Colossus, la máquina que acortó la Segunda Guerra Mundial

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Bruno Stachel
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Colossus, la máquina que acortó la Segunda Guerra Mundial

Mensaje por Bruno Stachel »

Colossus era unas computadoras desarrolladas por descifradores de códigos británicos entre 1943 y 1945 como una contramedida a la codificación alemana Lorenz, acelerando el proceso de descodificación de los mensajes de alto nivel emitidos por los germanos. Colossus usó válvulas termoiónicas (tubos de vacío) para realizar operaciones booleanas y de conteo. Por lo tanto, Colossus se considera como la primera computadora electrónica digital programable del mundo, aunque fue programada por interruptores y enchufes y no por un programa almacenado. Entre sus diseñadores estaban Alan Turing y el ingeniero británico Tommy Flowers, que estaba al mando del equipo de desarrollo.

Colossus fue diseñado por el ingeniero telefónico de investigación de la Oficina General de Correos (GPO), Tommy Flowers, para resolver un problema planteado por el matemático Max Newman en la Escuela de Código y Cifrado del Gobierno (GC&CS) en Bletchley Park. El uso de probabilidad de Alan Turing en el criptoanálisis contribuyó a su diseño. A veces se ha afirmado erróneamente que Turing diseñó Colossus para ayudar al criptoanálisis del Enigma. La máquina de Turing que ayudó a decodificar Enigma fue la Bombe electromecánica, no Colossus.

El prototipo, Colossus Mark 1, comenzó a operar en diciembre de 1943 y el 1 de febrero del año siguiente ya estaba en uso en Bletchley Park. Un Colossus Mark 2 mejorado que usaba registros de desplazamiento para quintuplicar la velocidad de procesamiento, funcionó por primera vez el 1 de junio de 1944, justo a tiempo para el desembarco de Normandía. Diez Colossus estaban en uso al final de la guerra y se estaba encargando un undécimo. El uso de estas máquinas por parte de Bletchley Park permitió a los Aliados obtener una gran cantidad de inteligencia militar de alto nivel a partir de mensajes radiotelegráficos interceptados entre el Alto Mando Alemán (OKW) y sus mandos del ejército en toda la Europa ocupada.

La existencia de las máquinas Colossus se mantuvo en secreto hasta mediados de la década de 1970; las máquinas y los planes para construirlas habían sido destruidos previamente en la década de 1960, como parte del esfuerzo por mantener el secreto del proyecto. Esto privó a la mayoría de los involucrados con Colossus del crédito por ser pioneros en la computación digital electrónica durante su vida. Tony Sale y algunos voluntarios completaron en 2008 una reconstrucción funcional de un Mark 2 Colossus; está expuesta en el Museo Nacional de Computación en Bletchley Park.


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Re: Colossus, la máquina que acortó la Segunda Guerra Mundial

Mensaje por Bruno Stachel »

Las computadoras Colossus se usaron en el criptoanálisis de las comunicaciones de alto nivel alemanas, que estaban cifrada, naturalmente. La información de inteligencia reveló que los alemanes llamaron a los sistemas de transmisión de teleimpresores inalámbricos "Sägefisch" (pez sierra). Esto llevó a los británicos a llamar al tráfico de teleimpresores alemanes cifrados "Fish", y a la máquina desconocida y sus mensajes interceptados "Tunny" (tunafish). Para el cifrado los alemanes usaban máquinas Lorenz SZ 40 y SZ 42 Schlüsselzusatz (cifrado adjunto) dotadas de circuitos de teletipo Lorenz estándar.

Antes de que los alemanes aumentaran la seguridad de sus procedimientos operativos, los criptoanalistas británicos diagnosticaron cómo funcionaba la máquina invisible y construyeron una imitación llamada "British Tunny". Colossus tenía cinco procesadores, y cada uno podría operar a 5,000 caracteres por segundo. Al disponer de registros especiales y un reloj interno, los procesadores podrían operar simultáneamente en paralelo. Colossus podía trabajar con hasta 25,000 caracteres por segundo. Después de cientos de horas de trabajo los científicos idearon una computadora del tamaño de un camión y formada por entre 1.500 y 2.000 válvulas de vacío. Por su gran tamaño y capacidad se decidió llamarla "Colossus".

