Militärische Entwicklung: Der geheime Koloss

Der britische Geheimcomputer Colossus wurde entwickelt, um die mit dem Lorenz SZ-System verschlüsselte deutsche Korrespondenz aufzudecken. Die Existenz der Maschine wurde lange Zeit geheim gehalten, und neben den Entwicklern wusste nur eine kleine Gruppe von Menschen davon. Colossus gilt als einzigartiger Computer seiner Zeit, der in Leistung und Größe anderen Modellen überlegen ist.



Die Entstehungsgeschichte des Kolosses beginnt 1940. Der britische Geheimdienst suchte nach Spionen im Land, und während er Radio hörte, gelang es den Mitarbeitern, eine ungewöhnlich verschlüsselte deutsche Radiosendung abzufangen. Anstelle des üblichen Morsecodes wurden Nachrichten mit dem Baudot-Telegraphencode verschlüsselt. Das Material wurde zur Analyse an den Government Code und die Cypher School in Blechley Park geschickt. Die neue Chiffre wurde "Tunny" (englischer Thunfisch) genannt, und das Kryptosystem selbst erhielt den Codenamen FISH.

Für eine detaillierte Untersuchung der identifizierten Chiffre wurde im Blechly Park eine Spezialeinheit geschaffen, die sich ausschließlich mit der Analyse von „Tanni“ befasste. Der Entschlüsselungsprozess ging äußerst langsam voran, bis 1941 einer der deutschen Kryptographen einen schwerwiegenden Fehler machte. Er reagierte auf die Aufforderung, eine Nachricht mit einer Länge von ungefähr 4.500 Zeichen auf demselben Schlüssel erneut zu senden, aber beim zweiten Mal reduzierte er den Quelltext leicht. Die Briten fingen beide Radiogramme ab, wodurch sie nicht nur das Telegramm entschlüsseln, sondern auch eine lange Verschlüsselungssequenz erhalten konnten. Als Ergebnis der Arbeit fanden Experten heraus, dass das deutsche Gerät nach dem Prinzip der Chiffrierräder gebaut wurde, das insgesamt 12 betrug.



William Thomas Tutt (1917 - 2002)

Basierend auf den erhaltenen Informationen war es möglich, einige der Tanni-Nachrichten manuell zu entschlüsseln. Der junge Mathematiker William Thomas Tutte war damit beschäftigt, den Maschinencode zu brechen. Unter Verwendung der Methode der Kryptoanalyse von polyalphabetischen Chiffren von Kasiski (Suche nach Gruppen von Zeichen, die in verschlüsseltem Text wiederholt werden) fand er heraus, dass die Länge des Schlüsselworts einundvierzig Zeichen beträgt. Tat nannte die Komponente "chi_1". Angesichts der Komplexität des Schlüsselgeräts gab es eine weitere psi_1-Komponente. Infolgedessen bestand die Maschine aus "psi" - und "chi" -Laufwerken, die alle fünf Bits eines Zeichens erzeugten. Die Komponenten des Schlüssels wurden durch die XOR-Funktion kombiniert und es stellte sich heraus, dass der Schlüssel K für jedes Zeichen folgendermaßen dargestellt werden konnte: „K = Chi oplus psi“ .



Maschine Lorenz SZ42

Die Arbeit von Tatom ermöglichte es dem Forschungsteam von Bletchley Park, die logische Struktur der Verschlüsselungsmaschine in wenigen Monaten wiederherzustellen. Korrespondenz dieser Art konnte geöffnet und gelesen werden. Dieser Prozess nahm jedoch zu viel Zeit in Anspruch, erforderte mühsame Berechnungen und schien unwirksam. Die Bearbeitung eines Telegramms dauerte mehrere Wochen. Für eine schnelle Entschlüsselung musste ein geeignetes Gerät erstellt werden.



Tommy Flowers (1905 - 1998)

1943 bauten Tommy Flowers und Frank Morell von der Forschungsstation der General Post in Dollys Hill eine spezielle Heath Robinson- Maschine(benannt nach dem beliebten Comic-Helden - einem Charaktererfinder seltsamer Mechanismen). Die Maschine hatte eine Hochgeschwindigkeitseingabe von Lochbändern und elektronischen Logikschaltungen und war mit der Berechnung der Position von Lorenzscheiben beschäftigt. Heath Robinson durfte die Nachrichten "Tanny" entschlüsseln, war aber nicht besonders zuverlässig und funktionierte nicht schnell genug.



