Colossus bilgisayar

Amaç ve kökenler

"Tunny" mesajlarının düzenli radyo yayınları Haziran 1941'de başladı. İngiliz şifre kırıcılar, bunun bir teleprinter sistemi gibi beş birimlik bir kod kullandığını gördüler. Araştırmaları ayrıca kodlamanın 12 çarklı (rotorlu) bir rotorlu şifre makinesi tarafından yapıldığını gösterdi. Gönderilen her yeni mesaj için önce çarkların yeni konumlara çevrilmesi gerekiyordu. Mesajın başlangıç konumu mesajı gönderen operatör tarafından seçiliyordu. Mesajı alan operatöre başlangıç pozisyonlarının ne olduğunu kodlanmamış 12 harfle bildiriyordu. Bu 12 tekerleğin olası başlangıç konumlarının toplam sayısı gerçekten de çok fazlaydı.

Kodlama makinesi, düz metin (mesajın kodlanmamış hali) ile anahtar dizisi (görünüşte rastgele karakterlerden oluşan bir dizi) adı verilen bir karakter dizisini (harfler, sayılar, noktalama işaretleri) bir araya getirerek şifreli metni (mesajın kodlanmış hali) oluşturur. Hiçbir anlam ifade etmeyen şifreli metin radyo aracılığıyla iletiliyordu. Alıcı tarafta da aynı makine mesajın düz metnini üretmek için anahtar dizisini çıkarıyordu.

Alman operatörler her zaman doğru çalışsaydı, hiçbir mesajda tekerleklerin başlangıç konumu aynı olmazdı. Ancak hatalar yapılıyordu. İngiliz şifre kırıcılara yardımcı oldular. 30 Ağustos 1941'de yaklaşık 4.000 karakter uzunluğundaki aynı mesajın iki versiyonu aynı tekerlek başlangıç pozisyonlarıyla gönderildi. Bu hata araştırmacı kod kırıcılar için çok yararlı oldu. John Tiltman adlı bir şifre kırıcı bu mesajlardan anahtar dizisini elde etmeyi başardı.

Şifre kırıcılar bu bilgilerden makinenin detaylarını çözmeye çalıştılar, ancak ilk başta başarısız oldular. Daha sonra onlara Bill Tutte adında genç bir şifre kırıcı katıldı ve bu iş ona verildi. Çok çalıştıktan sonra başarılı oldu ve görünmeyen makinenin mantıklı bir tanımını yaptı. Bu çalışma "İkinci Dünya Savaşı'nın en büyük entelektüel başarısı" olarak tanımlanmıştır. Tutte, makinenin her bir anahtar karakterini beş çarktan oluşan iki setin etkilerini birleştirerek oluşturduğunu ortaya çıkardı. Çarkları adlandırmak için Yunan harflerini kullandı. Beş çarktan birine χ ("chi"), diğerine ise ψ ("psi") çarkları adını verdi. Kodlanan her yeni karakter için χ çarklarının bir konum ilerlediğini hesapladı. Ancak ψ çarkları düzenli olarak hareket etmiyordu. Sadece bazı zamanlarda hareket ediyorlardı. ψ tekerleklerinin hareket edip etmediği, μ ("mu") ya da "motor tekerlekleri" adını verdiği iki tekerlek tarafından kontrol ediliyordu.

Max Newman Bletchley Park'ta matematikçi ve şifre kırıcıydı. Kendisine bir makinenin "Tunny" mesajlarını nasıl kırabileceğini bulma görevi verildi. Makine, χ tekerleklerinin olası başlangıç konumları için bir hesaplama yapacaktı. Bu hesaplama sonucunda en büyük sayıyı veren başlangıç pozisyonunun doğru pozisyon olması muhtemeldi. İlk makinenin adı "Heath Robinson" idi. Bu pek iyi çalışmadı. Tam olarak birlikte çalışması gereken iki delikli kağıt bandı vardı. Bantlardan biri sürekli bir döngü halinde şifre metnini içeriyordu. İkinci döngü bant ise kodlama makinesinin tekerlekleri tarafından oluşturulan desenleri içeriyordu. Saniyede 2000 karakter hızında çalışırken bantlar sık sık geriliyor ya da kopuyordu. Bazen bantlar aynı hizaya gelmiyordu; o zaman da sayımlar yanlış oluyordu.