Parte de la operación Colossus consistía en emular electrónicamente la máquina mecánica de Lorenz. Para cifrar un mensaje con la máquina de Lorenz, el texto plano se combinaba con un flujo de BITs clave, en grupos de cinco. El flujo clave se generaba usando doce ruedas: cinco fueron clasificadas (por los británicos) como ruedas {\displaystyle \chi }\chi («Χ»), otras cinco como {\displaystyle \psi }\psi («Ψ»), y las dos restantes como «ruedas motoras». Las ruedas {\displaystyle \chi }\chi rotaban regularmente con cada letra que se cifraba, mientras que las ruedas {\displaystyle \psi }\psi rotaban irregularmente, controladas por las ruedas motoras.

En agosto de 1941, un error de los operadores alemanes provocó la transmisión de dos versiones del mismo mensaje con idénticas configuraciones de máquina. Estos fueron interceptados y descrifrados por Bletchley Park. Primero, John Tiltman, un criptoanalista de GC&CS muy talentoso, derivó un flujo de claves de casi 4000 caracteres. Luego, Bill Tutte, un miembro recién llegado de la Sección de Investigación, usó este flujo de claves para elaborar la estructura lógica de la máquina de Lorenz. Dedujo que la máquina tenía doce ruedas que constaban de dos grupos de cinco, a los que llamó ruedas χ (chi) y ψ (psi), y a las dos restantes las llamó ruedas μ (mu) o "motor". Las ruedas chi picaban regularmente con cada letra que estaba encriptada, mientras que las ruedas psi picaban irregularmente, bajo el control de las ruedas del motor. Utilizaban una técnica de cifrado de Vernam en los caracteres del mensaje en el código telegráfico estándar ITA2 de 5 bits. Lo hizo combinando los caracteres de texto sin formato con un flujo de caracteres clave utilizando la función booleana XOR para producir el texto cifrado.

Con una secuencia de claves suficientemente aleatoria, un cifrado de Vernam elimina la propiedad del lenguaje natural de un mensaje de texto de tener una distribución de frecuencia desigual de los diferentes caracteres, para producir una distribución uniforme en el texto cifrado. La máquina Tunny lo hizo bien. Sin embargo, los criptoanalistas descubrieron que al examinar la distribución de frecuencia de los cambios de carácter a carácter en el texto cifrado, en lugar de los caracteres simples, había una desviación de la uniformidad que proporcionaba una oportunidad de descrifrado. Esto se logró mediante la "diferenciación" en la que cada bit o carácter se XOR-ed con su sucesor. Después de que Alemania se rindió, las fuerzas aliadas capturaron una máquina Tunny y descubrieron que era la máquina de cifrado en línea electromecánica Lorenz SZ (Schlüsselzusatzgerät, accesorio de cifrado).

Para poder leer los mensajes, se tuvieron que realizar dos tareas- La primera era romper las ruedas (wheel breaking), que consistía en descubrir los patrones de leva para todas las ruedas. Estos patrones se configuraron en la máquina de Lorenz y después se usaban durante un periodo de tiempo establecido para un número de mensajes diferentes. Alan Turing inventó un método para romper ruedas que se conoció como Turingery. La técnica de Turing se desarrolló aún más en "Rectangling", para lo cual Colossus podía producir tablas para análisis manual. Colossus 2, 4, 6, 7 y 9 tenían un "artilugio" para ayudar en este proceso. El proceso de establecer las ruedas encontraba la posición inicial de las ruedas para un mensaje dado. Inicialmente Colossus se usó para ayudar a averiguar la posición inicial de las ruedas, después se demostró que la máquina podía ser adaptada también para el proceso de romper las ruedas.

La segunda tarea consistía en "ajustar" las ruedas (wheel setting), que determinaba las posiciones de inicio de las ruedas para un mensaje en particular, y solo podía intentarse una vez que se conocían los patrones de las levas. Para esta tarea se diseñó inicialmente Colossus. Para descubrir la posición inicial de las ruedas chi de un mensaje, Colossus comparó dos flujos de caracteres, contando las estadísticas de la evaluación de funciones booleanas programables. Los dos flujos fueron el texto cifrado, que se leyó a alta velocidad desde una cinta de papel, y el flujo de claves, que se generó internamente, en una simulación de la máquina alemana desconocida. Después de una sucesión de diferentes ejecuciones de Colossus para descubrir las configuraciones probables de la rueda chi, se verificaron examinando la distribución de frecuencia de los caracteres en el texto cifrado procesado. Colossus produjo estos recuentos de frecuencias.

Colossus era operado en Newmanry, la sección de Bletchley Park responsable de los métodos mecánicos contra la máquina de Lorenz, liderada por el matemático Max Newman.

Colossus se desarrolló debido a un proyecto anterior que produjo una máquina comparadora opto-mecánica llamada «Heath Robinson». El mayor problema de la máquina Robinson era la sincronización de dos cintas perforadas, una perforada con el mensaje cifrado y la otra representando los patrones producidos por las ruedas de la máquina de Lorenz, pero cuando se tenía que leer a una velocidad de más de 1000 caracteres por segundo, resultaba en una infinidad de cálculos. Colossus solucionó el problema reproduciendo electrónicamente una de las cintas. La otra cinta se podía introducir en Colossus a mayor velocidad y podía ser contada con mucha mayor fiabilidad.

Aparentemente se destruyeron ocho de las 10 máquinas Colossus de Bletchley Park en 1946, por orden directa de Winston Churchill. Una sobrevivió hasta los años 1950, y la última fue desmantelada en 1960 cuando todos los diagramas de sus circuitos y sus planos fueron quemados. Se sabe que varios científicos norteamericanos vieron funcionar a Colossus en visitas secretas a Bletchley Park después de la guerra, pero el gobierno británico vetó toda la información sobre la máquina durante 30 años.
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Re: Colossus, la máquina que acortó la Segunda Guerra Mundial

Mensaje por Bruno Stachel »

Colossus fue desarrollado para el "Newmanry",la sección encabezada por el matemático Max Newman que fue responsable del descifrado de las máquinas Lorenz SZ40/42. Un equipo liderado por Tommy Flowers dedicó diez meses (desde principios de febrero hasta principios de diciembre de 1943) diseñando y construyendo la computadora Colossus en la Post Office Research Station, Dollis Hill, al noroeste de Londres. Después de una prueba el 8 de diciembre de 1943, la máquina fue desmontada y enviada al norte de Bletchley Park. Después fue montada en el bloque F durante las navidades de 1943. La Mk 1 tuvo éxito en su primera prueba con un mensaje real cifrado en enero de 1944, a lo que siguió la construcción de nueve máquinas Colossus Mk 2, la primera de ellas entregada en junio de 1944 mientras que la Mk I original fue convertida a Mk 2. La máquina Colossus número once se terminó justo al final de la guerra.

La máquina Colossus Mk I tenía 1500 válvulas electrónicas. La Colossus Mk 2, con 2400 válvulas, era cinco veces más rápida y más fácil de operar que la Mk I: ambas características aumentaron considerablemente el proceso de decodificación. La Mk 2 se diseñaba mientras la Mk I era construida. En comparación, otras computadoras como la ENIAC, de 1946, usaba 17 468 válvulas y la Manchester Mark I, de 1949, usó alrededor de 4 200. Colossus contaba con la segunda cinta diseñada para la máquina Robinson, que generaba los patrones electrónicamente y procesaba 5000 caracteres por segundo con la cinta de papel circulando a 12 metros por segundo. Los circuitos eran sincronizados por una señal de reloj, generada por las perforaciones de la cinta. La velocidad de cálculo estaba limitada por los mecanismos del lector de la cinta. El diseñador Tommy Flowers testeó el lector de cinta hasta los 9700 caracteres por segundo antes de que la cinta se desintegrase. Él configuró 5000 caracteres por segundo como la velocidad más deseable para un funcionamiento óptimo. Algunas veces, dos o más Colossus probaron diferentes combinaciones de trabajo simultáneo, lo que ahora se denomina computación paralela, aumentando notablemente el proceso de decodificación.

Colossus incorporó por primera vez el uso de registros lineales y arrays sistólicos, permitiendo realizar cinco tests simultáneos e implicando más de 100 cálculos booleanos, en cada uno de los cinco canales de la cinta perforada (no obstante, en funcionamiento normal, solo uno o dos canales eran examinados en cada ejecución). Inicialmente Colossus se usaba solamente para determinar las posiciones iniciales de las ruedas para un mensaje concreto (denominado posición de rueda). La Mk 2 incluía mecanismos para ayudar a determinar los patrones de los dientes de las ruedas (rotura de rueda). Ambos modelos eran programables usando interruptores y paneles acoplados que la máquina Robinson no tenía.

El personal de Newmanry estaba compuesto por criptoanalistas, operadores del Servicio Real Naval de Mujeres (WRNS), conocido como "Wrens", e ingenieros que estaban permanentemente disponibles para el mantenimiento y la reparación. Al final de la guerra, la dotación de personal era de 272 Wrens y 27 hombres.

