Scientia

Maşinile Colossus sunt dispozitivele electronice de computare folosite de britanici pentru a descifra mesajele codate ale germanilor în cel de-al doilea război mondial. Acestea au fost primele dispozitive programabile de acest fel şi foloseau tuburi vidate pentru a realiza calcule.

Colossus a fost proiectat de o echipă de ingineri condusă de Tommy Flowers. Primul prototip, Colossus 1 a fost prezentat în decembrie 1943, iar din februarie 1944 acesta funcţiona în cadrul Bletchley Park. O variantă îmbunătăţită, Colossus 2, a fost prezentată pe 1 Iunie 1944, chiar înaintea debarcării din Normandia, iar în total, de-a lungul războiului,  au fost folosite 10 astfel de maşini.

Computerele Colossus erau folosite pentru a descifra mesajele telex codate cu ajutorul maşinilor Lorenz SZ40/42. Colossus realiza acest lucru comparând două fluxuri de date şi numărând fiecare pereche realizată conform unei funcţii Boole la alegere. Mesajul codat era citit cu mare viteză, iar celălalt flux era generat de către maşină şi consta într-o simulare electronică a maşinii Lorentz cu diferite setări. Dacă numărul perechilor depăşea un anumit prag, rezultatul era trimis ca output către o maşină de scris electrică.

O parte a operaţiilor efectuate de Colossus constau în efectuarea electronică a proceselor electro-mecanice ale maşinii Lorenz. Pentru codarea mesajelor cu ajutorul acestor maşini, textul era combinat cu un flux de biţi cheie grupaţi câte 5. Fluxul era generat folosind 12 rotiţe dintre care cinci erau numite de către britanici χ  (chi), alte cinci erau numite ψ (psi), iar celelalte două erau numite „roţi motor”. Rotiţele chi înaintau regulat cu fiecare literă codată, iar rotiţele psi înaintau neregulat, controlate de roţile motor.

Roţile unei maşini Lorenz
Credit: Wikimedia Commons

Bill Tutte, un criptanalist de la Blenchley Park, a descoperit că fluxul produs de către maşină prezintă distorsiuni statistice ce deviază de la aleatoriu şi că aceste distorsiuni pot fi folosite pentru a decoda şi pentru a citi mesajele. Pentru a realiza acest lucru, două obiective trebuiau îndeplinite. Primul consta în descoperirea ritmului fiecărei rotiţe. Aceste ritmuri erau stabilite pe maşinile Lorenz şi erau folosite pentru o perioadă fixă de timp şi pentru un anumit număr de mesaje. Al doilea obiectiv consta în setarea rotiţelor, lucru uşor de obţinut dacă se realiza primul obiectiv. Fiecare mesaj codat cu Lorenz era decodat folosind diferite poziţii de pornire pentru fiecare rotiţă. Prin acest proces de setare a rotiţelor se găsea poziţia de start pentru mesajul decodat. Iniţial, Colossus era folosit pentru setarea rotiţelor, însă ulterior s-a descoperit că putea fi adaptat şi pentru procesul de descoperire a ritmurilor acestor rotiţe.

Colossus Mark 2
Credit: Wikimedia Commons

Colossus a fost dezvoltat pentru secţia Newmanry de la Bletchley Park, cea condusă de matematicianul Max Newman şi  responsabilă de găsirea unor soluţii mecanice împotriva maşinilor Lorenz. Acesta maşină a apărut în urma unui proiect anterior prin care s-a realizat o maşină similară numită Heath Robinson.

Principalele probleme cu Heath Robinson erau lentoarea releelor electro-mecanice şi dificultatea sincronizării benzilor de hârtie, una perforată cu mesajul codat, cealaltă reprezentând ritmurile folosite de rotiţele maşinii Lorenz. Benzile aveau tendinţa de a se lungi atunci când erau citite la o viteză de 2000 de caractere pe secundă, rezultatul fiind o numărătoare nesigură. Tommy Flowers a fost chemat pentru a se uita la proiect iar acesta s-a oferit să îmbunătăţească maşină cu un dispozitiv electronic care să stocheze datele de pe benzi. Totuşi, ideea de a folosi 2000 de tuburi vidate a fost primită cu scepticism. Flowers a insistat însă, iar rezultatul eforturilor sale a fost Colossus.

Maşină Colossus, reconstruită

Această maşină a renunţat la cea de-a doua bandă folosită la Heath Robinson, generând ritmurile roţilor în mod electronic şi procesând astfel până la 5000 de caractere pe secundă. Circuitele erau sincronizate de semnalele generate de găurile din bandă de hârtie, deci viteza era limitată de mecanismele mecanice de citire a benzii. Iniţial Flowers a testat maşina până la 9700 de caractere pe secundă însă hârtia s-a dezintegrat şi acesta a stabilit limita de siguranţă la 5000. Însă dezavantajul acestor limite putea fi depăşit sincronizând mai multe computere Colossus pentru a testa diferite setări în paralel. 

În ciuda faptului că maşinile au fost distruse în încercarea de a ţine proiectul secret şi după război, o replică funcţională a maşinii Colossus a fost construită în 2007.

Autor: Ionuţ Micu