Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Смотрите также: Криптоанализ шифра Лоренца

Рабочая копия машины Хита Робинсона в Национальном музее вычислительной техники . Справа - механизм транспортировки бумажной ленты, прозванный «каркасом кровати» из-за сходства с перевернутым металлическим каркасом кровати. [1]

Хит Робинсон был машиной, которую британские взломщики кодов использовали в правительственной школе кодов и шифров (GC&CS) в Блетчли-парке во время Второй мировой войны для криптоанализа шифра Лоренца . Это обеспечило дешифрование сообщений в немецком телетайп- шифре, созданном встроенной шифровальной машиной Lorenz SZ40 / 42 . И шифр, и машины были названы взломщиками кодов «Тунни», которые назвали различные немецкие телетайповые шифры в честь рыбы . Это была в основном электромеханическая машина, содержащий не более чем несколько десятков клапанов (вакуумные трубки) , [2]и был предшественником электронного компьютера Colossus . Ренсы, которые управляли им, назвали его «Хит Робинсон» в честь карикатуриста Уильяма Хита Робинсона , который рисовал чрезвычайно сложные механические устройства для простых задач, подобных (и несколько предшествующих) Руби Голдбергу в США. [3]

Функциональную спецификацию машины разработал Макс Ньюман . Главный инженерный проект был разработан Фрэнком Морреллом [4] на исследовательской станции почтового отделения в Доллис-Хилл в северном Лондоне, а его коллега Томми Флауэрс разработал «Комбинированный блок». [5] Д-р CE Wynn-Williams из Исследовательского центра электросвязи 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 был впервые использован для чтения текущего зашифрованного трафика. [7]

Поскольку Робинсон был немного медленным и ненадежным, он был позже заменен компьютером Colossus для многих целей, включая методы, используемые против 12-роторной шифровальной машины Lorenz SZ42 on-line (кодовое название Tunny, от «tunafish»). [8] [9]

Статистический метод Тутте [ править ]

В основе метода, реализованного на машине Хита Робинсона, была « техника 1 + 2» Билла Тутта . [10] Это включало изучение первых двух из пяти импульсов [11] символов сообщения на ленте зашифрованного текста и их комбинирование с первыми двумя импульсами части ключа, генерируемых колесами машины Лоренца. Это включало чтение двух длинных петель бумажной ленты, одна из которых содержала зашифрованный текст, а другая - компонент ключа. Сделав ключевую ленту на один символ длиннее, чем лента сообщений, каждая из 1271 начальных позиций последовательности 1 2 была опробована против сообщения. [12] Для каждой стартовой позиции накапливался счетчик, и, если он превышал заранее определенный «установленный итог», распечатывался. Наибольшее количество было наиболее вероятным с правильными значениями 1 и 2 . С этими значениями можно попытаться настроить другие колеса, чтобы вывести из строя все пять начальных положений колес для этого сообщения. Затем это позволило удалить эффект компонента ключа, и полученное измененное сообщение подверглось атаке с помощью ручных методов в Testery .

Ленточный транспорт [ править ]

«Кровать» представляла собой систему шкивов, вокруг которых синхронно вращались две непрерывные петли ленты. Первоначально это было с помощью пары звездочек на общей оси. Это было изменено на привод от фрикционных шкивов со звездочками, поддерживающими синхронность, когда было обнаружено, что это приводит к меньшему повреждению лент. Скорость до 2000 символов в секунду была достигнута для более коротких лент, но только 1000 для более длинных лент. Ленты проводились мимо массива фотоэлектрических ячеек, где считывались символы и другие сигналы. [13] Возможная длина ленты на каркасе кровати от 2000 до 11000 знаков. [14]

Чтение ленты [ править ]

Перфорированные ленты считывались фотоэлектрическим способом на «воротах», которые располагались как можно ближе к звездочке, чтобы уменьшить эффект растянутых лент. Последовательные символы на ленте считывались батареей из десяти фотоэлементов, одиннадцатый для отверстий звездочки и два дополнительных для сигналов «стоп» и «старт», которые вводились вручную между третьим и четвертым, четвертым и пятым каналами. [13]

Объединение единиц [ править ]

Его разработал Томми Флауэрс из исследовательской станции почтового отделения в Доллис-Хилл в Северном Лондоне. [5] Для реализации этой логики использовались термоэмиссионные клапаны (вакуумные лампы). Это включало логическую 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.)

