Хит Робинсон (машина для взлома кодов)

Хит Робинсон — машина, использовавшаяся британскими взломщиками кодов в Государственной школе кодов и шифров (GC&CS) в Блетчли-парке во время Второй мировой войны для криптоанализа шифра Лоренца . Это позволило расшифровать сообщения немецким телетайпным шифром, созданным Lorenz SZ40/42 линейной шифровальной машиной . И шифр, и машины взломщики кодов назвали «Тунни», назвав различные немецкие шифры телетайпов в честь рыб . В основном это была электромеханическая машина, содержащая не более пары десятков клапанов (вакуумных трубок) . ^[2] и был предшественником электронного компьютера Colossus . окрестили его «Хит Робинсон» Рены Управлявшие им в честь карикатуриста Уильяма Хита Робинсона , который рисовал чрезвычайно сложные механические устройства для простых задач, похожие на (и несколько предшествующие) Рубу Голдбергу в США. ^[3]

Функциональную спецификацию машины подготовил Макс Ньюман . Основным инженерным проектом стала работа Фрэнка Моррелла. ^[4] на исследовательской станции почтового отделения в Доллис-Хилл в северном Лондоне, где его коллега Томми Флауэрс разрабатывал «Объединяющий блок». ^[5] Доктор К.Э. Винн-Вильямс из Научно-исследовательского центра телекоммуникаций в Малверне изготовил высокоскоростные электронные клапанные и релейные счетчики. ^[5] Строительство началось в январе 1943 года. ^[6] Прототип машины был доставлен в Блетчли-Парк в июне и вскоре после этого впервые был использован для считывания текущего зашифрованного трафика. ^[7]

Поскольку Робинсон был немного медленным и ненадежным, позже он был заменен компьютером Колосс для многих целей, включая методы, используемые против двенадцатироторного онлайн-телетайпа Лоренца SZ42 (кодовое название «Тунни», что означает тунец). ^[8]^[9]

Статистический метод Тутте

В основе метода, реализованного машиной Хита Робинсона, лежала Билла Татта «методика 1+2» . ^[10] Это включало в себя изучение первых двух из пяти импульсов. ^[11] символов сообщения на ленте зашифрованного текста и объединения их с первыми двумя импульсами части ключа, генерируемыми $\chi$ колеса машины Лоренца. Для этого нужно было прочитать две длинные петли бумажной ленты, одна из которых содержала зашифрованный текст, а другая — $\chi$ компонент ключа. Сделав ленту ключей на один символ длиннее ленты сообщений, каждая из 1271 начальной позиции $\chi$ ₁ $\chi$ ₂ последовательность была опробована против сообщения. ^[12] Подсчет накапливался для каждой стартовой позиции и, если он превышал заранее определенный «установленный итог», распечатывался. Самый высокий счетчик с наибольшей вероятностью будет иметь правильные значения $\chi$ ₁ и $\chi$ ₂ . При этих значениях настройки других $\chi$ колеса можно попробовать сломать все пять $\chi$ начальные положения колес для этого сообщения. Это затем позволило добиться эффекта $\chi$ компонент ключа, подлежащий удалению, и полученное модифицированное сообщение, атакованное ручными методами в Тестере .

Ленточный транспорт

«Кровать» представляла собой систему шкивов, вокруг которых синхронно вращались две непрерывные петли ленты. Первоначально это осуществлялось с помощью пары звездочек на общей оси. Это было изменено на привод с помощью фрикционных шкивов, при этом звездочки сохраняли синхронизацию, когда было обнаружено, что это приводит к меньшему повреждению лент. Скорость до 2000 символов в секунду была достигнута для более коротких лент и только 1000 для более длинных лент. Ленты пропускались мимо множества фотоэлектрических элементов, где считывались символы и другие сигналы. ^[13] Возможная длина ленты на кровати составляла от 2000 до 11 000 символов. ^[14]

Чтение ленты

Перфорированные ленты считывались фотоэлектрически через «ворота», расположенные как можно ближе кзвездочку для уменьшения эффекта натянутых лент. Последовательные символы на ленте считывались батареей из десяти фотоэлементов: одиннадцатого для отверстий звездочки и двух дополнительных для сигналов «стоп» и «старт», которые вручную пробивались между третьим и четвертым, четвертым и пятым каналами. ^[13]

