Minden impulzus egy lánckerék lyuk lényegében egy kullancs az óra futott Colossus.

minden egyes kullancs impulzusok a szalag és a tiratron gyűrűk küldött delta áramkörök, amelyek kiszámítják a delta minden stream bitek. A delta áramkörök kondenzátorokat tartalmaznak, amelyek elég hosszú ideig késleltetik az impulzust ahhoz, hogy hozzá lehessen adni (modulo 2) a következő bemeneti impulzushoz. Ez a folyamat kiszámítja az egyes bemeneti adatfolyamok deltáját, mert akkor ad ki egyet, ha két egymást követő bit különbözik, és nullát, ha azonosak. A szalagon lévő két bitoszlop deltáját (amely a titkosított üzenetben két impulzust képvisel) és két tiratron gyűrűt (amely két 6-os kereket képvisel) ezután továbbítják a logikai áramkörök egyesítésére. Amint azt a double delta attack oldalon leírtuk, a fenti folyamatból a legtöbb nullát előállító kerékbeállítások valószínűleg helyesek voltak.

a Colossus számlálókat tartalmazott, hogy nyomon kövesse minden alkalommal, amikor a logikai áramkörökben a két bemeneti delta áram kombinációja nullát eredményez. A gép kezelője manuálisan állít be egy küszöbértéket, amely túllépése esetén az adott kerékbeállításokhoz tartozó nullák száma a kerékbeállításokat és a nullák számát kinyomtatja. Így az összes olyan kombinációt, amely túl kevés nullát eredményezett, figyelmen kívül lehetett hagyni, mert számuk nem haladta meg a küszöböt, ezért nem nyomtatták ki.

párhuzamosság

a számítás felgyorsítása érdekében a Colossust öt párhuzamos összehasonlításra tervezték. Egy úgynevezett “shift regisztert” használtak, amely tárolja a szalag utolsó hat bitjét. Ily módon öt deltát lehetne egyszerre kiszámítani. A “shift regiszter” név abból a tényből származik, hogy amikor minden új bit bekerül a regiszterbe, az összes többi egy helyre tolódik, a legrégebbi pedig eltávolításra kerül. A hat bit elérhetősége azt jelenti, hogy az öt Delta egyszerre kivehető az üzenetből. Ha ezeket mind összehasonlítjuk a tiratron gyűrűk azonos kimenetével, akkor az eredmény az, hogy a szalag öt egymást követő hurokja elvégezhető egy hurok idején. Tehát a műszakregiszter megjelenése ötször annyi német üzenet feldolgozását tette lehetővé, amennyire egyébként lehetséges lett volna.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.