Блетчли-Парк

Блетчли-Парк

В конце 1943 года другой электронный компьютер, использующий электронные лампы, собирали в условиях строгой секретности в подвале викторианской усадьбы из красного кирпича, расположенной в городе Блетчли. Но в то время немногие посторонние знали об этом и не будут знать еще в течение более трех десятилетий. Блетчли — городок примерно в девяноста километрах к северо-западу от Лондона, и там англичане собрали команду гениальных теоретиков и инженеров для того, чтобы взломать немецкие коды, используемые теми во время войны. Компьютер, названный Colossus, был первым полностью электронным, частично программируемым компьютером. Поскольку машина была предназначена для решения определенной задачи, она не была машиной общего назначения, но в его конструкции проявилось влияние Алана Тьюринга.

Тьюринг начал интересоваться кодами и криптологией осенью 1936 года, когда сразу после написания статьи “О вычислимых числах” прибыл в Принстон. Он объяснил свой интерес к криптологии в письме к матери в октябре того же года:

Я только что обнаружил возможное применение тех идей, над которыми я работаю в настоящее время. Они отвечают на вопрос: “Каков наиболее общий возможный вид кода или шифра” и в то же время (что довольно естественно) позволяют мне построить много специфических и интересных кодов. Один из них почти невозможно раскодировать без ключа, и им очень быстро кодировать. Я думаю, я мог бы продать их правительству его величества за довольно внушительную сумму, но сомневаюсь, что это этично. Что ты думаешь по этому поводу?⁷²

В следующем году, поскольку Тьюринга тревожила угроза войны с Германией, он стал больше интересоваться криптографией и меньше — попытками заработать на ней деньги. В конце 1937 года, работая в механической мастерской физического факультета Принстонского университета, он сконструировал первые элементы кодирующей машины, в которой буквы превращались в двоичные числа, а затем это закодированное числовое сообщение умножалось с помощью электромеханических реле в качестве переключателей на огромное секретное число. В результате сообщение было практически невозможно расшифровать.

Одним из наставников Тьюринга в Принстоне был Джон фон Нейман — блестящий физик и математик, бежавший из родной Венгрии и работавший в Институте перспективных исследований, в то время располагавшемся в здании математического факультета Принстонского университета. Весной 1938 года, когда Тьюринг закончил докторскую диссертацию, фон Нейман предложил ему место своего ассистента. Над Европой в это время сгущались тучи приближающейся войны, так что предложение было заманчивым, но Тьюринг чувствовал, что остаться было бы непатриотично. Он решил вернуться к своей работе в качестве стипендиата в Кембридже, а вскоре после приезда присоединился к группе британских инженеров и ученых, работавших над взломом немецких военных кодов.

Школа кодирования и шифрования была в то время расположена в Лондоне, и там работали в основном гуманитарии, такие как Дилливан Нокс — “Дилли”, профессор классической литературы из Кембриджа, и Оливер Стрэчи — дилетант, светский лев, периодически музицировавший на фортепиано и писавший об Индии. До осени 1938 года, когда Тьюринг присоединился к команде, среди восьмидесяти сотрудников не было математиков. Но следующим летом, когда Великобритания начала готовиться к войне, в отдел стали активно набирать математиков. В какой-то момент для отбора претендентов даже проводился конкурс, включавший решение кроссворда из Daily Telegraph. Отдел тогда переехал в унылый городок Блетчли, главным преимуществом которого было то, что он находился на пересечении железной дороги, связывающей Оксфорд с Кембриджем, и дороги из Лондона в Бирмингем. Команда из Британской службы внешней разведки (МИ-6), выдавая себя за “Стрелковый клуб капитана Ридли[14]”, посетила усадьбу Блетчли-Парк — чудище, построенное в стиле викторианской готики, которое его владелец давно хотел снести, и незаметно купила его. Взломщики кодов помещались в коттеджах, конюшнях и нескольких сборных домиках-хижинах, возведенных в прилегающем к дому парке⁷³.

Тьюринг был приписан к команде, работающей в хижине № 8 и пытавшейся разгадать немецкий код Enigma (“Загадка”), который генерировался с помощью одноименной портативной машины, включавшей механические роторы и электрические цепи[15]. Она кодировала секретные сообщения с помощью шифра, который после каждого удара по клавише изменял правило для замены буквы. Процесс дешифровки был таким сложным, что англичане в какой-то момент отчаялись когда-либо сделать это. Прорыв произошел, когда польские офицеры разведки создали машину на основе трофейной немецкой шифровальной машины, с помощью которой удалось взломать некоторые коды “Энигмы”[16]. Однако к тому времени, когда поляки показали британцам свою машину, она была уже более-менее бесполезной, поскольку к своей машине немцы добавили еще два ротора и подсоединили еще две коммутационные панели.