Комбинирующий блок

Его разработал Томми Флауэрс из исследовательской станции почтового отделения в Доллис-Хилл в северном Лондоне. ^[5] использовались термоэмиссионные клапаны Для реализации логики (вакуумные лампы). Это включало булевую функцию «исключающее ИЛИ» (XOR) для объединения различных битовых потоков. В следующей « таблице истинности » 1 представляет «истину», а 0 — «ложь». (В Блетчли-парке они были известны как x и • соответственно.)

ВХОД		ВЫХОД
А	Б	А ⊕ Б
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Другие названия этой функции: «не равно» (NEQ), « сложение по модулю 2» (без переноса) и «вычитание по модулю 2» (без «заимствования»). Обратите внимание, что сложение и вычитание по модулю 2 идентичны. Некоторые описания расшифровки Танни относятся к сложению, а некоторые — к дифференцированию, то есть вычитанию, но они означают одно и то же.

В блоке объединения реализована логика статистического метода Тутте . Для этого требовалось, чтобы бумажная лента, содержащая зашифрованный текст, была сопоставлена с лентой, содержащей компонент шифровальной машины Лоренца, созданный соответствующими двумя колесами ци во всех возможных начальных положениях. Затем был произведен подсчет общего количества сгенерированных нулей , причем высокий счет указывает на большую вероятность того, что начальная позиция последовательности ключей хи является правильной.

Подсчет

Винн-Уильямс получил докторскую степень в Кембриджском университете за работу в Кавендишской лаборатории с сэром Эрнестом Резерфордом . ^[15] В 1926 году он сконструировал усилитель с использованием термоэлектронных ламп (вакуумных ламп) для очень малых электрических токов, возникающих в детекторах в своих экспериментах по ядерному распаду. Резерфорд убедил его посвятить свое внимание созданию надежного лампового усилителя и методам регистрации и счета этих частиц. В счетчике использовались газонаполненные тиратронные трубки , которые являются бистабильными устройствами.

В счетчиках, которые Винн-Уильямс разработал для Хита Робинсона, а затем и для компьютеров «Колосс», использовались тиратроны для счета единиц 1, 2, 4, 8; быстродействующие реле для счета единиц 16, 32, 48, 64; и более медленные эстафеты для счета 80, 160, 240, 320, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000, 6000 и 8000. ^[14] Счет, полученный за каждый прогон ленты сообщений, сравнивался с заданным значением и, если он превышал его, отображался вместе со счетом, указывающим положение ключевой ленты по отношению к ленте сообщений. Операторам Рена изначально приходилось записывать эти числа до того, как будет отображен следующий счетчик, превышающий пороговое значение, что было «плодотворным источником ошибок». ^[16] поэтому вскоре был представлен принтер.

Робинзонские разработки

Оригинальный Хит Робинсон представлял собой прототип и был эффективен, несмотря на ряд серьезных недостатков. ^[16] Все, кроме одного, отсутствия «охвата». ^[17] способности, постепенно преодолевались в ходе развития того, что стало известно как « Старый Робинзон ». ^[18] Однако Томми Флауэрс понял, что он может создать машину, которая будет генерировать ключевой поток в электронном виде, чтобы устранить основную проблему синхронизации двух лент друг с другом. Так появился компьютер Colossus.

Несмотря на успех Colossus, подход Робинсона по-прежнему оставался ценным для решения некоторых проблем. Были разработаны улучшенные версии, получившие прозвища «Питер Робинсон» и «Робинсон и Кливер» в честь универмагов в Лондоне. ^[19] Дальнейшим развитием идеи стала машина под названием Супер Робинсон или Супер Роб. ^[20] В этой квартире, спроектированной Томми Флауэрсом, было четыре кровати. ^[21] чтобы обеспечить возможность запуска четырех лент и использовался для анализа глубины и «шпаргалок» или атак с известным открытым текстом . ^[22]^[23]

Ссылки и примечания

^ «Робинзон — Национальный музей вычислительной техники» . www.tnmoc.org .
^ Коупленд 2006 , с. 74
^ «Художники и изобретатели, вдохновленные Рубом Голдбергом» . www.rube-goldberg.com .
^ Национальный кодовый центр Блетчли-Парка: ноябрь 1943 г. , архивировано из оригинала 23 октября 2017 г. , получено 21 ноября 2012 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Гуд, Мичи и Тиммс, 1945 , с. 33 в 1. Введение: некоторые исторические заметки
^ Коупленд 2006 , с. 65
^ Гуд, Мичи и Тиммс 1945 , с. 290 в 3. Организация: Организация по настройке машин.
^ Коупленд, Б. Джек; Боуэн, Джонатан; Спревак, Марк; Уилсон, Робин (2017). Руководство Тьюринга . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-874782-6 .
^ Игараси, Ёсихидэ; Альтман, Том; Фунада, Марико; Камияма, Барбара (27 мая 2014 г.). Вычисления: историческая и техническая перспектива . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4822-2741-3 .
^ Будянский 2006 , стр. 58, 59
^ «Импульс» - это термин, используемый в Блетчли-парке. Сегодня сказали бы «первые два бита ».
^ Сейл, Тони (2001), Восстановление Хита Робинсона: Хит Робинсон в Блетчли-парке , получено 2 апреля 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Гуд, Мичи и Тиммс, 1945 , с. 355 из 54. Робинсон: Бедстеды и подсчет позиций
^ Перейти обратно: ^а ^б Малый 1944 г.
^ Коупленд 2006 , с. 64
^ Перейти обратно: ^а ^б Гуд, Мичи и Тиммс, 1945 , с. 328 из 52. Развитие Робинзона и Колосса
^ Спаннинг - это возможность ограничить рассмотрение ленты сообщений определенным разделом (или «диапазоном») в ситуации, когда было известно или подозревалось, что в определенной части ленты произошла ошибка.
^ Гуд, Мичи и Тиммс 1945 , с. 354 из 54. Робинсон: Введение
^ Ганнон, Пол (1 января 2007 г.). Колосс: Величайшая тайна Блетчли-Парка . Атлантические книги. ISBN 9781782394020 – через Google Книги.
^ Гуд, Мичи и Тиммс 1945 , стр. 354–362 в 54. Робинсон
^ Гуд, Мичи и Тиммс 1945 , с. 26 из 13. Машины.
^ Рэнделл 2006 , с. 149
^ Ганнон, Пол (январь 2007 г.). Колосс: Величайшая тайна Блетчли-Парка . ISBN 9781782394020 .

Библиография

Будянский, Стивен (2006), Колосс, взлом кодов и цифровой век в Коупленде, 2006 , стр. 52–63.
Картер, Фрэнк, Колосс и взлом шифра Лоренца (PDF) , Технические документы, Национальный центр кодов Блетчли-Парк, заархивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2012 г. , получено 26 сентября 2012 г.
Коупленд, Джек (2000), Краткая история вычислений , получено 6 октября 2012 г.
Коупленд, Б. Джек , изд. (2006), Колосс: Секреты компьютеров для взлома кодов Блетчли-Парка , Оксфорд: Oxford University Press, ISBN 978-0-19-284055-4
Флауэрс, Томас Х. (июль 1983 г.), «Дизайн колосса» , Annals of the History of Computing , 5 (3): 239–252, doi : 10.1109/MAHC.1983.10079 , S2CID 39816473
Ганнон, Пол (2006). Колосс: Величайшая тайна Блетчли-Парка . Лондон: Atlantic Books. ISBN 1-84354-330-3 .
Хорошо, Джек ; Мичи, Дональд ; Тиммс, Джеффри (1945), Общий отчет о Танни: с акцентом на статистические методы , Государственный архив Великобритании HW 25/4 и HW 25/5, заархивировано из оригинала 17 сентября 2010 г. , получено 15 сентября 2010 г. Эта версия представляет собой факсимиле. копию, но есть расшифровка большей части этого документа в формате «.pdf» по адресу: Сейл, Тони (2001), часть «Общего отчета о Танни», «История Ньюманри», отформатированная Тони Сейлом (PDF) , получено 20 сентября 2010 г. , а также веб-расшифровка Части 1 по адресу: Эллсбери, Грэм, Общий отчет о Танни с акцентом на статистические методы , получено 3 ноября 2010 г.
Ньюман, Макс , Приложение 7: ∆ $\chi$ -Метод в Коупленде, 2006 г. , стр. 387–390.
Рэнделл, Брайан , О людях и машинах в Коупленде, 2006 , стр. 141–149.
Сейл, Тони , Колосс: его назначение и действие: век машин приходит к взлому кода Фиша , получено 20 августа 2012 г.
Сэйл, Тони , Восстановление Хита Робинсона (PDF) , получено 20 августа 2012 г.
Смолл, Альберт В. (декабрь 1944 г.), Специальный отчет о рыбе (PDF) , стр. 108 , получено 14 октября 2012 г.
Тутт, Уильям Т. (2006), Приложение 4: Моя работа в Блетчли-парке в Коупленде, 2006 г. , стр. 352–369.
Тутте, WT (19 июня 1998 г.), Фиш и я (PDF) , получено 7 апреля 2012 г. Стенограмма лекции, прочитанной профессором Тутте в Университете Ватерлоо.

