Colossus

目的と起源

1941年6月に「Tunny」メッセージの定期的な無線送信が開始された。イギリスの暗号解読者たちは、それがテレプリンタシステムのような5単位の暗号を使用していることを見た。彼らの研究はまた、コーディングが12の車輪(ローター)を持つローター暗号機によって行われていたことを示した。新しいメッセージが送信されるたびに、まず車輪を新しい位置に回転させなければなりませんでした。メッセージの開始位置は、メッセージを送信していたオペレータによって選択されました。彼は、メッセージを受信しているオペレータに、コード化されていない１２の文字で、開始位置が何であるかを伝えた。このとき、１２個の車輪の可能な開始位置の総数は、実際には非常に多かった。

符号化装置は、平文（メッセージの符号化されていないバージョン）と、キーストリームと呼ばれる文字（文字、数字、句読点）の流れ（一見ランダムな文字の流れ）を足して、暗号文（メッセージの符号化されたバージョン）を作りました。意味のない暗号文は、無線で送信された。受信側では、同一のマシンがメッセージの平文を生成するためにキーストリームを削除しました。

ドイツのオペレーターが常に正しく機能していれば、2つのメッセージで車輪のスタート位置が同じになることはありませんでした。しかし、間違いはあった。彼らはイギリスのコードブレーカーを助けたのである。1941年8月30日、4,000文字近い長さの同じメッセージの2つのバージョンが、同じ車輪の開始位置で送信されたのです。このミスは、研究用コードブレーカーにとって非常に有益なものでした。ジョン・ティルトマンというコードブレーカーは、これらのメッセージからキーストリームを得ることができました。

コードブレーカーたちは、この情報からマシンの詳細を解明しようとしたが、最初は失敗した。彼らはその後、仕事を与えられたビル・ツッテと呼ばれる若いコードブレーカーによって参加されました。多くの仕事の後、彼は成功し、見えないマシンの論理的な記述を作り出した。この作品は、 "第二次世界大戦の最大の知的業績"として記述されています。Tutteは、マシンが5つの車輪の2つのセットの効果を組み合わせることによって、各keystreamの文字を作ったことを働いた。彼は車輪に名前を付けるためにギリシャ文字を使用しました。彼は、5つのχ（"カイ"）ホイールの1つのセットと呼ばれ、5つのψ（"サイ"）ホイールの他のセット。彼は、χの輪がコード化された各新しい文字のために1つの位置に移動したことを働いた。しかし、ψの輪は定期的には動きませんでした。ψの輪は定期的に動いているわけではなく、時々動いているだけでした。ψの輪が動くかどうかは、彼がμ（"ミュー"）または"モーターホイール"と呼んでいる2つの車輪によって制御されていました。

マックス・ニューマンはブレッチリーパークの 数学者でコードブレーカーだった彼は機械が"Tunny"メッセージを破る方法を研究する仕事を任されました。マシンは、χホイールの多くの可能性のあるスタート位置の計算を行いました。この計算で最大のカウントを与えたスタート位置が、正しい位置である可能性が高いのです。最初のマシンは"Heath Robinson"と呼ばれていました。これはあまりうまくいきませんでした。それは2つのパンチングされた紙のテープを持っていて、それは正確に一緒に動作しなければなりませんでした。1つのテープには暗号文が連続したループで入っていました。2つ目のループ状のテープには、暗号化機械の車輪によって作られたパターンが含まれていました。テープは、毎秒2000文字の速度で進むと、しばしば伸びたり切れたりしました。時々テープが揃わないこともありましたが、そのときはカウントが間違っていました。

イギリスでは"Tunny"と名付けられた機械だドイツ軍は秘密のテレプリンタ通信を暗号化するために使用した。第二次世界大戦の終わりまで 連合国には見られなかったが ローレンツSZ42と知るまでは10個の車輪を持ち、それぞれ異なる数のカムを備えていました。合計501個のカムがあり、それぞれが上昇位置（アクティブ）または下降位置（非アクティブ）に置くことができました。

ビルディングコロッサス

トミー・フラワーズはロンドン北西部のドリスヒルにある郵便局調査局で働いていました。彼はヒース・ロビンソンの機械を見るように頼まれました。彼はそれが弱い機械だと思った。彼は同じ仕事をするために電子機械を設計した。それは電子機器でコーディングマシンのパターンを作り、紙のテープが1本で済むようにするものでした。1943年2月に彼はマックスニューマンにこの設計を示した。この設計には、1,500個のサーミオンバルブ（真空管）が必要であった。これほど多くのバルブが故障することなく動作するとは、ほとんどの人が考えていませんでした。ヒース・ロビンソンの機械がさらに注文された。しかし、フラワーズは電子機械のアイデアにこだわりました。彼は、ゴードン・ラドリーと呼ばれる郵便局調査局の責任者から支援を受けました。トミー・フラワーズと彼のチームは、1943年2月にコロッサスの作業を開始した。