ВХОДВЫХОД
АBА ⊕ Б
000
011
101
110

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 Tunny относятся к сложению, а некоторые - к разности, то есть к вычитанию, но они означают одно и то же.

Блок комбинирования реализовал логику статистического метода Тутте . Для этого требовалось, чтобы бумажная лента, содержащая зашифрованный текст, была опробована против ленты, содержащей компонент шифровальной машины Лоренца, генерируемый соответствующими двумя колесами ци во всех возможных начальных положениях. Затем был произведен подсчет общего количества сгенерированных 0 с, причем высокий счет указывает на большую вероятность того, что начальная позиция последовательности ключей хи является правильной.

Подсчет [ править ]

Винн-Уильямс получил докторскую степень в Кембриджском университете за работу в Кавендишской лаборатории с сэром Эрнестом Резерфордом . [15] В 1926 году он сконструировал усилитель, использующий термоэмиссионные клапаны (вакуумные лампы) для очень малых электрических токов, возникающих от детекторов в их экспериментах по ядерному распаду. Резерфорд убедил его сосредоточить свое внимание на создании надежного лампового усилителя и методах регистрации и подсчета этих частиц. В счетчике использовались газонаполненные трубки Thyratron, которые являются бистабильными устройствами.

Счетчики, которые Винн-Вильямс разработали для Хита Робинсона, а затем и для компьютеров Колосса, использовали тиратроны для подсчета единиц 1, 2, 4, 8; высокоскоростные реле для подсчета блоков 16, 32, 48, 64; и более медленные реле для подсчета 80, 160, 240, 320, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000, 6000 и 8000. [14] Подсчет, полученный для каждого прохода ленты сообщений, сравнивался с предварительным -set значение, и если оно превышало его, отображалось вместе со счетчиком, который указывал положение ключевой ленты относительно ленты сообщений. Операторам Рена сначала приходилось записывать эти числа до того, как будет отображаться следующий счет, превышающий пороговое значение, что было «плодотворным источником ошибок» [16], поэтому вскоре был представлен принтер.

Развитие Робинсона [ править ]

Оригинальный Хит Робинсон был прототипом и оказался эффективным, несмотря на ряд серьезных недостатков. [16] Все, кроме одной из них, отсутствие способности «охватывать» [17] , были постепенно преодолены в процессе разработки того, что стало известно как « Старый Робинзон ». [18] Однако Томми Флауэрс понял, что он может создать машину, которая генерирует ключевой поток в электронном виде, так что основная проблема сохранения синхронизации двух лент друг с другом будет устранена. Так зародился компьютер Colossus.

Несмотря на успех Колосса, подход Робинсона все еще был полезен для решения некоторых проблем. Были разработаны улучшенные версии, получившие прозвище Питер Робинсон и Робинсон и Кливер в честь универмагов в Лондоне. [19] Дальнейшим развитием идей была машина под названием Супер Робинсон или Супер Роб. [20] Разработанный Томми Флауэрс, этот имел четыре каркаса [21], что позволяло запускать четыре ленты, и использовался для прогонов глубины и "шпаргалок" или атак с известным открытым текстом . [22] [23]

Ссылки и примечания [ править ]