[1] «Робинзон — Национальный музей вычислительной техники» . www.tnmoc.org .

[2] Коупленд 2006 , с. 74

[3] «Художники и изобретатели, вдохновленные Рубом Голдбергом» . www.rube-goldberg.com .

[4] Национальный кодовый центр Блетчли-Парка: ноябрь 1943 г. , архивировано из оригинала 23 октября 2017 г. , получено 21 ноября 2012 г.

[GRoT-P33-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с Гуд, Мичи и Тиммс, 1945 , с. 33 в 1. Введение: некоторые исторические заметки

[6] Коупленд 2006 , с. 65

[7] Гуд, Мичи и Тиммс 1945 , с. 290 в 3. Организация: Организация по настройке машин.

[8] Коупленд, Б. Джек; Боуэн, Джонатан; Спревак, Марк; Уилсон, Робин (2017). Руководство Тьюринга . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-874782-6 .

[9] Игараси, Ёсихидэ; Альтман, Том; Фунада, Марико; Камияма, Барбара (27 мая 2014 г.). Вычисления: историческая и техническая перспектива . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4822-2741-3 .

[10] Будянский 2006 , стр. 58, 59

[11] «Импульс» - это термин, используемый в Блетчли-парке. Сегодня сказали бы «первые два бита ».

[12] Сейл, Тони (2001), Восстановление Хита Робинсона: Хит Робинсон в Блетчли-парке , получено 2 апреля 2013 г.

[Bedstead-13] Перейти обратно: ^а ^б Гуд, Мичи и Тиммс, 1945 , с. 355 из 54. Робинсон: Бедстеды и подсчет позиций

[Small-14] Перейти обратно: ^а ^б Малый 1944 г.

[15] Коупленд 2006 , с. 64

[GRoT-P328-16] Перейти обратно: ^а ^б Гуд, Мичи и Тиммс, 1945 , с. 328 из 52. Развитие Робинзона и Колосса

[17] Спаннинг - это возможность ограничить рассмотрение ленты сообщений определенным разделом (или «диапазоном») в ситуации, когда было известно или подозревалось, что в определенной части ленты произошла ошибка.

[18] Гуд, Мичи и Тиммс 1945 , с. 354 из 54. Робинсон: Введение

[19] Ганнон, Пол (1 января 2007 г.). Колосс: Величайшая тайна Блетчли-Парка . Атлантические книги. ISBN 9781782394020 – через Google Книги.

[20] Гуд, Мичи и Тиммс 1945 , стр. 354–362 в 54. Робинсон

[21] Гуд, Мичи и Тиммс 1945 , с. 26 из 13. Машины.

[22] Рэнделл 2006 , с. 149

[23] Ганнон, Пол (январь 2007 г.). Колосс: Величайшая тайна Блетчли-Парка . ISBN 9781782394020 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]