メッセージが書かれたテープは、スピードで読まなければなりませんでした。トミー・フラワーズ氏は、テープが切れる前に、テープリーダーを毎秒9,700文字（時速53マイル（85キロ））までテストしました。彼は、通常の作業に適した速度として、毎秒5,000文字を選択しました。これは、紙テープが毎秒40フィート（12 m/s）または27.3 mph（43.9 km/h）で動くことを意味していました。打ち抜いたテープのスプロケット穴を読み取って作られた信号によって電子回路が駆動していた。

最初のコロッサスは1943年12月に ドリスヒルで働いていたその後コロッサスを解体して ブレッチリーパークに移動した1944年1月18日に到着しました。ハリー・フェンサムとドン・ホーウッドが元に戻しました。コロッサスは2月5日に最初のメッセージを読み上げました。最初のコロッサス（Mark 1）の後には、9台のMark 2が登場しました。これらはそれぞれ2400個のバルブを持っていました。より使いやすくなっていました。マーク1の5倍の速度で動作するようにプログラムすることができた。マーク2コロッサスは1944年6月1日に初めて作動しました。

コロッサスは当初、メッセージに使用されるスタートホイールの場所を見つけるためだけに使用されていました（ホイールセッティングと呼ばれています）。コードブレーカーたちは、マーク2を使って車輪のカムのパターンを見つけるのに役立った（ホイールブレーキング）。終戦時にはブレッチリーパークに10台のコロッサスコンピュータが働いていました。これは非常に多くのメッセージが解読されたことを意味します。

デザインと使用

コロッサスは当時の部品を使っていた真空管やサイラトロン、光電子増倍管を使っていました。それは光で紙から読み取っていました。そして、それは文字ごとに特別なことをしました。特別なことは変更することができます。この特別なことが「真実」であることが何回あったかを数えます。真空管の多い機械は、よく壊れることで知られていました。電源を入れた時にほとんど壊れてしまうので、コロッサスの機械は部品が壊れた時だけ電源を切っていました。

コロッサスは、プログラムを持つことができる電子デジタルマシンの最初のものでした。それは、後の機械のように変更することができませんでした。

• それ自体にはプログラムがありませんでした人がプラグやワイヤーやスイッチを使って プログラムを変更していました新しいことをするために このように設定されていました
• コロッサスは汎用マシンではありませんでした。それはただ一つの種類のコードブレーキングのために作られました: 数を数えることとブール演算です。

アラン・チューリングはブレッチリーパークにいましたが、チューリング完全コンピュータではありませんでした。このアイデアはまだ考えられていませんでしたし、他の初期の近代的なコンピューティングマシンのほとんどはチューリング完全ではありませんでした(のような: アタナソフ・ベリー・コンピュータ、ハーバード・マークI電気機械式リレーマシン、ジョージ・スティビッツと他の人によるベル・ラボのリレーマシン、またはコンラッド・ズースの最初の計画)。それは、コンピュータが多くの用途に使用されるために長い時間がかかったのではなく、唯一の1つの難しい問題を解決するための電卓の。

影響力と運命

コロッサスのコンピューターが何に使われていたかは非常に秘密だった。コロッサス自体は戦後何年もの間も非常に秘密にされていました。そのため、コロッサスは長い間、コンピュータ・ハードウェアの歴史に載せることができませんでした。誰も、Flowersとそれを作るのを手伝った他の人々がどれほど重要であるかを知らなかったのです。

この秘密のコンピュータのことを知っている人はあまりいなかったので、後のコンピュータの新しい設計に直接影響を与えることはほとんどありませんでした。

コロッサスが作られると、一部の人たちは、高速電子（電気リレーのような可動部品がない）デジタル・コンピューティング・デバイスが作れて、あまり壊れないことを知ったのです。この知識があっただけで、イギリスやおそらくアメリカの初期のコンピュータの設計に大きな影響を与えたのです。コロッサスを知っていた人たちは、イギリスの初期のコンピュータ分野で重要な存在だった。1972年、ハーマン・ゴールドスタインはこう書いている。

イギリスには、戦後すぐにコンピュータ分野で計画された多くのプロジェクトを始めることができるほどのバイタリティ（エネルギーや駆動力）がありました。

それを書いているとき、Goldstineはコロッサスのことを知らなかった。彼はそれがそれについて知っている人々のプロジェクトに何を残したかを知らなかった。アラン・チューリング（パイロットACEやACEを持っていた）、マックス・ニューマンやI・J・グッド（マンチェスター・マーク1やその他の初期のマンチェスター・コンピュータを持っていた）などの人々です。ブライアン・ランデルは後にこう書いています。