İngilizler tarafından "Tunny" kod adı verilen makine. Almanlar bunu gizli teleprinter iletişimini kodlamak için kullandı. İkinci Dünya Savaşı'nın sonuna kadar Müttefikler tarafından görülmemiş ve Lorenz SZ42 olduğunu öğrenmişlerdir. Her biri farklı sayıda kam içeren on tekerleği vardı. Toplam 501 kam vardı ve bunların her biri yükseltilmiş (aktif) ya da alçaltılmış (pasif) pozisyona getirilebiliyordu.

Colossus'u İnşa Etmek

Tommy Flowers, Londra'nın kuzeybatısındaki Dollis Hill'de bulunan Postane Araştırma İstasyonu'nda çalışıyordu. Heath Robinson makinesine bakması istendi. Zayıf bir makine olduğunu düşündü. Aynı işi yapacak elektronik bir makine tasarladı. Kodlama makinesinin kalıplarını elektronik olarak oluşturacak, böylece sadece bir kağıt banda ihtiyaç duyulacaktı. Şubat 1943'te Max Newman'a bu tasarımı gösterdi. Tasarım için 1.500 termiyonik valf (vakum tüpü) gerekiyordu. Çok az insan bu kadar çok valfin arızalanmadan çalışabileceğini düşünüyordu. Daha fazla Heath Robinson makinesi sipariş edildi. Ancak Flowers elektronik bir makine fikrinden vazgeçmedi. Gordon Radley adındaki Postane Araştırma İstasyonundan sorumlu kişiden destek aldı. Tommy Flowers ve ekibi Şubat 1943'te Colossus üzerinde çalışmaya başladı.

Üzerinde mesaj bulunan kasetin hızlı bir şekilde okunması gerekiyordu. Tommy Flowers kaset okuyucuyu, kaset kopmadan önce 9.700 harf/saniye (53 mil/saat (85 km/saat)) hıza kadar test etti. Düzenli çalışma için saniyede 5.000 karakteri iyi bir hız olarak seçti. Bu, kağıt bandın 40 ft/s (12 m/s) veya 27,3 mph (43,9 km/s) hızla hareket ettiği anlamına geliyordu. Elektronik devreler, delikli bandın dişli deliklerinin okunmasıyla elde edilen bir sinyalle çalıştırılıyordu.

İlk Colossus Aralık 1943'te Dollis Hill'de çalıştı. Sonra Colossus'u parçalara ayırıp Bletchley Park'a taşıdılar. Oraya 18 Ocak 1944'te ulaştı. Harry Fensom ve Don Horwood onu tekrar bir araya getirdiler. Colossus ilk mesajını 5 Şubat'ta okudu. İlk Colossus'tan (Mark 1) sonra dokuz Mark 2 makinesi vardı. Bunların her birinde 2,400 valf vardı. Kullanımları daha kolaydı. Mark 1'in beş katı hızda çalışmak üzere programlanabiliyorlardı. Bir Mark 2 Colossus ilk kez 1 Haziran 1944'te çalıştı.

Colossus ilk başta sadece bir mesaj için kullanılan başlangıç tekerlek yerlerini bulmak için kullanılıyordu (tekerlek ayarı olarak adlandırılır). Şifre kırıcılar Mark 2'yi tekerleklerdeki kamların desenlerini bulmaya yardımcı olmak için nasıl kullanacaklarını çözdüler (tekerlek kırma). Savaşın sonunda Bletchley Park'ta çalışan on adet Colossus bilgisayarı vardı. Bu da çok sayıda mesajın şifresinin çözüldüğü anlamına geliyordu.

Tasarım ve kullanım

Colossus o zamanlar yeni olan parçaları kullandı. Vakum tüpleri, tiratronlar ve fotomultiplierler kullanıyordu. Kağıttan ışıkla okuma yapıyordu. Daha sonra her harf için özel bir şey yapıyordu; bu özel şey değiştirilebiliyordu. Bu özel şeyin ne kadar sıklıkla "doğru" olduğunu sayıyordu. Çok sayıda vakum tüpü olan makinelerin çok fazla bozulduğu biliniyordu. En çok açılırken kırılırlar, bu nedenle Colossus makineleri yalnızca bir parça kırıldığında kapatılırdı.

Colossus, bir programa sahip olabilen elektronik dijital makinelerin ilkiydi. Daha sonraki makineler kadar çok değişemiyordu:

• kendi içinde bir programı yoktu. Bir kişi programı değiştirmek için fişler, kablolar ve anahtarlar kullanıyordu. Yeni bir şey yapmak için bu şekilde ayarlandı.
• Colossus genel amaçlı bir makine değildi. Sadece bir tür kod kırma işlemi için yapılmıştı: sayma ve Boole işlemleri.

