Colossus - первый компьютер в Мире

Перехват зашифрованных сообщений и оперативных данных с фронта являлся первостепенной задачей разведки союзников во время Второй мировой войны. На то время Германия и ряд других стран использовали шифровальные машины Энигма, но их алгоритмы шифрования применялись лишь в некоторых случаях, а важная информация кодировалась по другим принципам и с помощью иного оборудования. Командование срочно искало технологические возможности для взлома криптографических ключей, используемых Германией. Для этих целей британцы создали секретный проект первого в мире компьютера на основе радиоламп – Colossus.

Прототип первого в мире суперкомпьютера

Постройка Colossus была окончена британцами в 1943 году. На то время Германия активно использовала Энигму для оперативной работы и передачи данных в полевых условиях. Особо важные линии связи и коммуникации между командными пунктами и штабами происходили посредством шифрования с помощью устройства «Лоренц». Это оборудование было намного более эффективным, нежели Энигма и служило дополнением к стандартному телетайпу Лоренца, передавая потоковый шифр получателю данных.

Для взлома кода Лоренца британцы спроектировали электронный прототип суперкомпьютера, который оснащался 1,5 тыс. ламп. В будущем, создав вторую модификацию, в нем уже применили 2,5 тыс. радиоламп.

Компьютер осуществил первую дешифровку сообщения в 1944 году. До него, анализ и расшифровка сообщения занимала около недели. Используя Colossus, командование добилось возможности расшифровать закодированные послания всего за несколько часов.

Значительный успех в расшифровке сообщений, кодированных с помощью алгоритма Lorenz SZ, стал возможным после оплошности, которую допустил сотрудник радиопередающего центра в Германии. Дело в том, что он по ошибке отправил в эфир два сообщения, которые практически не отличались друг от друга. Ключ шифрования в них был одинаковым, и это позволило британским специалистам разгадать шифр, получив при этом большой отрывок последовательности, с помощью которой кодировали сообщения.

По алгоритму кодирования, специалисты из Бенчли-Парка – криптографического ведомства Британии, смогли воссоздать даже внешний вид шифровальной машины и принципы ее работы. Оказалось, что она использовала 12 роторов для кодирования. Для сравнения, первоначальные варианты Энигмы использовали лишь 3 таких ротора.

Используя статистические методы, молодой математик Билли Татт сумел разгадать некоторые части шифра и придумал методы для дальнейшей дешифровки. Но такие операции требовали больших вычислительных мощностей, поэтому вскоре британский инженер Томми Флауэрс и математик Макс Ньюман спроектировали радикально новое устройство – Colossus.

Возможности

Используемая британцами оптико-механическая машина Heath Robinson помогала частично вскрывать шифр Lorenz SZ, но часто сбоила и была все-таки очень медленной. К тому же использование перфокарт ограничивало скорость ввода информации.

Решив с нуля построить кардинально новую систему, специалисты начали пересматривать схемы использования ламп. Для этого они проектировали простейшие модули из них, которые могли запоминать числа и проводить операции. Вскоре была достигнута скорость ввода информации на уровне 5 тыс. знаков в секунду. Это означало возможность расшифровки сообщений, закодированных пресловутым кодом за несколько часов.

Позже команда Ньюмана и Флауэрса создала вторую модификацию Colossus Mark II, который был уже в пять раз быстрее предшественника. Примечательно, но именно эта модификация обладала возможностью программирования компьютера, что делало ее первым компьютером в мире.

Интересные факты

Возможности были настолько поразительны, что проект оставался секретным вплоть до 2000 года. По личному указанию У. Черчилля, все действующие компьютеры Colossus второй модификации следовало уничтожить. Некоторые экземпляры, правда, так и оставались научным пособием для изучающих криптоанализ. Но вскоре и они были уничтожены.

Позднее команда энтузиастов из того же Бенчли-Парка сумела восстановить вторую модификацию, используя для этого немногочисленные фотографии машины и рассказы очевидцев. В 2008 году восстановленный компьютер расшифровал очередное сообщение.

Хоть компьютер Colossus Mark II не имел центрального процессора, но анализируя его вычислительные способности, установили, что его быстродействие составляло 5.8 МГц. Кстати, из-за особенностей работы электронного оборудования компьютера, коих всего было построено 10 штук. Они ни разу не выключались с момента первого запуска и вплоть до окончания военных действий.