COLOSSUSプロジェクトは、この活力（エネルギーや駆動力）の重要な源であり、デジタルコンピュータの発明のタイムラインにおけるその位置の重要性と同様に、よく理解されておらず、知られてもいませんでした。

コロッサスの計画と機械は作られた時から秘密にされていた。戦後もそうでしたが、ウィンストン・チャーチルがコロッサスの機械のほとんどを「人の手よりも大きくない部品」に破壊するよう命じたとき、トミー・フラワーズ自身がドリス・ヒルの暖炉で設計図を燃やしました。無実に見えるように変更されたいくつかの部品は、マンチェスター大学にあるニューマンの王立協会の計算機研究所に持ち込まれました。コロッサス・マーク1は分解され、部品は郵便局に送り返されました。2台のコロッサスコンピュータとコピーされた2台のTunnyマシンが保管されていた。それらは1946年4月にイーストコートにあるGCHQの新しい本社に移された。1952年から1954年にかけて、GCHQとともに再びチェルトナムに移動しました。コロッサスブルーとして知られるコンピュータの1台は1959年に、もう1台は1960年に解体されました。晩年、コンピュータは訓練に使用されました。それ以前にも、他の目的のために（時にはうまく）変更しようとする試みがありました。ジャック・グッドは戦後最初にそれを使用し、NSAが特別な目的のマシンを作ることを計画していた何かをするためにコロッサスを使用するようにNSAに依頼しました。コロッサスはまた、非ランダム性をテストするために、1回限りのパッドテープで文字数を計算するためにも使用されました。

この時点では、コロッサスはまだ秘密にされていて、技術的な詳細が重要視されるようになってからずっと後のことです。これは英国の諜報機関が他の政府に購入させたエニグマのようなマシンを使用したためである。機関は、その後、様々な方法でコードを解読しました。コード破りのマシンの知識が広く知られていたならば、誰もこれらのマシンを受け入れなかったでしょう; むしろ、彼らは暗号化のための独自の方法、英国のサービスが破ることができなかったかもしれない方法を開発したでしょう。通信がデジタル伝送に移行し、オールデジタル暗号化システムが1960年代に一般的になると、そのような秘密の必要性は徐々に消えていきました。

ウィンターボサム大佐の著書『ウルトラ・シークレット』は1975年に発表されました。これにより、コロッサスの周りの秘密が破られた。その後、1970年代後半にコンピュータの詳細が公開され始めました。

Tunny 暗号とその暗号解読に関する 500 ページに及ぶ技術報告書 - General Report on Tunny - が GCHQ によって 2000 年 10 月に国家公録局に提出されました。

また作ってみよう

トニー・セール率いるチームがコロッサス・マーク2の現役コピーを製作した。計画書と機械は破壊されていたが、他の驚くべき量の資料は破壊されていなかった。光学式テープリーダーが最大の問題だったかもしれませんが、設計者のアーノルド・リンチ博士は、彼自身が最初に書いた文章から再設計することができました。再構築された『コロッサス』は、バッキンガムシャー州ミルトンキーンズのHブロック・ブレッチリーパーク内にある『ザ・ナショナル・ミュージアム・オブ・コンピューティング』で展示されている。ここはコロッサス9号が戦時中に使用された場所です。

2007年11月、この作業の終了と資金調達の開始を記念して、彼らはコンペを開催しました (お金を募りました)。この資金は国立計算機博物館のために、再建されたコロッサスが世界中のアマチュア無線機と競い合う暗号大会に使われました。暗号化された3つのメッセージを最初に聞いて解読した者が勝ちとなります。これらはローレンツSZ42を使って暗号化され、ドイツのハインツ・ニックスドルフ・ミュージアム・フォーラムのコンピュータ博物館にあるラジオ局から送信されました。このコンテストはアマチュア無線家のヨアヒム・シュートが簡単に勝利しました。Schüthはこのイベントのために準備をしていました。彼はAdaを使って信号処理とコードブレーキングのプログラムを自作しました。コロッサスチームは第二次世界大戦の無線機を使いたかったために負けてしまいました。電波状況が悪かったため 1日遅れたのです勝者の1.4GHzのラップトップで独自のプログラムを実行したところ、12個のホイールの設定を見つけるのに1分もかかりませんでした。ドイツの暗号解読者は言った"私のラップトップは、コロッサスの240倍の速度で毎秒120万文字の暗号文を処理していました。2台のコンピュータを比較すると、コロッサスの速度は5.8MHzだったと言えるでしょう。これは1944年に作られたコンピュータとしては 非常に速い。"

2006年はトニー・セール（右）が担当。完成したマシンで暗号化されたメッセージを解読しているところ。1994年から彼のチームはブレッチリーパークで新しいコロッサスコンピュータを作っている。

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