Alan Turing Bletchley Park'ta olmasına rağmen, Turing tarafından tamamlanmış bir bilgisayar değildi. Bu fikir henüz düşünülmemişti ve diğer erken modern hesaplama makinelerinin çoğu Turing-tam değildi (örneğin: Atanasoff-Berry Bilgisayarı, Harvard Mark I elektro-mekanik röle makinesi, George Stibitz ve diğerlerinin Bell Labs röle makineleri veya Konrad Zuse'nin ilk planları). Bilgisayarların sadece zor bir problemi çözmek için bir hesap makinesi yerine birçok kullanım için kullanılması uzun zaman aldı.

Etki ve kader

Colossus bilgisayarlarının ne için kullanıldığı çok gizliydi. Colossus'un kendisi de savaştan sonra uzun yıllar boyunca son derece gizli kaldı. Bu yüzden Colossus uzun süre bilgisayar donanımı tarihine dahil edilemedi. Kimse o Flowers'ın ve yapımına yardım eden diğer insanların ne kadar önemli olduğunu bilmiyordu.

Bu gizli bilgisayarı çok fazla kişi bilmiyordu, bu nedenle daha sonraki bilgisayarların yeni tasarımı üzerinde çok az doğrudan etkisi oldu; EDVAC, daha sonraki bilgisayar tasarımı üzerinde en fazla etkiye sahip olan erken tasarımdı.

Colossus yapıldıktan sonra, bazı insanlar artık yüksek hızlı elektronik (elektrik röleleri gibi hareketli parçaları olmayan) dijital bilgi işlem cihazlarının yapılabileceğini ve bunların çok fazla kırılmadığını biliyordu. Sadece bu bilgi bile İngiltere'deki ve muhtemelen ABD'deki ilk bilgisayarların tasarımları üzerinde büyük bir etki yaratmaya yetti. Colossus'u bilen insanlar İngiltere'deki ilk bilgisayar alanında önemliydi. 1972 yılında Herman Goldstine şöyle yazmıştır:

İngiltere'de öylesine bir canlılık (enerji ya da dürtü) vardı ki, savaştan hemen sonra bilgisayar alanında çok sayıda iyi planlanmış ve iyi yapılmış proje başlatabildi.

Goldstine bunu yazarken Colossus'tan haberdar değildi. Onu bilen insanların projelerine ne bıraktığını bilmiyordu. Alan Turing (Pilot ACE ve ACE ile) ve Max Newman ve I. J. Good (Manchester Mark 1 ve diğer erken dönem Manchester bilgisayarları ile) gibi insanlar. Brian Randell daha sonra şöyle yazmıştır:

COLOSSUS projesi, dijital bilgisayarın icadının zaman çizgisindeki yerinin önemi gibi, iyi anlaşılmamış veya bilinmeyen bu canlılığın (enerji veya dürtü) önemli bir kaynağıydı.

Colossus planları ve makineleri yapıldıkları andan itibaren gizliydi. Winston Churchill'in Colossus makinelerinin çoğunun "bir insanın elinden daha büyük olmayan parçalara" ayrılması emrini verdiği Savaş'tan sonra da bu şekilde kaldılar; Tommy Flowers tasarımları Dollis Hill'deki bir şöminede yaktı. Masum görünmesi için değiştirilen bazı parçalar Newman'ın Manchester Üniversitesi'ndeki Royal Society Computing Machine Laboratuarına götürüldü. Colossus Mark 1 parçalara ayrıldı ve parçalar Postaneye geri gönderildi. İki Colossus bilgisayarı, kopyalanmış iki Tunny makinesiyle birlikte saklandı. Nisan 1946'da GCHQ'nun Eastcote'daki yeni merkez ofisine taşındılar. GCHQ ile birlikte 1952 ve 1954 yılları arasında tekrar Cheltenham'a taşındılar. Colossus Blue olarak bilinen bilgisayarlardan biri 1959 yılında, diğeri ise 1960 yılında parçalara ayrıldı. Daha sonraki yıllarda bilgisayarlar eğitim için kullanıldı. Bundan önce, başka amaçlar için (bazen iyi bir şekilde) değiştirme girişimleri olmuştu. Savaştan sonra onu ilk kullanan Jack Good oldu ve NSA'nın Colossus'u özel amaçlı bir makine yapmayı planladıkları bir şey için kullanmasını sağladı. Colossus aynı zamanda rastgele olup olmadığını test etmek için tek seferlik bant üzerinde harf sayımı yapmak için de kullanıldı.

