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Colossus:在沉默中揭开秘密——密码分析的开拓之旅

2024-01-22科学

1943年, Dorothy Du Boisson 熟练地操作着Colossus Mark 2计算机。优雅倾斜的控制面板上设置着洛伦兹密码机的"销"(或称为"凸轮")模式。而 Patricia Davis 则专注地调整着右侧的纸带传送装置,也被称为"床架"。Colossus是由英国密码破译者在1943年至1945年间研发的一套计算机系统,用于辅助破解洛伦兹密码的密码分析工作。Colossus使用热电子阀(即真空管)进行布尔逻辑和计数运算。因此,虽然Colossus的编程是通过开关和插头而非存储程序进行的,但它仍被视为世界上第一台可编程的电子数字计算机。Max Newman对Colossus的密码分析需求进行了详细规定,并在1943年由Thomas Flowers、Sid Broadhurst、Bill Chandler、Arnold Lynch、Allen William Mark Coombs和Harry Fensom这些才华横溢的人设计和实施了Colossus,作为多利斯山邮局研究站信号组的一部分。

1994年,由Tony Sale领导的团队在Bletchley Park开始了一座Colossus的重建工作。在这张2006年的照片中,Tony监督着已经完成的机器,而Phil Hayes则在控制台旁协助破解一条密文信息。

Colossus的重建工作

恩尼格玛密码机(德语:Enigma,又译恩尼格密码机、哑谜机、奇谜机或谜式密码机)是一种用于加密与解密文件的 密码机 。确切地说,恩尼格玛是对二战时期 纳粹德国 使用的一系列相似的 转子机械 加解密机器的统称,它包括了许多不同的型号,为 密码学对称加密 算法的 流加密 。

20世纪20年代早期,恩尼格玛密码机开始应用于商业,一些国家的军队与政府也使用过该密码机,密码机的主要用户包括 第二次世界大战 时的纳粹德国。

Lorenz SZ42 德国密码机

Lorenz SZ42 德国密码机-带盖子

虽然Colossus II相比于严格的特定应用程序计算机更具灵活性,但它仍以极其有限的方式"编程",而Atanasoff-Berry计算机(ABC)则早在1942年春天就完成,比Colossus在1943年底完工要早一年多。虽然ABC并非严格的专用计算机,它也并非具备完全的可编程性。ABC的目标应用涵盖了多个领域,其中包括:

A. 多重相关
B. 曲线拟合
C. 最小二乘法
D. 振动问题,包括振动拉曼效应
E. 电路分析
F. 弹性结构分析
G. 许多弹性问题的近似解
H. 量子力学问题的近似解
I. 力学、天文学和量子理论的微扰理论

通过控制面板上的按钮和开关,ABC附带的"指令集"可供调用。因此,它是一台早于Colossus的电子数字计算机,具备一定程度的"可编程性",展现出令人振奋的创意潜能。

ABC指令集

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