Colossus (ordinateur)

Les transmissions radio régulières de messages "Tunny" ont commencé en juin 1941. Les déchiffreurs britanniques ont vu qu'il utilisait un code à cinq unités comme un système de téléimprimeur. Leurs recherches ont également montré que le codage était effectué par une machine à chiffrer à 12 roues (rotors). Pour chaque nouveau message envoyé, les roues devaient d'abord être tournées vers de nouvelles positions. La position de départ du message était choisie par l'opérateur qui envoyait le message. Il indiquait à l'opérateur qui recevait le message quelles étaient les positions de départ avec 12 lettres non codées. Le nombre total de positions de départ possibles des 12 roues était en effet très important.

La machine de codage additionnait le texte en clair (la version non codée du message) et un flux de caractères (lettres, chiffres, ponctuation) appelé "keystream" (un flux de caractères apparemment aléatoires) qu'elle générait pour faire le texte chiffré (la version codée du message). Le cryptogramme, qui n'avait aucun sens, était transmis par radio. À la réception, une machine identique retirait le keystream pour produire le texte en clair du message.

Si les opérateurs allemands travaillaient toujours correctement, il n'y aurait pas deux messages ayant la même position de départ des roues. Cependant, des erreurs ont été commises. Ils ont aidé les briseurs de code britanniques. Le 30 août 1941, deux versions du même message, qui comportait près de 4 000 caractères, furent envoyées avec les mêmes positions de départ des roues. Cette erreur a été très utile pour les casseurs de codes de recherche. Un briseur de code appelé John Tiltman a pu obtenir le keystream à partir de ces messages.

Les casseurs de codes ont essayé d'élaborer les détails de la machine à partir de ces informations, mais ils ont d'abord échoué. Ils ont alors été rejoints par un jeune briseur de code appelé Bill Tutte, qui a été chargé de cette tâche. Après beaucoup de travail, il a réussi et a produit une description logique de la machine invisible. Ce travail a été décrit comme "la plus grande réalisation intellectuelle de la Seconde Guerre mondiale". Tutte s'est rendu compte que la machine rendait chaque personnage clé en combinant les effets de deux ensembles de cinq roues. Il a utilisé des lettres grecques pour nommer les roues. Il a appelé un ensemble de cinq roues χ ("chi") et l'autre ensemble de cinq roues ψ ("psi"). Il a découvert que les roues de χ se déplaçaient sur une position pour chaque nouveau caractère codé. Les roues de ψ, cependant, ne bougeaient pas régulièrement. Elles ne bougeaient qu'occasionnellement. Le mouvement des roues de ψ était contrôlé par deux roues qu'il a appelées les μ ("mu") ou "roues motrices".

Max Newman était un mathématicien et un déchiffreur de codes à Bletchley Park. Il avait pour mission de découvrir comment une machine pouvait déchiffrer les messages "Tunny". La machine devait faire un calcul pour de nombreuses positions de départ possibles des roues de χ. La position de départ qui donnait le plus grand nombre d'informations à partir de ce calcul était probablement la bonne. La première machine a été appelée "Heath Robinson". Cela n'a pas très bien fonctionné. Elle avait deux bandes de papier perforées qui devaient fonctionner exactement ensemble. L'une des bandes contenait le texte chiffré en boucle continue. La deuxième bande en boucle contenait des motifs réalisés par les roues de la machine à coder. Les rubans s'étiraient ou se brisaient souvent lorsqu'ils contenaient 2000 caractères par seconde. Parfois, les bandes ne s'alignaient pas ; alors les comptes étaient erronés.

Tommy Flowers a travaillé à la station de recherche de la poste à Dollis Hill, dans le nord-ouest de Londres. On lui a demandé de regarder la machine Heath Robinson. Il pensait que c'était une machine faible. Il a conçu une machine électronique pour faire le même travail. Il devait fabriquer les modèles de la machine de codage par voie électronique, de sorte qu'une seule bande de papier était nécessaire. En février 1943, il montra ce modèle à Max Newman. Ce modèle nécessitait 1 500 valves thermoniques (tubes à vide). Peu de gens pensaient qu'autant de soupapes pouvaient fonctionner sans qu'il y ait beaucoup de défaillances. D'autres machines Heath Robinson furent commandées. Les fleurs, cependant, gardent l'idée d'une machine électronique. Il obtint le soutien du responsable de la station de recherche de la poste qui s'appelait Gordon Radley. Tommy Flowers et son équipe commencèrent à travailler sur Colossus en février 1943.

La bande sur laquelle figure le message devait être lue rapidement. Tommy Flowers a testé le lecteur de bande jusqu'à 9 700 lettres/seconde (53 mph (85 km/h)) avant que la bande ne se casse. Il a sélectionné 5 000 caractères par seconde comme étant une bonne vitesse pour un travail régulier. Cela signifie que la bande de papier se déplaçait à 12 m/s (40 pieds/s) ou 43,9 km/h (27,3 mph). Les circuits électroniques étaient commandés par un signal provenant de la lecture des trous de pignon de la bande perforée.