  1. ^ "Робинсон - Национальный музей вычислительной техники" . www.tnmoc.org .
  2. Перейти ↑ Copeland 2006 , p. 74
  3. ^ «Художники и изобретатели, вдохновленные Рубе Голдбергом» . www.rube-goldberg.com .
  4. ^ Блетчли Парк Национальный кодекс центр: ноябрь 1943 , получен 21 ноября 2012 CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  5. ^ a b c Хорошо, Michie & Timms 1945 , стр. 33 в 1. Введение: некоторые исторические заметки
  6. Перейти ↑ Copeland 2006 , p. 65
  7. ^ Хорошо, Мичи & Timms 1945 , стр. 290 в 3. Организация: Организация станков
  8. ^ https://books.google.ca/books?id=dlwjDgAAQBAJ&pg=PA173&dq=heath+robinson+slow+unreliable+colossus&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjV76-G1O3TAhXLxYMKHCADLINS_G1O3TAhXLxYMKHc209b05_03 = false , стр. 173
  9. ^ https://books.google.ca/books?id=58ySAwAAQBAJ&pg=PA152&dq=heath+robinson+slow+unreliable+colossus+Tunny&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwixxKXs1O3TAhWR0YMKIQHDUZUZUKXs1O3TAhWR0YMKJQHdAhWR0YMath205 % 20Tunny & f = false , стр. 152
  10. ^ Budianskiy 2006 , стр. 58,59
  11. ^ «Импульс» - это термин, используемый в Блетчли-парке. Сегодня можно было бы сказать «первые два бита ».
  12. Перейти ↑ Sale, Tony (2001), The Rebuild of Heath Robinson: Heath Robinson at Bletchley Park , получено 2 апреля 2013 г. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  13. ^ a b Хорошо, Michie & Timms 1945 , стр. 355 в 54. Робинсон: Кровать и подсчет позиций
  14. ^ a b Маленький 1944
  15. Перейти ↑ Copeland 2006 , p. 64
  16. ^ a b Хорошо, Michie & Timms 1945 , стр. 328 в 52. Развитие Робинзона и Колосса
  17. ^ Spanning - 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. ^ Хорошо, Мичи & Timms 1945 , стр. 354 в 54. Робинсон: Введение
  19. ↑ Гэннон, Пол (1 января 2007 г.). Колосс: величайший секрет Блетчли-парка . Атлантические книги. ISBN 9781782394020 - через Google Книги.
  20. ^ Хорошо, Мичи и Timms 1945 , стр. 354-362 в 54. Робинсон
  21. ^ Хорошо, Мичи & Timms 1945 , стр. 26 в 13. Машины.
  22. ^ Рэнделл 2006 , стр. 149
  23. ↑ Гэннон, Пол (январь 2007 г.). Колосс: величайший секрет Блетчли-парка . ISBN 9781782394020.

Библиография [ править ]

  • Будянский, Стивен (2006), Колосс, взлом кода и цифровая эпохаin Copeland 2006 , стр. 52–63.
  • Carter, Frank, Colossus and the Breaking of the Lorenz Cipher (PDF) , Технические документы, Национальный центр кодов Блетчли-Парка , данные получены 26 сентября 2012 г. CS1 maint: discouraged parameter (link)
  • Copeland, Jack (2000), A Brief History of Computing , дата обращения 6 октября 2012 г. CS1 maint: discouraged parameter (link)
  • Коупленд, Б. Джек , изд. (2006), Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers , Oxford: Oxford University Press, ISBN 978-0-19-284055-4
  • Цветы, Thomas H. (июль 1983), "Дизайн Колосс" , Анналы истории вычислительной техники , 5 (3): 239-252, DOI : 10,1109 / MAHC.1983.10079 , S2CID  39816473
  • Хорошо, Джек ; Мичи, Дональд ; Тиммс, Джеффри (1945), Общий отчет о Тунни: с акцентом на статистические методы , UK Public Record Office HW 25/4 и HW 25/5, заархивировано из оригинала 17 сентября 2010 г. , получено 15 сентября 2010 г. CS1 maint: discouraged parameter (link)Эта версия является факсимильной копией, но есть расшифровка большей части этого документа в формате '.pdf' по адресу: Sale, Tony (2001), Part of the «General Report on Tunny», Newmanry History, отформатированный Тони Сейл (PDF) , последнее посещение - 20 сентября 2010 г. CS1 maint: discouraged parameter (link)и веб-стенограмму Части 1 по адресу: Ellsbury, Graham, General Report on Tunny With Emphasis on Statistical Methods , получено 3 ноября 2010 CS1 maint: discouraged parameter (link)
  • Ньюман, Макс , Приложение 7: ∆- Методin Copeland 2006 , стр. 387–390.
  • Рэнделл, Брайан , О людях и машинахin Copeland 2006 , стр. 141–149.
  • Сэйл, Тони , Колосс: его назначение и принцип действия: Эра машин приходит к взлому кода Фиша , получено 20 августа 2012 г. CS1 maint: discouraged parameter (link)
  • Сейл, Тони , Восстановление Хита Робинсона (PDF) , получено 20 августа 2012 г. CS1 maint: discouraged parameter (link)
  • Смолл, Альберт В. (декабрь 1944 г.), The Special Fish Report (PDF) , стр. 108 , проверено 14 октября 2012 г. CS1 maint: discouraged parameter (link)
  • Тутт, Уильям Т. (2006), Приложение 4: Моя работа в Блетчли-парке CS1 maint: discouraged parameter (link)in Copeland 2006 , стр. 352–369.
  • Tutte, WT (19 июня 1998 г.), Fish and I (PDF) , получено 7 апреля 2012 г. CS1 maint: discouraged parameter (link)Стенограмма лекции профессора Тутте в Университете Ватерлоо