Heath Robinson (stroj na rozbití kódu) - Heath Robinson (codebreaking machine)

Viz také: Cryptanalýza Lorenzovy šifry

Pracovní replika stroje Heath Robinson na Národní muzeum výpočetní techniky. Vpravo je transportní mechanismus papírové pásky, který byl nazván „postel“ kvůli podobnosti s obráceným kovovým rámem postele.[1]

Heath Robinson byl stroj používaný Brity kódovači na Vládní zákoník a škola Cypher (GC&CS) na Bletchley Park v době druhá světová válka v Cryptanalýza Lorenzovy šifry. Tím bylo dosaženo dešifrování zpráv v němčině dálnopis šifra produkovaná Lorenz SZ40 / 42 in-line šifrovací stroj. Šifra i stroje byli kódovači nazýváni „Tunny“, kteří pojmenovali různé německé dálnopisové šifry podle Ryba. Byl to hlavně elektromechanický stroj, který neobsahoval více než pár desítek ventily (vakuové trubice),[2] a byl předchůdcem elektroniky Kolosový počítač. To bylo nazváno "Heath Robinson" od Wrens kdo jej provozoval, po karikaturistovi William Heath Robinson, kteří kreslili nesmírně komplikovaná mechanická zařízení pro jednoduché úkoly, podobné (a poněkud předcházející) Rube Goldberg v USA.[3]

Funkční specifikaci stroje vyrobila společnost Max Newman. Hlavní konstrukční návrh byl dílem Franka Morrella[4] na Výzkumná stanice pošty na Dollis Hill v severním Londýně se svým kolegou Tommy květiny navrhování „kombinované jednotky“.[5] Dr. C. E. Wynn-Williams z Založení telekomunikačního výzkumu v Malvernu vyrábí vysokorychlostní elektronické ventilové a reléové čítače.[5] Stavba byla zahájena v lednu 1943,[6] prototyp stroje byl dodán do Bletchley Parku v červnu a byl poprvé použit k tomu, aby pomohl číst aktuální šifrovaný provoz brzy poté.[7]

Vzhledem k tomu, že Robinson byl trochu pomalý a nespolehlivý, byl později nahrazen Kolosový počítač pro mnoho účelů, včetně metod používaných proti dvanácti rotorovému šifrovacímu stroji Lorenz SZ42 online (kód s názvem Tunny, pro tunafish).[8][9]

Tutteova statistická metoda

Základem metody, kterou implementoval stroj Heath Robinson, byl Bill Tutte „Technika 1 + 2“.[10] To zahrnovalo zkoumání prvních dvou z pěti impulzů[11] znaků zprávy na šifrový text pásku a jejich kombinací s prvními dvěma impulsy části klíče generovanými kola stroje Lorenz. To zahrnovalo čtení dvou dlouhých smyček papírové pásky, jedna obsahující šifrovací text a druhá další součást klíče. Tím, že je klíčová páska o jeden znak delší než páska se zprávou, každá z 1271 výchozích pozic 1 2 sekvence byla vyzkoušena proti zprávě.[12] Pro každou počáteční pozici byl nashromážděn počet a pokud překročil předem definovaný „celkový součet“, byl vytištěn. Nejvyšší počet byl s největší pravděpodobností ten, který měl správné hodnoty 1 a 2. S těmito hodnotami, nastavení druhé kola se mohla pokusit rozbít všech pět počáteční polohy kol pro tuto zprávu. To pak umožnilo účinek součást klíče, který má být odstraněn, a výsledná upravená zpráva napadena manuálními metodami v Testery.

Přeprava pásky

„Postel“ byl systém kladek, kolem nichž byly synchronně poháněny dvě souvislé smyčky pásky. Zpočátku to bylo pomocí dvojice řetězových kol na společné nápravě. To se změnilo na pohon třecími kladkami s ozubenými koly udržujícími synchronizaci, když se zjistilo, že to způsobilo menší poškození pásek. U kratších pásek bylo dosaženo rychlosti až 2 000 znaků za sekundu, u delších pásek však pouze 1 000. Pásky byly vedeny kolem řady fotoelektrických článků, kde byly čteny znaky a další signály.[13] Možné délky pásky na lůžku byly od 2000 do 11 000 znaků.[14]

Čtení pásky

Perforované pásky byly čteny fotoelektricky na „bráně“, která byla umístěna co nejblíže k řetězci, aby se snížil účinek natažených pásek. Po sobě jdoucí znaky na pásku byly přečteny baterií deseti fotobuněk, jedenáctá pro otvory řetězových kol a dvě další pro signály „stop“ a „start“, které byly ručně děrovány mezi třetím a čtvrtým a čtvrtým a pátým kanálem.[13]

Kombinovaná jednotka

Toto navrhl Tommy květiny z Výzkumná stanice pošty na Dollis Hill v severním Londýně.[5] Použilo se to termionické ventily (elektronky) k implementaci logiky. Jednalo se o Booleovský „exclusive or“ (XOR) funkce v kombinaci různých bitových toků. V následujícím "pravdivostní tabulka ", 1 představuje „true“ a 0 představuje „false“. (V Bletchley Parku byli známí jako X a • resp.)

VSTUPVÝSTUP
ABA ⊕ B
000
011
101
110

Jiná jména pro tuto funkci jsou: „nerovná se“ (NEQ),modulo 2 sčítání "(bez přenášení) a" odčítání modulo 2 "(bez 'vypůjčení'). Všimněte si, že sčítání a odčítání modulo 2 jsou totožné. Některé popisy dešifrování Tunny odkazují na sčítání a některé na rozdíly, tj. Odčítání, ale znamenají stejná věc.