Le premier Colossus a travaillé à Dollis Hill en décembre 1943. Puis ils ont démonté Colossus et l'ont déplacé à Bletchley Park. Il y est arrivé le 18 janvier 1944. Harry Fensom et Don Horwood le remettent en état. Colossus a lu son premier message le 5 février. Après le premier Colossus (Mark 1), il y avait neuf machines Mark 2. Celles-ci avaient chacune 2 400 valves. Elles étaient plus faciles à utiliser. Elles pouvaient être programmées pour fonctionner à une vitesse cinq fois supérieure à celle de la Mark 1. Un Colosse Mark 2 a fonctionné pour la première fois le 1er juin 1944.

Au début, Colossus n'était utilisé que pour trouver les emplacements des roues de départ utilisées pour un message (appelé réglage des roues). Les briseurs de code ont trouvé comment utiliser le Mark 2 pour aider à trouver les motifs des cames sur les roues (le brisement de roue). À la fin de la guerre, dix ordinateurs Colossus fonctionnaient à Bletchley Park. Cela signifiait que de très nombreux messages étaient décodés.

Colossus a utilisé des pièces qui étaient neuves à l'époque. Il utilisait des tubes à vide, des thyratrons et des photomultiplicateurs. Il lisait sur le papier avec de la lumière. Il faisait alors une chose spéciale pour chaque lettre ; cette chose spéciale pouvait être changée. Il comptait le nombre de fois où cette particularité était "vraie". Les machines équipées de nombreux tubes à vide étaient connues pour se casser souvent. Elles se cassent le plus souvent à la mise en marche, de sorte que les machines Colossus ne s'arrêtaient que lorsqu'une pièce se cassait.

Colossus a été la première des machines électroniques numériques qui pouvaient avoir un programme. Il ne pouvait pas changer autant que les machines ultérieures :

• il n'avait pas de programme en lui-même. Une personne utilisait des prises, des fils et des interrupteurs pour modifier le programme. C'est ainsi qu'il a été configuré pour une nouvelle chose à faire.
• Colossus n'était pas une machine à usage général. Il n'était conçu que pour un seul type de décodage : le comptage et les opérations booléennes.

Ce n'était pas un ordinateur complet de Turing, même si Alan Turing était à Bletchley Park. Cette idée n'avait pas encore été envisagée et la plupart des autres premières machines informatiques modernes n'étaient pas complètes (comme l'ordinateur Atanasoff-Berry, la machine à relais électromécanique Mark I de Harvard, les machines à relais des Bell Labs de George Stibitz et d'autres, ou les premiers plans de Konrad Zuse). Il a fallu beaucoup de temps pour que les ordinateurs soient utilisés à de multiples fins, au lieu d'être une simple calculatrice servant uniquement à résoudre un problème difficile.

L'utilisation des ordinateurs de Colossus était très secrète. Le Colossus lui-même a été très secret même pendant de nombreuses années après la guerre. C'est pourquoi Colossus n'a pas pu être inclus dans l'histoire du matériel informatique pendant longtemps. Personne ne connaissait l'importance de Flowers et des autres personnes qui ont contribué à sa fabrication.

Peu de gens connaissaient l'existence de cet ordinateur secret, de sorte qu'il n'a eu que peu d'effet direct sur la nouvelle conception des ordinateurs ultérieurs ; l'EDVAC a été la première conception qui a eu le plus d'effet sur la conception des ordinateurs ultérieurs.

Une fois Colossus fabriqué, certains savaient désormais que l'on pouvait fabriquer des appareils informatiques numériques à grande vitesse (sans pièces mobiles comme les relais électriques) et qu'ils ne se cassaient pas trop. Cette connaissance a suffi pour avoir un effet important sur la conception des premiers ordinateurs en Grande-Bretagne et probablement aux États-Unis. Les personnes qui connaissaient Colossus ont joué un rôle important dans le domaine des premiers ordinateurs en Grande-Bretagne. En 1972, Herman Goldstine a écrit cela :

La Grande-Bretagne avait une telle vitalité (énergie ou dynamisme) qu'elle a pu, juste après la guerre, lancer tant de projets bien planifiés et bien faits dans le domaine informatique.

En écrivant cela, Goldstine ne connaissait pas l'existence de Colossus. Il ne savait pas ce qu'il laissait aux projets des gens qui le connaissaient. Des gens comme Alan Turing (avec le Pilot ACE et ACE), et Max Newman et I. J. Good (avec le Manchester Mark 1 et d'autres premiers ordinateurs de Manchester). Brian Randell a écrit cela plus tard :

le projet COLOSSUS a été une source importante de cette vitalité (énergie ou dynamisme), qui n'a pas été bien comprise ou connue, tout comme l'importance de ses places dans la chronologie de l'invention de l'ordinateur numérique.

