В них говорилось примерно следующее: «На днях английскими официальными органами раскрыта одна из последних тайн Второй мировой войны».

Если поверить сказанному, то приходится признать, что первой электронно-вычислительной машиной был Colossus II, построенный в Великобритании еще в 1944 году. Увы, новость эта по количеству несуразностей невольно ассоциируется со знаменитым «исчо» (как известно, так писала «еще» одна русская императрица).

Первоисточником дезинформации можно считать сообщение Computer That Ate Hitler?s Brain на ленте wirednews.com от 3 октября. Но истинная причина появления не всегда достоверных сообщений, в которых доказывается приоритет англичан, гораздо глубже, и зовется она Brits-did-it-first («Бриты сделали это первыми»).

Английские историки науки нередко демонстрируют комплекс имперской неполноценности, будучи не в состоянии смириться с тем, что забываются заслуги британцев, в том числе в деле создания первых компьютеров. Отчасти эти претензии справедливы: и вправду, американские авторы работ по истории компьютеров заметно «перетащили одеяло на себя», но при этом и англичане допускают изрядные перехлесты. Расставим некоторые точки над i.

Прежде всего, более 20 лет назад судом США признано (и с тех пор никем более не оспаривается), что первый в мире электронный компьютер ABC был построен в 1942 году сотрудниками Университета штата Айова Джорджем Атанасовым и его ассистентом Кристофером Берри (отсюда и название — Atanasoff Berry Computer). Это ошибка номер один.

Далее: никогда не появлялся на свет компьютер Colossus с индексом II, был проект Colossus, по которому создано десять специализированных вычислительных машин. Каждый отдельный экземпляр именовался Colossi, причем первые изделия появились в версии Mk1 (иногда Mark 1), потом все экземпляры модернизировались до уровня Mk2 (Mark 2, иногда, чрезвычайно редко, можно встретить написание Mark II). Всего к концу войны насчитывалось десять Colossi Mk2.

Электронное устройство, созданное для дешифровки Lorenz SZ/42, было огромным сооружением из восьми ламповых и релейных стоек. Не случайно его и назвали «Колосс»

Наконец, третья ошибка: ни о какой сенсационности, о раскрытии тайн говорить нельзя. За последние пять лет о компьютере Colossus стало известно очень много, возможно, даже больше, чем о других: опубликованы книги, он восстановлен и находится в музее. Сделайте в Сети поиск на Colossus — получите массу ссылок.

Закончим длинный перечень ошибок, сопровождающих историю Colossus, последним замечанием. Нередко утверждают, будто эта машина использовалась для расшифровки в рамках проекта Enigma, и будто в ее создании принимал участие Алан Тьюринг. Великий математик работал в том же подразделении, где создавался Colossus, но непосредственного отношения к нему он не имел.

Что же было на самом деле? За истечением срока давности осенью был раскрыт 500-страничный правительственный документ, посвященный проекту Colossus, то есть состоялся рутинный акт военной бюрократии, не более того; ни о каких секретах технического характера, содержащихся в этих бумагах, и речи быть не может. Но подлинная история, связанная с Colossus, заслуживает того, чтобы о ней знали.

Даже немецким военным стоит соблюдать инструкции

С началом Второй мировой войны резко возрос объем сообщений, передаваемых по радиотелеграфу в зашифрованном виде. Командование вермахта справедливо решило: нужны специальные средства для механизации этого процесса — и заказало нужное ему устройство, сочетающее в себе свойства телетайпа и шифровальной машины, фирмам Lorenz и Siemens. Заказ был выполнен, на вооружение поступила шифровальная машина Lorenz SZ40 (позже SZ/42), совмещенная с телетайпом Siemens und Halske T52. Она обеспечивала передачу в эфир или в проводные каналы закодированной информации в стандартном коде Baudot teleprinter code.

В 1940 году британская полиция запеленговала и идентифицировала необычные сигналы, принципиально отличающиеся от более распространенной тогда техники передачи сообщений ключом и азбукой Морзе. Это были радиограммы, зашифрованные посредством SZ/42. Их появление прозорливо не оставили без внимания, и началась операция британских специальных служб под названием Fish («Рыба»). Иногда так называли и собственно немецкую шифровальную машину, которую англичане так и не увидели до конца войны, хотя узнали о ней все необходимое.

Поначалу новые радиограммы расшифровке не поддавались, но анализ накопленных данных позволил английским инженерам и ученым прийти к выводу: передача ведется в пятибитовом коде, с использованием аддитивного метода для шифрования. Этот метод, предложенный в 1918 году американцем Гилбертом Вернамом, на первый взгляд очень прост. К каждому передаваемому символу механически прибавляется «по модулю два» второй символ из таблицы случайных чисел, в результате на выходе устройства формируется поток случайных чисел, который теоретически может быть расшифрован только в том случае, если у получателя имеется дубликат таблицы случайных чисел.

