Вадим Гребенников - Европейская криптология. История спецсвязи

Работая во время Второй Мировой войны в английской правительственной криптологической школе в Блетчли-Парке, инженер и математик Алан Тьюринг (Alan Turing) всерьез увлёкся созданием электронно-вычислительной машины (далее — ЭВМ) для раскрытия шифров немецкой шифромашины «Enigma». Ничего подобного в то время еще не делали, поскольку для такой машины было нужно 1200 электронных ламп-тиратронов, и немногие верили, что этот «монстр» вообще будет работать.

Только в 2000 году, когда правительство Великобритании отважилось наконец опубликовать 500-страничное техническое описание своей первой ЭВМ «Colossus», стало известно, что британцы не отставали от американцев. По мнению многих специалистов, эта машина была не только непосредственным предшественником послевоенных цифровых компьютеров, но и первым практическим дополнением крупномасштабных и программно-управляемых вычислений. При этом Великобритания была первым государством, которое использовало ЭВМ для «раскрытия» кодов и шифров.

Для ускорения расшифровки сообщений Томми Флауэрс совместно с отделением Макса Ньюмана в 1943 году спроектировали принципиально новую дешифровальную машину, которая получила название «Colossus», и уже в начале 1944 года сравнительно быстрая автоматизированная расшифровка перехваченных сообщений велась полным ходом.

На момент начала проектирования «Colossus» в архиве команды Макса Ньюмана уже имелась автоматизированная оптомеханическая система «Heath Robinson», которая позволяла частично вычислять ключ шифрования системы «Lorenz SZ». Однако, использовать имеющиеся наработки полноценно оказалось невозможным из-за ряда недостатков. Одна из серьезных проблем «Heath Robinson» была сложность синхронизации двух перфолент входных данных, из-за которой машина часто давала сбои в процессе работы и имела низкую скорость считывания (до 1000 знаков в секунду).

Томми Флауэрс начал проектировать «Colossus» с «чистого листа». Несмотря на распространенное среди его коллег негативное отношение к электронным лампам, он решил перенести весь процесс моделирования работы шифра на ламповые схемы. Подверглись значительным изменениям, по сравнению с «Heath Robinson», элементарные ламповые комбинации, такие как сложение по модулю 2, запоминающие регистры и пр.

Благодаря этому количество входных лент сократилось до одной, проблема синхронизации исчезла, а скорость считывания повысилась до 5000 знаков в секунду. К тому же, по сравнению с «Heath Robinson», новая машина работала намного стабильнее. Полученная схема состояла из 1500 электронных ламп и позволяла расшифровывать сообщения за 2–3 часа.

Вскоре к команде Ньюмана и Флауэрса присоединился Аллен Кумбс (позже возглавивший проект после ухода Флауэрса), и уже летом 1944 года была представлена новая версия «Colossus II», состоящая уже из 2500 электронных ламп, и работающая в 5 раз быстрее своего предшественника. Отличительной ее особенностью являлась возможность программирования.

Это была уже программируемая машина, которая выполняла арифметические и логические операции над двоичными числами. Она была оборудована считывателем с перфоленты и электрической печатной машинкой. С помощью этих ЭВМ удалось резко ускорить математические операции по дешифровке немецких радиограмм высшего немецкого руководства, переданных шифромашинами «Энигма».

Также в рассекреченном документе содержалось описание и машины «Colossus II», существенно модифицированной версии ЭВМ, которая начала работу в первых числах июня 1944 года. Характеристики именно этой модели позволили некоторым экспертам утверждать, что общепринятая история компьютеров нуждалась в серьезной коррекции. Эти ЭВМ ежемесячно обеспечивали дешифровку около 300 шифротелеграмм командования вермахта. Именно с их помощью удалось «взломать» шифр даже таких сложных немецких шифровальных машин, как «Geheimschreiber» и «Schlusselzusatz».

«Colossus II» «обладал функциональностью, достигнутой в значительно более поздней машине «ENIAC», и имел несравнимо более значительную производительность в обработке данных». Так сказал 76-летний профессор Эдинбургского университета Дональд Мичи, ветеран-криптолог и один из авторов рассекреченного отчёта ШКПС, подготовленного в 1945 году сразу после победы над Германией.

По словам Мичи, которому наконец было разрешено поделиться воспоминаниями о своей сверхсекретной работе в годы войны, «возможно, кто-то будет поражён, узнав, что ко дню победы Британия уже имела машинный парк с 10 высокоскоростными электронными компьютерами, которые работали круглосуточно в трёхсменном режиме».

Правда, в британской истории был другой чрезвычайно поражающий компьютерный предок — разработанная около 150 лет тому назад вычислительная машина Чарльза Бэбиджа (Charles Babbage). Одно время недостроенная, она была восстановена лондонским Музеем науки в соответствии с чертежами конструктора. Вычислительная машина Бэбиджа, которая была названа «Разностная машина № 2» (англ. Difference Engine) и весила три тонны, продемонстрировала публике безукоризненную работу. Таким образом, если бы финансовые дела Бэбиджа «пошли вверх», человечество могло вступить в компьютерную эру на 100 лет раньше.

Интересно, что в Германии к созданию ЭВМ приступили задолго до Второй Мировой войны, но это было связано с инициативой энтузиаста-одиночки. Ещё в 1934 году 23-летний студент Высшей технической школы Конрад Цузе (Konrad Zuse) (1910-95) придумал новое устройство, архитектура и принципы работы которого в целом совпадали с современными цифровыми компьютерами. Это устройство имело (тогда ещё теоретически) управляющий блок, вычислитель (объединяющий арифметические и логические операции, то есть процессор) и память.

Именно Конрад Цузе первым понял, что основой компьютерной обработки данных должен быть двоичный знак «бит» (он назвал его «да/нет статус»). Это значило, что любые вычисления можно делать, основываясь на элементах, имевших два физических состояния (замкнутый и разомкнутый). Цузе также ввёл понятие условных суждений для формул двоичной алгебры и придумал «машинное слово».

В 1935 году Цузе получил диплом и начал трудиться в авиастроительной фирме «Heinkel Flugzeugwerke», где занимался аэродинамическими расчётами. Они требовали большого объёма вычислений, тогда как помочь в этом могли только механические арифмометры, выполняющие лишь арифметические операции. Всё это стимулировало продолжение «компьютерного проекта» вчерашнего студента. Он решил самостоятельно изготовить программируемое устройство, которое работало с двоичными числами и в котором блок управления и процессор были отделены от блока памяти.