Les plans et les machines des colosses étaient secrets depuis le moment où ils ont été réalisés. Ils le restèrent après la guerre, lorsque Winston Churchill ordonna la destruction de la plupart des machines de Colossus en "pièces pas plus grandes que la main d'un homme" ; Tommy Flowers lui-même brûla les plans dans une cheminée à Dollis Hill. Certaines pièces, modifiées pour paraître innocentes, ont été emmenées au laboratoire de machines informatiques de la Royal Society de Newman à l'université de Manchester. Le Colossus Mark 1 a été démonté et les pièces ont été renvoyées à la Poste. Deux ordinateurs Colossus, ainsi que deux machines Tunny copiées, ont été conservés. Ils furent transférés au nouveau siège social du GCHQ à Eastcote en avril 1946. Ils furent à nouveau déplacés avec le GCHQ à Cheltenham entre 1952 et 1954. L'un des ordinateurs, connu sous le nom de Colossus Blue, a été démonté en 1959, l'autre en 1960. Dans leurs dernières années, les ordinateurs ont été utilisés pour la formation. Avant cela, il y avait eu des tentatives de les changer (parfois bien) à d'autres fins. Jack Good a été le premier à l'utiliser après la guerre, en obtenant de la NSA qu'elle utilise Colossus pour faire quelque chose pour lequel elle prévoyait de construire une machine spéciale. Colossus a également été utilisé pour effectuer des comptages de lettres sur un ruban adhésif à usage unique afin de tester le caractère non aléatoire des lettres.

À cette époque, le Colosse était encore secret, bien après que tous ses détails techniques aient eu une quelconque importance. Cela était dû au fait que les agences de renseignement britanniques utilisaient des machines de type Enigma qu'elles faisaient acheter par d'autres gouvernements. Les agences ont ensuite déchiffré les codes de différentes manières. Si la connaissance des machines de décryptage avait été largement connue, personne n'aurait accepté ces machines ; ils auraient plutôt développé leurs propres méthodes de cryptage, des méthodes que les services britanniques n'auraient peut-être pas été en mesure de casser. La nécessité de ces secrets a lentement disparu à mesure que les communications passaient à la transmission numérique et que les systèmes de cryptage entièrement numériques devenaient courants dans les années 60.

Le livre du colonel Winterbotham, The Ultra Secret, est sorti en 1975. Cela a permis de briser le secret autour du Colosse. Par la suite, des détails sur l'ordinateur ont commencé à être rendus publics à la fin des années 1970.

Un rapport technique de 500 pages sur le chiffrement de Tunny et sa décodification - intitulé Rapport général sur Tunny - a été remis par le GCHQ au bureau national des archives publiques en octobre 2000 ; le rapport technique complet est en ligne.

Une équipe dirigée par Tony Sale a construit une copie de travail d'un Colossus Mark 2. Les plans et les machines avaient été détruits, mais une quantité surprenante d'autres matériaux n'a pas été détruite. Le lecteur de bande optique a peut-être été le plus gros problème, mais le Dr Arnold Lynch, son concepteur, a réussi à le redessiner à partir de ses propres écrits. Le Colosse reconstruit est exposé au National Museum of Computing, dans le H Block Bletchley Park à Milton Keynes, Buckinghamshire. C'est là que le Colossus n°9 a été utilisé pendant la guerre.

En novembre 2007, pour marquer à la fois la fin du travail et le début de la collecte de fonds (demander de l'argent), ils ont organisé un concours. L'argent devait aider le Musée national de l'informatique à organiser un concours de déchiffrage dans le cadre duquel le Colosse reconstruit était en compétition avec des radioamateurs du monde entier. Le premier à entendre et à décoder trois messages chiffrés remporterait le concours. Ils seraient chiffrés à l'aide du Lorenz SZ42 et transmis depuis la station de radio du musée informatique Heinz Nixdorf MuseumsForum en Allemagne. Le concours a été facilement remporté par le radioamateur Joachim Schüth. Schüth s'était préparé pour l'événement. Il a créé son propre programme de traitement du signal et de décodage en utilisant Ada. L'équipe de Colossus a perdu parce qu'elle voulait utiliser des radios de la Seconde Guerre mondiale. Ils avaient un jour de retard à cause des mauvaises conditions radio. L'ordinateur portable 1,4 GHz du gagnant, qui exécute son propre programme, a pris moins d'une minute pour trouver les réglages des 12 roues. Le casseur de code allemand a déclaré : "Mon ordinateur portable a travaillé sur du texte chiffré à une vitesse de 1,2 million de lettres par seconde, soit 240 fois plus vite que Colossus. Si l'on compare les deux ordinateurs, on peut dire que Colossus avait une vitesse de 5,8 MHz. C'est très rapide pour un ordinateur construit en 1944".

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