Внимательный анализ позволил англичанам сделать еще один важнейший вывод: в данном случае для кодирования применяются не чисто случайные, а псевдослучайные последовательности, это давало шанс. Коли так, то на будущее оставалась надежда: сохранять терпение, методично копить данные и дожидаться момента, когда оператором будет допущена ошибка, которая даст зацепку для декодирования.

И усердие было вознаграждено, случилось это 30 августа 1941 года. Когда из Афин в Вену передавалось длинное сообщение, принимающая сторона не смогла его принять полностью и условным, но понятным англичанам сигналом, сообщила: «Прошу повторить». Радист в Вене сел за клавиатуру и с небольшими изменениями передал сообщение заново, но при повторе совершил непростительную оплошность, он не изменил настройку SZ/42 и повторил передачу с той же самой последовательностью псевдослучайных чисел, что и в первом случае.

Что же, и известным своей исполнительностью немецким военным иногда недостает педантизма. Это стало началом конца. Большего подарка англичанам радист сделать не мог, появилась реальная возможность начать расшифровку.

Тайна SZ/42 раскрыта

Возможность не упустили, в ошибку вцепились с упорством бульдога — любимой английской собаки. Немедленно в начале 1942 года в Исследовательской лаборатории почтового ведомства начались основные работы.

Математическая теория декодирования создана В. Д. Тутте в компании Bill Tutte & Co. Методика шифрования и математические основы декодирования подробно описаны в статье «Рыба и я» (Fish and I, см. frode.home.cern.ch/frode/ crypto/tutte.pdf).

На основе работ Тутте небольшому коллективу лаборатории довольно быстро удалось создать технические средства для победы над немецкой шифровальной машиной. Для этой цели сначала были сконструированы две дополняющие друг друга механические машины, первая — аналог SZ/42, названная Tunny («Тунец»), ее использовали для декодирования. В ней точно так же, как в прототипе, псевдослучайная последовательность генерировалась с помощью системы зубчатых шестерен, а начальные установки в этой последовательности задавались при помощи специальных ключей.

В дополнение к первой нужна была вторая машина, механизирующая перебор установок. Теорию этого устройства предложил математик Макс Ньюман, сыгравший заметную роль при создании компьютеров в последующие годы. За ее странный вид машину назвали по имени популярного автора фантастических картинок: Heath Robinson. В это устройство синхронно вводились две перфоленты: на одной псевдослучайная последовательность, на другой текст сообщения вводился параллельно на двух устройствах ввода. После очередного прогона осуществлялось смещение лент относительно друг друга, и операция повторялась до тех пор, пока не удавалось увидеть удачного результата перебора.

Казалось бы, задача решена, но тут выяснилось печальное обстоятельство — поиск начальных установок методом перебора занимал несколько недель, к этому моменту расшифрованная информация теряла свою актуальность.

Математическая идея машин оказалась вполне продуктивной и подтвердилась экспериментом, к тому же механический принцип Heath Robinson исключал надежную синхронизацию двух лент. Для перехода в штатный эксплуатационный режим нужна была какая-то радикальная замена для механики и перфолент.

Рождение Colossus

Томми Флауэр, разработчик электронного «Колосса»

Выход из положения нашел инженер Томми Флауэр, он предложил использовать для организации процесса перебора быстродействующее электронное устройство, им стал Colossus. Проектирование началось в марте 1943 года, в декабре были закончены основные работы, и под Рождество Colossi Mk1 был перевезен в Блечли-парк, где в январе 1944-го его впервые использовали для расшифровки реального сообщения.

Этот Colossi функционально был подобен Tunny и Heath Robinson, но механика в нем была заменена электроникой. Получилось огромное сооружение из восьми ламповых и релейных стоек, не случайно его и назвали «Колосс» — в нем было 1500 радиоламп. Colossus сразу же решил все проблемы, он сократил время дешифровки с недель до часов и стал источником жизненно важной информации для командования английской и американской армий вплоть до победы. Практически все задуманное германским командованием оказывалось прозрачным для Эйзенхауэра и Монтгомери. За эти годы в сумме декодировано 63 млн. символов, что даже по современным понятиям немало.

Но Colossus не стал компьютером в современном смысле этого слова, точнее, он не был построен по схеме с хранимой программой, называемой обычно схемой фон Неймана. Он в электронно-механической форме практически полностью повторял идею двух перфолент, но та, на которой в механическом прототипе записывалась псевдослучайная последовательность, была заменена релейными буферами, а для программирования использовались наборные регистры.

Здесь вводимая лента с текстом одновременно выполняла функцию управления; отверстия на ее синхродорожке заменяли тактовый генератор, то есть та скорость, с которой вводилась перфолента, и была, по сути, тактовой частотой работы машины.

