Хит Робинсон (машина для взлома кода) - Heath Robinson (codebreaking machine)

Смотрите также: Криптоанализ шифра Лоренца

Рабочая копия машины Хита Робинсона на Национальный музей вычислительной техники. Справа - механизм транспортировки бумажной ленты, который был назван «каркасом кровати» из-за сходства с перевернутой металлической рамой кровати.[1]

Хит Робинсон была машина, используемая британцами взломщики кодов на Правительственная школа кодекса и шифра (GC&CS) в Bletchley Park в течение Вторая Мировая Война в Криптоанализ шифра Лоренца. Этим достигается расшифровка сообщений на немецком языке. телетайп шифр, произведенный Лоренц SZ40 / 42 встроенная шифровальная машина. И шифр, и машины были названы взломщиками кодов "Tunny", которые назвали различные немецкие телетайповые шифры в честь рыбы. В основном это была электромеханическая машина, содержащая не более пары десятков клапаны (вакуумные трубки),[2] и был предшественником электронных Колосс компьютер. Он был назван "Хит Робинсон" Крапивница кто управлял им, после карикатуриста Уильям Хит Робинсон, который рисовал чрезвычайно сложные механические устройства для простых задач, подобных (и несколько предшествующих) Руби Голдберг в США.[3]

Функциональная спецификация машины была произведена Макс Ньюман. Основной инженерный проект был разработан Фрэнком Морреллом.[4] на Почтовое отделение Научно-исследовательская станция в Доллис Хилл в Северном Лондоне, со своим коллегой Томми Флауэрс проектирование «Комбинированного агрегата».[5] Доктор К. Э. Винн-Уильямс от Исследовательский центр электросвязи в Малверне производила высокоскоростные электронные клапанные и релейные счетчики.[5] Строительство началось в январе 1943 г.[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, его позже заменили на Колосс компьютер для многих целей, в том числе методы, используемые против 12-роторной шифровальной машины Lorenz SZ42 on-line с телетайпом (кодовое название Tunny, от tunafish).[8][9]

Статистический метод Тутте

В основе метода, реализованного на машине Хита Робинсона, лежало Билла Тутта «Техника 1 + 2».[10] Это включало изучение первых двух из пяти импульсов.[11] символов сообщения на зашифрованный текст ленты и комбинируя их с первыми двумя импульсами части ключа, генерируемыми колеса 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 1 2 Последовательность была опробована против сообщения.[12] Для каждой стартовой позиции накапливался счетчик, и, если он превышал заранее определенный «установленный итог», распечатывался. Наибольшее количество с наибольшей вероятностью совпадало с правильными значениями 1 и 2. С этими значениями настройки других колеса можно было попытаться сломать все пять начальные положения колеса для этого сообщения. Затем это позволило эффект компонент ключа, который будет удален, и полученное измененное сообщение подвергнется атаке ручными методами в Testery.

Ленточный транспорт

«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 вызывает меньшее повреждение лент. Для более коротких лент была достигнута скорость до 2000 символов в секунду, а для более длинных - только 1000. Ленты проходили 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

Перфорированные ленты считывались фотоэлектрическим способом у «ворот», который располагался как можно ближе к звездочке, чтобы уменьшить эффект вытянутых 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]

Комбинированный блок

Это было разработано Томми Флауэрс из Почтовое отделение Научно-исследовательская станция в Доллис Хилл в Северном Лондоне.[5] Он использовал термоэмиссионные клапаны (электронные лампы) для реализации логики. Это включало Булево "исключающее ИЛИ" (XOR) функция объединения различных битовых потоков. В следующих "таблица истинности ", 1 представляет "истину" и 0 представляет «ложь». (В Блетчли-парке они были известны как Икс и • соответственно.)

ВВОДВЫВОД
АBА ⊕ Б
000
011
101
110

Другие названия этой функции: "не равно" (NEQ), "по модулю 2 сложение »(без переноса) и« вычитание по модулю 2 »(без« заимствования »). Обратите внимание, что сложение и вычитание по модулю 2 идентичны. Некоторые описания расшифровки Тунни относятся к сложению, а некоторые к разности, то есть к вычитанию, но они означают то же самое.

Блок комбинирования реализовал логику Статистический метод Тутте. Для этого требовалось, чтобы бумажная лента, содержащая зашифрованный текст, была опробована на ленте, которая содержала компонент шифровальной машины Лоренца, генерируемый соответствующими двумя чи колеса во всех возможных исходных положениях. Затем был произведен подсчет общего количества 0s сгенерировано, с большим количеством, указывающим на большую вероятность начальной позиции чи последовательность клавиш правильная.