Heath Robinson Maschine

Das Hauptproblem war die exakte Synchronisation von zwei Lochbändern, von denen eines eine deutsche verschlüsselte Nachricht enthielt, und das zweite war mit sich zyklisch wiederholenden Folgen von Bits gefüllt, die durch Pin-Kombinationen offener Encoder-Scheiben erzeugt wurden. Und trotz der Tatsache, dass der optomechanische Leser ein Paar Lochbänder mit einer ziemlich hohen Geschwindigkeit verarbeitete, wurde das Lochbandpapier gedehnt und führte zu Synchronisationsfehlern und Berechnungsfehlern.



Max Newman (1897 - 1984)

Die Entschlüsselung erforderte eine beschleunigte Automatisierung, daher wurde im Bletchley Park eine Spezialeinheit geschaffen, die vom berühmten englischen Mathematiker Max Newman geleitet wurde. 1943 entwarfen Mitarbeiter dieser Struktur zusammen mit Tommy Flowers eine grundlegend neue Entschlüsselungsmaschine namens Colossus.



Koloss - Teil 1



Koloss - Teil 2

Seit 1944 wurden mit Hilfe von Colossus die Entschlüsselung und Autopsie der Korrespondenz der höchsten Stufe des deutschen Militärkommandos in vollem Gange durchgeführt. Dank der Geschwindigkeit eines zuverlässigen elektronischen Computers konnte die Zeit zum Entschlüsseln von Nachrichten aus mehreren Wochen auf nur 2-3 Stunden reduziert werden. Colossus war der größte Computer der Zeit, er nutzte die Leistung von 1.500 Elektronenröhren und konnte 5.000 Zeichen pro Sekunde verarbeiten. Aufgrund der Besonderheiten des Betriebs elektrischer Lampen wurden Computer nach ihrer Inbetriebnahme erst am Ende des Zweiten Weltkriegs ausgeschaltet. Das Gerät hatte einen sehr begrenzten Speicher, so dass das Nachrichtenband in einem Kreis gelesen wurde, um einen kontinuierlichen digitalen Datenstrom sicherzustellen. In fünf Sekunden konnte Colossus eine Nachricht mit einer Länge von 25.000 Zeichen lesen, die bis zu 10 Seiten gedruckten Textes einnahm.

Colossus verglich zwei Kanalzeichenelemente aus einer Nachricht mit äquivalenten Elementen aus einem Schlüsselstrom. Jedes Mal, wenn eine Nachricht von einem Band erneut gelesen wurde, rückte der Schlüssel um eine Position vor. Als das Gerät eine Übereinstimmung fand, wurde der Schlüssel für diese Position als korrekt angesehen und ein Punkt dafür vergeben. Nach 4-5 Minuten begann der elektronische Zähler Punkte hinzuzufügen. Einheiten, Zehner, Hunderter und Tausende wurden auf der Frontleuchte angezeigt. Nachdem das Konto groß genug geworden war, druckte das Druckgerät die entsprechenden Plattenpositionen für den Schlüssel aus, der ein solches Konto gab.



Betreiber bei Colossus

Auf moderne Computer übertragen würde die Leistung von Colossus einem Prozessor mit einer Frequenz von ungefähr 5,8 MHz entsprechen. Trotzdem kann Colossus nicht als vollwertiger Computer bezeichnet werden. In diesem geheimen Gerät gab es elektronische Schaltungen, die digitale Funktionen ausführten, aber es gab keinen elektronischen Speicher. Die Daten wurden auf einem geschlossenen Lochband gespeichert, das sich mit einer Geschwindigkeit von 80 km / h bewegte.

Mit Colossus konnten insgesamt über 63 Millionen Anzeichen von abgefangenen Telegrammen des deutschen Oberkommandos entschlüsselt werden.

Der Erfolg von Colossus inspirierte die Briten, ein zweites Modell zu entwickeln. Im Jahr 1944 trat Allen William Mark Coombs dem Newman and Flowers-Team bei. Gemeinsam haben Wissenschaftler eine weiterentwickelte Version des Computers entwickelt - Colossus Mark II. Dieses Gerät war etwa fünfmal größer als sein Vorgänger, zeichnete sich durch eine höhere Geschwindigkeit aus, umfasste insgesamt etwa 2500 elektronische Röhren und bot Programmiermöglichkeiten. In diesem Zusammenhang wird Colossus II häufig als der weltweit erste elektronisch programmierbare Computer angesehen.