Уникальное оптическое устройство ввода позволяло вводить информацию со скоростью 5000 символов в секунду, но это не предел — максимум скорости составлял 9600 символов в секунду, при этом лента летела со скоростью примерно 100 километров в час. Параллельная обработка пяти каналов перфоленты позволила достичь производительности, сравнимой с современными персональными компьютерами.

По окончании войны произошло необъяснимое. По личному указанию Уинстона Черчилля немедленно оказались уничтоженными восемь из десяти Colossi, а два сохранялись в секрете до 1960 года, но потом также были уничтожены.

Возрождение Colossus

Вполне возможно, что Colossus так бы надолго и исчез из поля зрения, если бы не британский историк техники Тони Сэйл, который в 1991 году загорелся идеей восстановления машины и смог удачно реализовать ее. К счастью, десять лет назад еще оставались в живых многие инженеры и ученые, которые могли поделиться информацией, а на военных складах оставались запасы комплектующих, необходимых для создания копии. Общаясь с ними и используя современные средства автоматизированного проектирования, Сэйл реконструировал все основные узлы. Таким образом, он смог восстановить Colossus, не прибегая к официальным источникам.

Работал Тони Сэйл поначалу на голом энтузиазме и на собственные средства, однако эта история имеет счастливый конец. Вскоре инициатива получила поддержку на самом высоком уровне, вплоть до королевской фамилии. Благодаря этому в июле 1994 года был открыт Музей военной техники Блечли-парк, а на демонстрацию проекта восстановления Colossus приехал принц Кентский. После этого музей получил немало пожертвований, а самое важное — удалось сохранить прижизненный опыт создателей Colossus. В 1996 году восстановленный Colossus заработал.


Бомба под Enigma

Говоря о машине Colossus и музее военной техники в Бличли-парке, нельзя не упомянуть еще об одном знаменитом экспонате — немецкой шифровальной машине Enigma. Вспомнить о ней стоит еще и потому, что 1 апреля она была похищена из музея, объявлена в розыск, а спустя полгода в неполном комплекте прислана неизвестным по почте. Наконец, буквально на днях, 17 ноября, был пойман похититель. Такова последняя детективная история, связанная с этой машиной, но далеко не первая.

Еnigma (в правом углу) и ее дешифратор Bomba (электронное устройство на заднем плане)

Сейчас в музейном экземпляре Enigma не хватает нескольких ключевых узлов — шифровальных дисков, или роторов. Идея, лежащая в основе машины, совсем не сложна. Она восходит к шифрам Юлия Цезаря, где выполняется простая парная замена символов входного текста по таблице соответствия. Вспомните «пляшущих человечков» Конана Дойла. Такие шифры очень просто разгадать путем простейшей статистической обработки текста. Но если парную замену произвести несколько раз, то количество вариантов экспоненциально возрастает, и расшифровка становится затруднительной. Для механизации этого процесса в Enigma применяются роторы, каждый из которых имеет по 26 символов латинского алфавита по периметру, а совместно они образуют шифрующий узел, выполняющий замену входного потока символов случайными символами. В стандартной шифровальной машине, использовавшейся в немецкой армии, было шесть или семь таких дисков. Авторы считали свою конструкцию абсолютно надежной. Существовал специальный механизм для синхронизации случайной выборки. Enigma — название одной из моделей большого класса машин, которая стала известна благодаря истории с ее расшифровкой. Такого типа устройств было немало, есть косвенные сведения, что подобные шифровальные средства использовались и в армиях многих других стран, в том числе и в советской. Не все, что связано с Enigma, стало предметом гласности.

В популярной литературе славу расшифровки Enigma приписывают английской контрразведке и лично Алану Тьюрингу, привлеченному к решению этой задачи. Бесспорно, у британцев немало заслуг, но история вопроса гораздо интереснее и драматичнее. Своими корнями она уходит в 20-е годы, когда развернулась дуэль двух разведок: немецкой и польской. Даже в специальных книгах об Enigma роль польских ученых сведена до минимума, иногда говорят, будто поляки где-то выкрали экземпляр. На самом деле теоретические работы начались в 20-е годы в Познаньском университете, лидером здесь был Мариан Режевский. Уже в середине 30-х польские военные с успехом декодировали огромное количество германских радиоперехватов. Режевским была изобретена машина bomba kryptologiczna — криптологическая бомба.

Немцы постоянно усложняли алгоритм Enigma, что привело к развязыванию технической войны разведок. На завершающем этапе инициатива действительно перешла к англичанам. Алан Тьюринг и Гордон Велчман построили машину, названную ими в знак уважения к польским коллегам Bomba. Она представляла собой зеркальное отражение Enigma — те же роторы, но, условно говоря, вращающиеся в обратном направлении.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями