Colossus: tajny komputer, który złamał szyfr Hitlera

Szyfr gorszy niż Enigma - problem Lorenza

Enigma jest dziś symbolem niemieckiej kryptografii z czasów II wojny światowej, ale to nie ona sprawiła najwięcej problemów brytyjskim kryptologom. Prawdziwym koszmarem był szyfr Lorenz SZ40/42, którego Niemcy używali do najważniejszej korespondencji - rozkazów Hitlera i dowództwa Wehrmachtu przesyłanych między Berlinem a dowódcami frontowymi.

Maszyna Lorenza działała inaczej niż Enigma. Zamiast szyfrować litery alfabetu, operowała na kodzie telegraficznym Baudota i generowała strumień pseudolosowych znaków za pomocą aż 12 wirujących kół zębatych. Liczba możliwych ustawień szła w miliardy miliardów. Brytyjczycy nazwali ten szyfr Tunny i nigdy nie zobaczyli na oczy fizycznej maszyny - cały system złamali analizując wyłącznie przechwycony ruch radiowy.

To właśnie matematyk Bill Tutte w 1942 roku, patrząc jedynie na zaszyfrowane depesze, zrekonstruował logiczną strukturę maszyny, której nigdy nie widział. Był to jeden z najbardziej imponujących wyczynów kryptoanalitycznych w historii - ale ręczne łamanie kolejnych wiadomości zajmowało tygodnie, a wojna nie mogła czekać.

Tommy Flowers buduje maszynę, w którą nikt nie wierzył

Odpowiedzią na problem tempa był inżynier telekomunikacyjny Tommy Flowers z brytyjskiego Post Office Research Station. Zaproponował coś, co ówczesnym kryptologom z Bletchley Park wydawało się szaleństwem: zbudowanie maszyny opartej niemal wyłącznie na lampach elektronowych, zamiast zawodnych przekaźników elektromechanicznych.

Panowało wtedy przekonanie, że lampy są zbyt zawodne do pracy ciągłej - przepalają się, grzeją, zawodzą pod obciążeniem. Flowers wiedział jednak z doświadczenia w telefonii, że lampy działają niezawodnie, jeśli nigdy się ich nie wyłącza. Zbudował maszynę korzystającą z około 1600 lamp elektronowych, która czytała taśmę perforowaną z prędkością 5000 znaków na sekundę.

• Pierwszy model, Colossus Mark 1, zaczął pracę w grudniu 1943 roku
• Ulepszony Mark 2 ruszył tuż przed lądowaniem w Normandii, w czerwcu 1944 roku
• Do końca wojny zbudowano dziesięć egzemplarzy maszyny

Efekt był piorunujący - czas potrzebny na złamanie pojedynczej wiadomości skrócił się z tygodni do zaledwie kilku godzin.

Pierwszy programowalny komputer elektroniczny świata

Colossus często ginie w cieniu ENIAC-a, budowanego w tym samym czasie w USA i uruchomionego w 1946 roku. Warto jednak podkreślić fakt, który historycy informatyki podnoszą coraz częściej: Colossus był programowalny elektronicznie i działał na dwa lata przed ENIAC-iem.

Nie był to komputer uniwersalny w dzisiejszym rozumieniu - nie liczył równań ani nie obsługiwał arkuszy kalkulacyjnych. Był wyspecjalizowaną maszyną do jednego zadania: statystycznej analizy strumieni znaków w poszukiwaniu wzorców zdradzających ustawienia kół szyfrujących Lorenza. Operator programował go, przełączając wtyczki i przełączniki na tablicy rozdzielczej - dokładnie tak, jak później programowano wczesne komputery elektromechaniczne.

To właśnie ta zdolność do zmiany logiki działania bez przebudowy fizycznej maszyny czyni z Colossusa prekursora architektury, na której opiera się cała współczesna informatyka.

Tajemnica ukrywana przez 30 lat

Gdy wojna się skończyła, Winston Churchill osobiście nakazał zniszczenie większości maszyn Colossus i spalenie dokumentacji technicznej. Powód był prosty - Wielka Brytania chciała nadal wykorzystywać zdobyte doświadczenie kryptoanalityczne przeciwko innym krajom, a ujawnienie zdolności łamania szyfrów byłoby stratą przewagi strategicznej na lata.

Skutek był taki, że przez ponad trzy dekady oficjalna historia informatyki pomijała Colossusa całkowicie. Inżynierowie, którzy go zbudowali, do końca życia nie mogli mówić o swojej pracy - nawet rodzinom. Dopiero w 1975 roku brytyjski rząd odtajnił część informacji o projekcie, a pełniejszy obraz wyłonił się dopiero w latach 90. i 2000., gdy odtajniono kolejne dokumenty.

W efekcie przez dekady w podręcznikach ENIAC figurował jako pierwszy programowalny komputer elektroniczny na świecie, choć historycznie tytuł ten należał się maszynie zbudowanej w Bletchley Park dwa lata wcześniej.

Czego uczy nas historia Colossusa dzisiaj

Historia Colossusa to coś więcej niż ciekawostka - to przypomnienie, że kryptografia i moc obliczeniowa od zawsze idą w parze, a przewaga w tej dziedzinie potrafi zdecydować o losach nie tylko firm, ale i całych narodów. Dziś zamiast kół Lorenza mamy algorytmy RSA i AES, a zamiast lamp elektronowych - procesory kwantowe, które mogą pewnego dnia złamać obecne standardy szyfrowania równie skutecznie, jak Colossus łamał depesze Hitlera.

Dla firm płynie z tego prosty wniosek: bezpieczeństwo danych nigdy nie jest stanem raz na zawsze osiągniętym. To, co dziś wydaje się nie do złamania, jutro może okazać się przestarzałe - dokładnie tak, jak Niemcy byli przekonani o nieprzenikalności szyfru Lorenza aż do samego końca wojny.

Regularne audyty bezpieczeństwa, aktualizacja polityk szyfrowania i śledzenie rozwoju zagrożeń to dziś odpowiednik tego, co robili kryptolodzy z Bletchley Park - tyle że bez konieczności budowania własnych lamp elektronowych w piwnicy.