Bu sırada Colossus hala gizliydi, teknik ayrıntılarının herhangi birinin herhangi bir önemi olmasından çok sonraydı. Bunun nedeni İngiltere'nin istihbarat teşkilatlarının diğer hükümetlere satın aldırdıkları Enigma benzeri makineleri kullanmalarıydı. Ajanslar daha sonra farklı yöntemler kullanarak kodları kırdılar. Şifre kırma makinelerinin bilgisi yaygın olarak biliniyor olsaydı, hiç kimse bu makineleri kabul etmezdi; bunun yerine şifreleme için kendi yöntemlerini geliştirirlerdi ki bu yöntemler Birleşik Krallık servislerinin kıramayacağı yöntemler olabilirdi. İletişimin dijital iletime geçmesi ve 1960'larda tamamen dijital şifreleme sistemlerinin yaygınlaşmasıyla bu tür sırlara duyulan ihtiyaç yavaş yavaş ortadan kalktı.

Albay Winterbotham'ın kitabı The Ultra Secret 1975 yılında çıktı. Bu, Colossus'un etrafındaki gizliliği ortadan kaldırdı. Bundan sonra, 1970'lerin sonlarında bilgisayarla ilgili ayrıntılar kamuoyuna açıklanmaya başladı.

Tunny şifresi ve şifre kırma üzerine 500 sayfalık bir teknik rapor - Tunny üzerine Genel Rapor - GCHQ tarafından Ekim 2000'de ulusal Kamu Kayıt Ofisi'ne verildi; teknik raporun tamamı çevrimiçi.

Yeniden yapmak

Tony Sale liderliğindeki bir ekip Colossus Mark 2'nin çalışan bir kopyasını inşa etti. Planlar ve makineler imha edilmişti, ancak şaşırtıcı miktarda başka malzeme imha edilmemişti. Optik bant okuyucu en büyük sorun olabilirdi, ancak tasarımcısı Dr. Arnold Lynch bunu kendi ilk yazılarından yeniden tasarlamayı başardı. Yeniden inşa edilen Colossus, Milton Keynes, Buckinghamshire'daki H Blok Bletchley Park'ta bulunan Ulusal Bilgisayar Müzesi'nde sergilenmektedir. Burası Colossus No. 9'un savaşta kullanıldığı yerdir.

Kasım 2007'de, hem çalışmanın sona ermesini hem de bağış toplamanın (para istemenin) başlamasını kutlamak için bir yarışma düzenlediler. Para, Ulusal Bilgisayar Müzesi'nin, yeniden inşa edilen Colossus'un dünyanın dört bir yanındaki radyo amatörleriyle yarışacağı bir Şifre Yarışması düzenlemesine yardımcı olacaktı. Şifrelenmiş üç mesajı ilk duyan ve çözen kazanacaktı. Bu mesajlar Lorenz SZ42 kullanılarak şifrelenecek ve Almanya'daki Heinz Nixdorf MuseumsForum bilgisayar müzesindeki radyo istasyonundan yayınlanacaktı. Yarışmayı radyo amatörü Joachim Schüth kolaylıkla kazandı. Schüth etkinlik için hazırlanmıştı. Ada kullanarak kendi sinyal işleme ve kod kırma programını yaptı. Colossus takımı kaybetti çünkü İkinci Dünya Savaşı radyolarını kullanmak istiyorlardı. Kötü radyo koşulları yüzünden bir gün geç kaldılar. Kazananın kendi programını çalıştıran 1,4 GHz'lik dizüstü bilgisayarının 12 tekerleğin ayarlarını bulması bir dakikadan az sürdü. Alman şifre kırıcı şöyle dedi: "Dizüstü bilgisayarım şifreli metin üzerinde saniyede 1.2 milyon harf hızında çalıştı - Colossus'tan 40 kat daha hızlı. Eğer iki bilgisayarı karşılaştırırsanız, Colossus'un 5.8 MHz hıza sahip olduğunu söyleyebilirsiniz. Bu, 1944 yılında üretilmiş bir bilgisayar için çok yüksek bir hız."

2006 yılında Tony Sale (sağda) görevinin başındadır. Tamamlanmış makine ile şifreli bir mesajı kırıyorlar. 1994'ten beri ekibi Bletchley Park'ta yeni bir Colossus bilgisayarı inşa ediyor.

İlgili sayfalar

• ENIAC
• Süper Bilgisayar
• Enigma (makine)
• Lorenz Şifresi