Kolosszeichen ii

1945 begann der Erfolg der Colossus-Computer zu schwinden. Solche großen Maschinen mit einer Höhe von 2-3 m und einer Gesamtlänge von etwa 5,5 m, die einen Komplex von 8 großen doppelseitigen Montagegestellen unterschiedlicher Breite darstellen, waren auf bestimmte Aufgaben spezialisiert und unterschieden sich nicht in ihrer Universalität. Darüber hinaus unternahm die führende britische Führung alle Anstrengungen, um ihre mächtigen Entschlüsselungsfähigkeiten vor der UdSSR zu verbergen. Infolgedessen wurde Colossus auf persönliche Anweisung von Winston Churchill in Teile zerlegt und „heimlich“ unter dem Siegel versteckt. 1945 wurden acht von zehn Autos komplett zerlegt.

Die beiden verbleibenden Modelle wurden zuerst nach London und dann nach Cheltenham geschickt. Sie wechselten zum kryptografischen Geheimdienst Großbritanniens - dem Government Communications Headquarters (GCHQ). Computer wurden weitere fünfzehn Jahre heimlich für Schulungen und zusätzliche kryptografische Aufgaben verwendet. Aber bis in die 60er Jahre wurden die letzten beiden Modelle zerlegt. Außerdem wurden die Schaltpläne von Colossus-Computern zerstört. Das Projekt wurde viele Jahre streng vertraulich behandelt.

Einige fragmentarische Informationen über Colossus erschienen seit Mitte der 70er Jahre nach und nach in Zeitungen.

Und 1994 begann eine Gruppe begeisterter Ingenieure unter der Leitung von Tony Sale, eine funktionsfähige Kopie dieser Maschine mit einigen Fotos sowie Aufzeichnungen, Geschichten und Skizzen von überlebenden Projektteilnehmern zu reproduzieren. Die Restaurierung von Colossus fand im Block F des Bletchley Park statt. Das erste Video mit einem Arbeitsmodell wurde 1997 aufgenommen. Der Computer wurde jedoch erst 2008 vollständig restauriert.



Tony Sale (1931 - 2011)

Laut Tony Sale entschlüsselte das restaurierte Colossus-Modell Nachrichten mit der Geschwindigkeit eines Laptops mit einem Pentium 2-Prozessor und der erforderlichen Software. Und dies berücksichtigt einen so soliden Zeitunterschied.

Im Jahr 2000 haben die britischen Behörden einen technischen Bericht von 1945 über die Öffnung der Chiffrier- und Kolossmaschinen offiziell freigegeben. Der Geheimdienst des GCHQ reichte ein umfangreiches Dokument beim öffentlich zugänglichen Staatsarchiv (Public Record Office) in Kew ein.



Nationales Museum für Computer

Dank der Restaurierung von Colossus wurde 2007 das National Museum of Computing eröffnet, das sich ebenfalls im Bletchley Park befindet.



Bletchley Park

Mythen über den britischen Koloss

Angesichts der Geheimhaltung des Projekts und des Mangels an vollständigen Informationen zu diesem Gerät wurden die Lücken in seiner Geschichte nach und nach mit verschiedenen Mythen gefüllt. Das Folgende ist eine Gegenargumentation zu vier von ihnen.

Mythos 1. Colossus ist der weltweit erste digitale Computer.
Trotz der Tatsache, dass Colossus in vielerlei Hinsicht eine wirklich einzigartige Entwicklung ist, war es nicht der erste Computer. Um diese Meisterschaft kann man sich bewerben: der deutsche Erfinder Konrad Zuse (Konrad Zuse) mit Z3 und den Mitarbeitern der Universität Iowa John Atanasov (John Vincent Atanasoff) und sein Doktorand Clifford Berry (Clifford Berry) mit einem Computer BC (Atanasoff Berry Computer).

Mythos 2. Der Mathematiker Alan Turing selbst war am Bau des Kolosses beteiligt.
Da Alan Turing auf demselben Gebiet arbeitete und Enigma entschlüsselte, war er tatsächlich mit dem Colossus-Projekt vertraut. Trotzdem war er nicht direkt an der Entwicklung dieses Computers beteiligt.

Mythos 3. Die Briten lasen fast die gesamte verschlüsselte deutsche Korrespondenz von Enigma.
Das nationalsozialistische Deutschland verwendete nicht nur Enigma, um Nachrichten zu verschlüsseln - die Deutschen hatten auch andere Verschlüsselungsgeräte. Und die Briten konnten weit entfernt von der geheimen Korrespondenz dieser Maschine entschlüsseln.

Mythos 4. Ein leistungsstarker programmierbarer Colossus-Computer ermöglichte das schnelle Öffnen der Enigma-Tasten.
Colossus wurde nicht zum Brechen von Enigma-Schlüsseln geschaffen, sondern zum Öffnen des Telegraphencodierers Lorenz SZ, der als Hitlers persönliche geheime Korrespondenz mit Mitgliedern des Oberkommandos des Dritten Reiches diente.

Source: https://habr.com/ru/post/de393987/