Колосс британский: Секретный предок компьютеров

Специально под криптосистему FISH в Блечли-Парк было создано отдельное подразделение. Первые полтора года криптоанализ продвигался чрезвычайно тяжело, но 30 августа 1941 года один из германских шифровальщиков совершил чудовищную ошибку. В ответ на просьбу повторить сообщение он еще раз передал длинную (около 4000 знаков) шифртелеграмму на том же ключе, да еще по лени слегка сократил исходный текст. В руках англичан оказались обе радиопередачи, что позволило им не только полностью дешифровать этот комплект и прочесть текст телеграммы, но и получить очень важную информацию — длинную шифрующую последовательность, генерируемую шифратором. Кроме того, было известно, что в начале каждой шифртелеграммы немцы дают специфическую последовательность из 12 знаков, поэтому предположили: криптосхема неизвестного шифратора построена на основе 12 шифрующих колес. На основе шифрколес с шестернями движения разного периода были устроены практически все известные в ту пору шифраторы, включая и немецкие. Вскрытая по комплекту шифрпоследовательность давала надежду на полное восстановление логики работы аппарата FISH.

Успех сопутствовал одному из молодых криптографов-математиков GC&CS, Биллу Туту, аккуратно расписавшему пять дорожек вскрытой шифрпоследовательности на больших разлинованных листах бумаги — в те времена все подсчеты и поиск повторений криптоаналитикам приходилось делать исключительно вручную. В одной из дорожек, то есть в череде «точек» и «крестов» (нули и единицы тогда еще не использовали), Тут сумел выявить характерные признаки двух шифрующих колес. Развив этот успех, англичане за несколько месяцев сумели взломать шифрсистему, установить общую схему устройства шифратора (см. врезку «Рыба по имени Lorenz SZ») и убедиться, что в принципе переписку такого типа можно вскрывать и читать. Правда, путем чрезвычайно трудоемких вычислений, требовавших до нескольких недель ручного труда на обработку одной телеграммы.

Для того чтобы дешифровать сообщение, аналитикам нужно было решить две главные задачи. Во-первых, «вскрыть колеса», то есть установить точное расположение рабочих и нерабочих штифтов на каждом из 12 шифрующих дисков. Конкретные комбинации штифтов устанавливались в FISH на определенный интервал дат, в течение которого не изменялись и использовались для шифрования всех сообщений, проходящих по данной линии связи. Вторая за-дача — найти начальное положение («установки») дисков, использованное для конкретной телеграммы. Каждое секретное сообщение зашифровывалось немцами при новых установках, поэтому эта задача решалась лишь после того, как были вычислены штифтовые комбинации на всех дисках.

В Блечли-Парк очень хорошо понимали, что вскрывать такой шифр вручную совершенно неэффективно, ибо за недели кропотливых вычислений утрачивается оперативная ценность столь тяжело добытой информации. Поэтому для автоматизации работ было создано специальное подразделение, получившее шутливое название «Ньюменарий» в честь возглавившего его известного английского математика Макса Ньюмена. Именно здесь чуть позже и родится новаторская идея о большом электронном компьютере, однако появится он далеко не сразу.

Первым проектом по автоматизации дешифрования была оптомеханическая специализированная машина-компаратор (сравнивающее устройство) Heath Robinson, названная по имени популярного в довоенных комиксах персонажа-изобретателя странных механизмов. «Робинсон» использовали, но не слишком успешно, для решения задачи о начальных установках колес. Главная проблема была в точной синхронизации двух перфолент, одна из которых содержала германское шифрованное сообщение, а на второй были набиты циклически повторяющиеся последовательности битов, порождаемые штифтовыми комбинациями вскрытых дисков шифратора. Оптомеханический считыватель позволял обрабатывать пару перфолент с довольно высокой скоростью — свыше 1000 знаков в секунду — однако перфоленточная бумага растягивалась, приводя к сбоям синхронизации и ошибкам в вычислениях. Компьютер Colossus полностью решил эту проблему, поскольку в нем работа дисков шифратора воспроизводилась чисто электронными методами, с помощью ламповых схем. Так что на вводе в устройство осталась лишь одна перфолента с шифртекстом телеграммы, которая теперь считывалась намного быстрее, со скоростью 5000 знаков (или 12 метров) в секунду, а подсчеты при этом стали значительно надежнее.