Подсчет

Винн-Уильямс получил докторскую степень в Кембриджском университете за работу в Кавендишская лаборатория с участием Сэр Эрнест Резерфорд.[15] В 1926 году он сконструировал усилитель, используя термоэмиссионные клапаны (вакуумные лампы) для очень малых электрических токов, возникающих от детекторов в их экспериментах по распаду ядер. Резерфорд убедил его сосредоточить свое внимание на создании надежного лампового усилителя и методах регистрации и подсчета этих частиц. Счетчик б / у газонаполненный Тиратронные трубки которые бистабильный устройств.

Счетчики, которые Винн-Уильямс разработала для Хита Робинсона, а затем и для Колосские компьютеры использовали тиратроны для подсчета единиц 1, 2, 4, 8; высокоскоростной реле для подсчета единиц по 16, 32, 48, 64; и более медленные реле для подсчета 80, 160, 240, 320, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000, 6000 и 8000.[14] Счетчик, полученный для каждого прогона ленты сообщений, сравнивался с предварительно установленным значением, и, если оно превышало его, отображалось вместе со счетчиком, который указывал положение ключевой ленты относительно ленты сообщений. Операторам Рена изначально приходилось записывать эти числа до того, как отображался следующий счет, превышающий пороговое значение, что было «плодотворным источником ошибок»,[16] так что вскоре был представлен принтер.

Робинзон разработки

Оригинальный Хит Робинсон был прототипом и оказался эффективным, несмотря на ряд серьезных недостатков.[16] Все, кроме одного, отсутствие «охвата»[17] способности, постепенно преодолевались в развитии того, что стало известно как "Старый Робинсон".[18] Однако, Томми Флауэрс понял, что он может создать машину, генерирующую поток ключей в электронном виде, так что основная проблема сохранения двух лент синхронизирована друг с другом. Так возник 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 идеи стала машина под названием Супер Робинсон или Супер Роб.[20] Разработанный Томми Флауэрс, в нем было четыре кровати.[21] чтобы обеспечить прохождение четырех лент и использовался для прогонов глубины и "шпаргалок" или атака с известным открытым текстом бежит.[22][23]

Ссылки и примечания

  1. ^ «Робинсон - Национальный музей вычислительной техники». www.tnmoc.org.
  2. ^ Коупленд 2006, п. 74
  3. ^ «Художники и изобретатели, вдохновленные Рубе Голдбергом». www.rube-goldberg.com.
  4. ^ Национальный кодовый центр Блетчли-Парк: ноябрь 1943 г., получено 21 ноября 2012
  5. ^ а б c Хорошо, Мичи и Тиммс 1945, п. 33 дюйм 1. Введение: некоторые исторические заметки
  6. ^ Коупленд 2006, п. 65
  7. ^ Хорошо, Мичи и Тиммс 1945, п. 290 дюйм 3. Организация: Организация установки оборудования.
  8. ^ https://books.google.ca/books?id=dlwjDgAAQBAJ&pg=PA173&dq=heath+robinson+slow+unreliable+colossus&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjV76-G1O3TAhXLxYMKHclossocolssql0sql0sql05_05_05_05_05_05_05 ложный, стр.173
  9. ^ https://books.google.ca/books?id=58ySAwAAQBAJ&pg=PA152&dq=heath+robinson+slow+unreliable+colossus+Tunny&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwixxKXs1O3TAhWR0YMKIZOAD%20S%V%D0%D0%d0%d0%d0%d0%D0%d0%d0%D0%d0%d0%d0%d0%d0%d0%d0%d0%d0%d0%d0%d0&hd=4 20Tunny & f = ложь, стр.152
  10. ^ Будянский 2006, стр. 58,59
  11. ^ «Импульс» - это термин, используемый в Блетчли-парке. Сегодня можно было бы сказать "первые два биты ".
  12. ^ Продажа, Тони (2001), Восстановление Хита Робинсона: Хит Робинсон в Блетчли-парке, получено 2 апреля 2013
  13. ^ а б Хорошо, Мичи и Тиммс 1945, п. 355 дюйм 54. Робинсон: Кровать и подсчет позиций.
  14. ^ а б Маленький 1944
  15. ^ Коупленд 2006, п. 64
  16. ^ а б Хорошо, Мичи и Тиммс 1945, п. 328 дюйм 52. Развитие Робинзона и Колосса.
  17. ^ Распределение - 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 и Тиммс 1945, п. 354 дюйм 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 Тиммс 1945, стр. 354–362 в 54. Робинсон
  21. ^ Хорошо, Мичи и Тиммс 1945, п. 26 дюйм 13. Машины.
  22. ^ Рэнделл 2006, п. 149
  23. ^ Гэннон, Пол (январь 2007). Колосс: величайший секрет Блетчли-парка. ISBN  9781782394020.

Список используемой литературы