Kolossmaskinen

Max Newman

Max Newmanefter att Bill Tutte upptäckte den möjliga dubbla deltaattacken mot Lorenz-chifferet började dekrypteringen av dessa tyska meddelanden verka genomförbar. Även om Tuttes teknik krävde testning av endast cirka 1000 möjliga hjulkombinationer för att upptäcka hjulinställningarna för ett meddelande, var detta fortfarande ett tillräckligt stort antal för att dechiffrera ett rimligt stort antal tyska meddelanden inte skulle vara genomförbart för hand.

svaret på detta problem var att mekanisera den dubbla deltaattacken i någon form av dator. Max Newman, en matematiker som arbetar på Bletchley Park, har sitt ursprung i tanken att dubbeldeltaattacken skulle kunna utföras elektroniskt, vilket avsevärt minskar den tid som behövs för att bestämma hjulinställningarna för ett meddelande. Han föreställde sig en maskin som skulle ta in chiffertext som inmatning och jämföra den med alla möjliga kombinationer av två Xiaomi-hjul. Kombinationen som resulterade i den högsta korrelationen mellan deltorna i dessa strömmar skulle sedan väljas som rätt inställningar för två av de portugisiska hjulen.

Heath Robinson

Newmans första begäran om en sådan maskin resulterade i Heath Robinson elektromekaniska datorer. Dessa hade betydande hastighetsproblem, eftersom de krävde att två stansade pappersband skulle jämföras för dubbel delta-attacken. När banden kördes i höga hastigheter tenderade de att sträcka sig och bli feljusterade. Eftersom maskinen hade i huvudsak två läsare som skulle varje Läsa en bokstav på bandet i taget och jämföra dem, synkronisering var mycket viktigt. Felinriktningen innebar att resultaten från Heath Robinson-maskinerna inte alltid kunde lita på om de kördes med rimligt höga hastigheter.

Newman fortsatte att tro att en elektronisk metod kunde hittas för att påskynda den dubbla deltaattacken. Denna uthållighet ledde honom till Tommy Flowers, en ingenjör som arbetade för postkontoret. På Newmans begäran designade Flowers Colossus, en maskin som elektroniskt skulle kunna implementera double delta-attacken och därmed avsevärt minska den tid som krävs för att bestämma hjulinställningarna för ett Lorenz-krypterat meddelande.

Colossus

Colossus-maskinen överträffade kraftigt Heath Robinsons förmåga. Den kunde läsa i pappersband med 5000 tecken per sekund, fem gånger så snabbt som Heath Robinson. Dessutom behövde Colossus inte två pappersband eftersom utsignalen från de nya hjulen genererades helt elektroniskt. Således var det enda bandet som behövdes som inmatning det krypterade meddelandet. Även om Colossus främst utformades för att genomföra dubbel delta attack mot Lorenz chiffer, dess logikkretsar var programmerbara i mycket stor utsträckning. Programmeringen gjordes genom pluggbrädor och växlar på baksidan av maskinen. Även om detta verkar väldigt annorlunda än moderna datorer som lagrar program i minnet, gör den elektroniska generationen av utmatningsströmmen för utombordare för hjul att Kolossen är en revolutionerande maskin.

Kolossmaskin i acion

den första elektroniska datorn

även om ENIAC, datorn byggd av den amerikanska regeringen 1945, ofta har hyllats som den första elektroniska datorn, förtjänar Colossus Mk I faktiskt den titeln. Kolossen byggdes före ENIAC, men på grund av den mycket klassificerade karaktären av det arbete som pågick i Bletchley Park förstördes planerna och de som hade arbetat med det svor till hemlighet. Colossus var dock en elektronisk dator. Den uppfyller denna kvalifikation, eftersom dess grundläggande byggstenar för logik var termioniska ventiler, mer allmänt kända i USA som vakuumrör. Dessa ventiler är automatiska elektroniska omkopplare-det vill säga de tillåter ström att strömma mellan anod och katod endast om en tredje tråd har en viss potential. Dessa utför en nästan identisk funktion som transistorer i moderna datorer. Dessutom tillåter de termiska ventilerna att växla med hastigheter i storleksordningen miljoner per sekund, mycket högre än tidigare datorer. Faktum är att Kolossens hastighet främst begränsades av den hastighet med vilken bandet som innehöll chiffertexten kunde läsas.