Тьюринг и его команда начали работать над созданием более сложной машины, получившей название “Бомба”, которая могла бы расшифровать сообщения с обновленной “Энигмы”, в частности приказы по военно-морскому флоту, позволяющие следить за перегруппировкой подводных лодок, истреблявших британские конвои. “Бомба” использовала разнообразные слабые места в кодировании, в том числе то, что никакие буквы не могли быть зашифрованы по отдельности, и то, что некоторые фразы немцы в своих сообщениях неоднократно повторяли. К августу 1940 года команда Тьюринга имела две работающие “Бомбы”, которые смогли расшифровать 178 закодированных сообщений; к концу войны их было построено около двухсот машин.

“Бомба”, сконструированная Тьюрингом, не стала крупным шагом вперед в развитии компьютерной технологии. Это было электромеханическое устройство с реле в качестве переключателей и роторами, а не электронное устройство на лампах и электронных схемах. Но следующая машина, сконструированная в Блетчли-Парке, — Colossus стала такой важной вехой.

Необходимость в Colossus возникла тогда, когда немцы начали кодировать важные сообщения, например приказы Гитлера и его верховного командования, с помощью электронной цифровой машины, которая использовала двоичную систему и двенадцать кодирующих дисков (роторов) неодинакового размера. Электромеханические “Бомбы”, разработанные Тьюрингом, были бессильны расшифровать такие сообщения. Для них требовались устройства, использующие молниеносно работающие электронные схемы.

Ответственная за эту проблему команда расположилась в хижине її, она называлась “Ньюманри” в честь ее руководителя — Макса Ньюмана, преподавателя математики, который почти за десять лет до того познакомил Тьюринга с проблемами Гильберта. Техническим руководителем работ был назначен партнер Ньюмана, ас в электронике и специалист по электронным лампам Томми Флауэрс, который до того работал на исследовательской станции почтамта в Доллис-Хилл, пригороде Лондона.

Тьюринг не был частью команды Ньюмана, но придумал статистический подход, получивший название “Тьюрингери”, с помощью которого обнаруживались любые отклонения от равномерного распределения символов в потоке зашифрованного текста. В результате была построена машина, которая с помощью фотоэлектрических головок могла сканировать два рулона перфорированной бумажной ленты и сравнивать все возможные изменения в двух последовательностях. Машина получила название “Хит Робинсон” в честь британского художника-карикатуриста, который, как и Руби Голдберг в Америке, любил изображать сложные, но бессмысленные механические устройства.

В течение почти десятилетия Флауэрс был увлечен конструированием электронных схем на лампах, которые он и другие британцы называли valves (“вентили”). В 1934 году, когда он работал инженером телефонного подразделения почтамта, Флауэрс создал экспериментальную систему, в которой использовалось больше трех тысяч ламп для контроля соединений тысячи телефонных линий. Он первым предложил использовать электронные лампы для хранения данных. Тьюринг предложил пригласить Флауэрса для помощи в изготовлении “Бомб”, а затем представил его Ньюману.

Флауэрс понял, что единственный способ достаточно быстро дешифровать закодированные сообщения немцев — попытаться сохранить по крайней мере одно из них во внутренней электронной памяти машины, а не сравнивать два рулона перфорированной бумажной ленты. Такая память потребовала бы использования 1500 электронных ламп. Сначала руководители из Блетчли-парка были настроены скептически, но Флауэрс настоял на своем, и в декабре 1943 года, всего через одиннадцать месяцев, он закончил первый вариант Colossus. А к 1 июня 1944 года была готова еще более громоздкая версия, использующая 2400 электронных ламп. В первом декодированном перехваченном сообщении говорилось, что Гитлер не посылает дополнительные войска в Нормандию, и оно подтвердило информацию из других источников, уже поступившую к генералу Дуайту Эйзенхауэру, готовому вот-вот начать вторжение в Нормандию. В течение года было произведено еще восемь Colossus.

Это означало, что задолго до ENIAC, который так и не заработал до ноября 1945 года, британские взломщики кодов построили полностью электронный и цифровой (в действительности двоичный) компьютер. Вторая версия, построенная в июне 1944 года, была способна даже производить некоторое условное ветвление. Но в отличие от ENIAC, который включал в себя в десять раз больше ламп, Colossus был специализированной машиной, предназначенной для взлома кодов, а не компьютером общего назначения. Из-за ограниченной программируемости он не мог решать все вычислительные задачи, которые мог (в теории) ENIAC.