El primer trabajo al operar Colossus para un nuevo mensaje fue preparar el bucle de cinta de papel. Esto fue realizado por las Wrens, que unieron los dos extremos con pegamento Bostik, asegurándose de que hubiera una longitud de 150 caracteres de cinta en blanco entre el final y el comienzo del mensaje. Usando un punzón de mano especial, insertaron un orificio de inicio entre el tercer y cuarto canales a 2 1⁄2 orificios de la rueda dentada desde el extremo de la sección en blanco, y un orificio de parada entre el cuarto y quinto canales a 1 1⁄2 orificios de la rueda dentada del final de los caracteres del mensaje. Estos fueron leídos por fotocélulas especialmente posicionadas e indicaron cuándo el mensaje estaba a punto de comenzar y cuándo terminaba. El operador luego pasaría la cinta de papel a través de la puerta y alrededor de las poleas y ajustaría la tensión. El diseño del armazón había sido realizado por Heath Robinson para que se pudiera cargar una cinta mientras se ejecutaba la anterior. Un interruptor en el panel de selección especificaba la cinta "cercana" o "lejana".

Después de realizar varias tareas de puesta a cero, las operadoras Wren, bajo las instrucciones del criptoanalista, operarían los interruptores de década "set total" y los interruptores del panel K2 para configurar el algoritmo deseado. A continuación, pondrían en marcha el motor y la lámpara de la cinta del armazón y, cuando la cinta estuviera al día, accionarían el interruptor principal de arranque.

Colossus fue la primera de las máquinas digitales en incorporar una limitada programabilidad. No obstante no era una computadora de propósito general, no siendo turing completa, aunque las Colossus se basaban en la definición de Alan Turing y este trabajó en Bletchley Park, donde las Colossus fueron operadas. En aquella época no era tan importante que las máquinas fuesen Turing-completas, sino que sirvivieran para tareas criptográficas-

Uno de los errores más comunes de la literatura derivada es la creencia de que Colossus fue utilizada contra Enigma. De hecho, hay muchas historias sorprendentes sobre Colossus en los libros de historia. Georges Ifrah, un autor e historiador francés de las matemáticas, llegó incluso a decir que Colossus producía texto sin cifrar en inglés del texto cifrado en alemán.

También se identifica a Turing como la figura clave del diseño de la máquina. Sobre él, el historiador de la informática J.A.N. Lee dijo que "la influencia de Turing en el desarrollo de Colossus es reconocida", y en un artículo sobre Flowers, Lee se refirió a Colossus como "la máquina cripto-analítica diseñada por Alan Turing y otros". Incluso en un libro a la venta en el Museo de Bletchley Park se explica que en los laboratorios de Bletchley Park "Turing trabajó...en lo que hoy en día conocemos como búsqueda informática", hecho que llevó al "primer ordenador programable y electrónico del mundo, el Colossus ".​

El informe general de 1945 sobre Tunny deja las cosas claras: "el Colossus fue idea completamente del Sr. Flowers ". En 1943 la electrónica había sido la pasión de Flowers durante más de una década y no necesitó ninguna ayuda de Turing. Además, este último estaba en Estados Unidos durante el período crítico de los inicios de 1943 cuando Flowers propuso su idea a Newman y elaboró ​​el diseño del Colossus en papel. Flowers enfatizó en una entrevista que Turing "no hizo ninguna contribución" en el diseño del Colossus. Dijo: "Yo inventé el Colossus. Nadie más estaba capacitado para hacerlo".
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Re: Colossus, la máquina que acortó la Segunda Guerra Mundial

Mensaje por Bruno Stachel »

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Una computadora Colossus Mark II siendo operada por las wrens Dorothy Du Boisson (izquierda) and Elsie Booker (derecha) en 1943. El panel inclinado de la izquierda se usaba para establecer el número de patrones de pines de Lorenz. La cinta transportadora de papel está en la derecha.

Imagen
Una máquina de cifrado Lorenz SZ42 con sus cubiertas retiradas en el Museo Nacional de Computación en Bletchley Park

Imagen
Colossus 10 en el Bloque H en Bletchley Park durante la guerra.

Fuente de las imágenes: https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_computer
Fuentes del texto: http://www.elcajondegrisom.com/2011/05/ ... cifro.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_computer
https://es.wikipedia.org/wiki/Colossus
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Re: Colossus, la máquina que acortó la Segunda Guerra Mundial

Mensaje por Satur »

Una curiosidad simpática: Un simulador virtual del Colossus. ,-)

https://www.virtualcolossus.co.uk/
Cuando el líder eficaz ha dado por terminado su trabajo,
la gente dice que todo ocurrió de un modo natural.
LAO TSE.

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Ab insomne non custita dracone
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