generering av hjul för att kunna använda metoden double delta för att hitta rätt inställningar för hjul för hjul för hjul för hjul för hjul för hjul för hjul för hjul måste först det faktiska mönstret för hjul och nollor på varje hjul för hjul för hjul vara känt och lagrat elektroniskt i Colossus. Detta uppnåddes genom ringar av tyratronventiler. En tyratronventil liknar en termionisk ventil, men i stället för ett vakuum innehåller den en viss mängd neongas. Detta innebär att när en ström tillåts strömma genom ventilen fortsätter den tills en viss motsatt spänning appliceras på två av ledningarna. På detta sätt kan en tyratron lagra en bit information elektroniskt. Ringar av dessa ventiler, ordnade i exakta siffror för att efterlikna Lorenz-krypteringsmaskinens hjul, användes för att generera alla möjliga kombinationer för två ozi-hjul. När mönstret av ettor och nollor på hjulen var kända kunde dessa lagras i tyratronringarna och användas för att hitta rätt inställningar för flera meddelanden.

Running Colossus

Kolossmaskinen drevs av bandläsaren som skannade hål i ett band som representerar krypteringstexten i ett meddelande. Stanshålen omvandlades av en fotoelektrisk läsare till en sekvens av pulser som sedan skickades till Colossus aritmetiska och logiska kretsar för bearbetning. Tejpen innehöll också en serie “kedjehjul” som användes för tidpunkten för bearbetningen. Varje puls från ett kedjehjul hål var i huvudsak en fästing av klockan som körde Colossus.

vid varje tick skickas pulser från bandet och från tyratronringarna till deltakretsar som beräknar deltaet för varje ström av bitar. Deltakretsarna innehåller kondensatorer som fördröjer en puls tillräckligt länge för att den kan läggas till (modulo 2) till nästa ingångspuls. Denna process beräknar delta för varje Ingångsström eftersom den kommer att mata ut en om två på varandra följande bitar är olika och en noll när de är desamma. Deltaet i strömmen från två kolumner av bitar på bandet (som representerar två impulser i det krypterade meddelandet) och två tyratronringar (som representerar två hjul i form av ett hjul) skickas sedan vidare för att kombineras av logikkretsarna. Som beskrivs på sidan på double delta-attacken var hjulinställningarna som producerade flest nollor från ovanstående process sannolikt korrekta.

Colossus innehöll räknare för att hålla reda på varje gång kombinationen av de två ingående deltaströmmarna i logikkretsarna gav en noll. En operatör av maskinen skulle manuellt ställa in en tröskel som, när den överskreds av antalet nollor för givna hjulinställningar, skulle orsaka hjulinställningarna och antalet nollor för dessa inställningar som ska skrivas ut. Således kunde alla kombinationer som producerade för få nollor ignoreras eftersom deras räkning inte skulle överskrida tröskeln och så inte skulle skrivas ut.

parallellism

För att påskynda beräkningen utformades Colossus för att göra fem jämförelser parallellt. Ett så kallat “skiftregister” användes, vilket skulle lagra de sista sex bitarna för att komma ur bandet. På detta sätt skulle fem deltor vara tillgängliga för att beräknas på en gång. Namnet “skiftregister” kommer från det faktum att, när varje ny bit kommer in i registret flyttas alla andra över av ett ställe, och den äldsta tas bort. Tillgängligheten av sex bitar innebär att de fem delarna kan tas från meddelandet åt gången. Om dessa är alla jämfört med samma utgång från tyratronringarna, är resultatet att fem på varandra följande slingor av tejpen kan göras under tiden för en slinga. Så tillkomsten av skiftregistret tillät fem gånger så många tyska meddelanden som skulle ha varit möjligt annars.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.