Kombinující jednotka implementovala logiku Tutteova statistická metoda. To vyžadovalo, aby byla papírová páska obsahující šifrovací text vyzkoušena proti pásce, která obsahovala součást šifrovacího stroje Lorenz generovanou příslušnými dvěma chi kola ve všech možných počátečních polohách. Poté byl počítán z celkového počtu 0s generováno, přičemž vysoký počet indikuje větší pravděpodobnost výchozí pozice chi správná sekvence kláves.

Počítací

Wynn-Williams získal doktorát na Cambridgeské univerzitě za svou práci na Cavendishova laboratoř s Sir Ernest Rutherford.[15] V roce 1926 zkonstruoval zesilovač pomocí termionické ventily (vakuové trubice) pro velmi malé elektrické proudy vznikající z detektorů v jejich experimentech s jaderným rozpadem. Rutherford ho přiměl věnovat pozornost konstrukci spolehlivého zesilovače ventilů a metodám registrace a počítání těchto částic. Počítadlo používalo plyn Thyratronové zkumavky což jsou bistabilní zařízení.

Pulty, které Wynn-Williams navrhl pro Heath Robinsona a následně pro Kolosové počítače použil tyratrony k počítání jednotek 1, 2, 4, 8; vysoká rychlost relé počítat jednotky 16, 32, 48, 64; a pomalejší relé na 80, 160, 240, 320, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000, 6000 a 8000.[14] Počet získaný pro každý průchod pásky se zprávou byl porovnán s přednastavenou hodnotou a pokud ji překročil, byl zobrazen spolu s počtem, který indikoval polohu klíčové pásky ve vztahu k pásku se zprávou. Operátoři Wren zpočátku museli tato čísla zapsat, než se zobrazil další počet, který překročil prahovou hodnotu - což byl „plodný zdroj chyby“,[16] takže byla brzy představena tiskárna.

Robinsonský vývoj

Původní Heath Robinson byl prototyp a byl účinný i přes řadu vážných nedostatků.[16] Všichni kromě jednoho z nich, nedostatek „překlenutí“[17] schopnosti, byly postupně překonávány při vývoji toho, co se stalo známé jako „Starý Robinson".[18] Nicméně, Tommy květiny si uvědomil, že by mohl vyrobit stroj, který generoval klíčový proud elektronicky, takže by byl odstraněn hlavní problém udržování dvou synchronizovaných pásek navzájem. To byla geneze počítače Colossus.

Přes úspěch Colossuse byl Robinsonův přístup stále cenný pro určité problémy. Byly vyvinuty vylepšené verze, přezdívané Peter Robinson a Robinson and Cleaver podle obchodních domů v Londýně.[19] Dalším vývojem myšlenek byl stroj s názvem Super Robinson nebo Super Rob.[20] Ten, který navrhl Tommy Flowers, měl čtyři rošty[21] umožňující běh čtyř pásek a byl použit pro běh hloubek a "betlémů" nebo útok se známým prostým textem běží.[22][23]

Odkazy a poznámky

  1. ^ „Robinson - Národní muzeum výpočetní techniky“. www.tnmoc.org.
  2. ^ Copeland 2006, str. 74
  3. ^ „Umělci a vynálezci inspirovaní Rube Goldbergem“. www.rube-goldberg.com.
  4. ^ Bletchley Park National Code Center: listopad 1943, vyvoláno 21. listopadu 2012
  5. ^ A b C Dobře, Michie & Timms 1945, str. 33 palců 1. Úvod: Několik historických poznámek
  6. ^ Copeland 2006, str. 65
  7. ^ Dobře, Michie & Timms 1945, str. 290 palců 3. Organizace: Organizace nastavení stroje
  8. ^ Odkaz Nepravdivé, strana 173
  9. ^ https://books.google.ca/books?id=58ySAwAAQBAJ&pg=PA152&dq=heath+robinson+slow+unreliable+colossus+Tunny&hl=cs&sa=X&ved=0ahUKEwixxKXs1O3TAhWR0YMKHdYVCmIQ6A=jon20% 20Tunny & f = false, strana 152
  10. ^ Budianskiy 2006, str. 58,59
  11. ^ „Impulse“ je termín používaný v Bletchley Parku. Dnes by se dalo říci „první dva bity ".
  12. ^ Prodej, Tony (2001), Přestavba Heath Robinsona: Heath Robinson v Bletchley Parku, vyvoláno 2. dubna 2013
  13. ^ A b Dobře, Michie & Timms 1945, str. 355 palců 54. Robinson: Postele a počítání pozic
  14. ^ A b Malý 1944
  15. ^ Copeland 2006, str. 64
  16. ^ A b Dobře, Michie & Timms 1945, str. 328 palců 52. Vývoj Robinsona a Colossuse
  17. ^ Spanning byla schopnost omezit zvážení pásky zprávy na definovanou část (nebo „rozpětí“) v situaci, kdy bylo známo nebo podezření, že došlo k chybě v konkrétní části pásky.
  18. ^ Dobře, Michie & Timms 1945, str. 354 palců 54. Robinson: Úvod
  19. ^ Gannon, Paul (1. ledna 2007). Colossus: Bletchley Park's Greatest Secret. Atlantic Books. ISBN  9781782394020 - prostřednictvím Knih Google.
  20. ^ Dobře, Michie & Timms 1945, str. 354–362 palců 54. Robinson
  21. ^ Dobře, Michie & Timms 1945, str. 26 palců 13. Stroje.
  22. ^ Randell 2006, str. 149
  23. ^ Gannon, Paul (leden 2007). Colossus: Bletchley Park's Greatest Secret. ISBN  9781782394020.

Bibliografie