Полностью моделировать работу шифратора внутри компьютера, используя ламповые схемы с быстрым временем переключения, предложил инженер-электронщик Томми Флауэрс — сотрудник британского Министерства почт, которого привлекли для помощи криптоаналитикам. В те времена за механизацию всех государственных коммуникаций отвечал Исследовательский центр министерства почт Dollis Hill в Северном Лондоне, и именно там в период с февраля по декабрь 1943 года Флауэрс и его коллеги построили небывалую по масштабам машину Mark I Colossus, содержавшую в своих схемах около 1500 электронных ламп. В канун Нового года готовый компьютер разобрали и перенесли в Блечли-Парк, где с февраля 1944 года Colossus начал на постоянной основе вскрывать шифрпереписку высшего эшелона германского военного командования. Благодаря надежному и быстродействующему электронному компьютеру время вскрытия телеграмм сократилось с нескольких недель до 2−3 часов. Воодушевленные столь грандиозным успехом англичане в течение 1944 года создали еще более продвинутую версию компьютера под названием Colossus Mark II. Он был примерно в пять раз быстрее своего предшественника, содержал около 2500 электронных ламп и предоставлял возможности программирования. На этом основании Colossus II в целом ряде работ расценивается ныне как первый в мире электронный программируемый компьютер. До конца войны было построено в общей сложности 10 таких машин.

Главный конструктор «Колоссов» Томми Флауэрс, хорошо знавший особенности работы электронных ламп, с самого начала предупреждал, что такие машины лучше вообще не выключать, обеспечив надлежащее охлаждение электроники (чаще всего лампы отказывали и «перегорали» в моменты включения/выключения). Уже первые дни эксплуатации машины полностью подтвердили правоту инженера, так что все компьютеры Colossus, однажды включенные, уже не выключались вплоть до Дня победы.

В общей сложности с помощью «Колоссов» было дешифровано свыше 63 миллионов знаков телеграмм немецкого верховного командования, которые «поставляли» примерно 550 сотрудников (точнее, в большинстве своем сотрудниц) Блечли-Парк плюс, конечно же, службы радиоперехвата.

C приходом мая 1945 года звезда компьютеров Colossus, увы, стремительно закатилась. Машины-гиганты, каждая из которых представляла собой комплекс из 8 крупных двухсторонних монтажных стоек разной ширины, высотой по 2,3 метра и суммарной длиной около 5,5 метра, были слишком специализированы под конкретную задачу. А высшее политическое руководство Великобритании слишком озабочено, чтобы Сталин и быстро формировавшийся вокруг СССР блок просоветских государств ничего не узнали о мощных дешифровальных возможностях недавнего союзника. Уинстон Черчилль лично дал указание, чтобы «Колоссов» разобрали на части размерами «не больше руки человека». Восемь из десяти машин были полностью демонтированы уже в том же 1945 году.

Два последних компьютера сначала перевезли в Лондон, а затем в город Челтнем, где разместилась (и базируется по сию пору) преемница GC&CS, криптографическая спецслужба Великобритании GCHQ, или Штаб-квартира правительственной связи (Government Communications Head-quarters). Здесь, за плотной завесой секретности, эти компьютеры использовались еще полтора десятка лет для тренировочных и вспомогательных криптографических задач. В 1959—1960 годах демонтировали и две последние машины, тогда же были сожжены и все рабочие схемы-чертежи компьютеров Colossus. При этом сам факт существования столь выдающихся для своего времени вычислительных устройств продолжали держать в строжайшей тайне еще многие годы.

Хотя официальной информации о Colossus не публиковалось вплоть до конца XX века, обрывочные сведения об этом компьютере стали появляться с середины 1970-х годов, когда истек стандартный для Британии 30-летний срок хранения государственных секретов. К 1996 году группе энтузиастов при национальном криптомузее Блечли-Парк даже удалось воссоздать работоспособную копию этой машины, правдами и неправдами накопив достаточное количество подробностей, приватных воспоминаний и эскизов от оставшихся в живых участников проекта.

В таких условиях продолжать делать тайну из того, что так или иначе уже известно всем, стало бессмысленно. В октябре 2000 года власти Великобритании решились наконец рассекретить технический отчет о вскрытии FISH и машинах Colossus, подготовленный в 1945 году сразу по окончании войны. Объемный 500-страничный документ спецслужба GCHQ передала в общедоступный Государственный архив (Public Record Office) в городе Кью.

Наиболее полную информацию о компьютерах Colossus, включая и онлайновую версию рассекреченного отчета 1945 года, можно найти на веб-сайте английского инженера-энтузиаста Тони Сэйла, благодаря усилиям которого и удалось возродить из небытия, казалось бы, утраченную для истории машину.