Enigma i Ryby czyli jak komputery wygrały wojnę

Po zakończeniu walk w wojnie Polsko-Sowieckiej, w 1921 roku przyszedł czas na nagrody dla wybitnych jej uczestników. W tłumie dekorowanych oficerów Sztabu Generalnego, różnych stopni, niczym się nie wyróżniał skromny por. Jan Kowalewski. Gen. Sikorski dekorując go Krzyżem Srebrnym Virtuti Militari cicho szepnął mu do ucha: - Za wygranie wojny Panie Poruczniku.

Tekst: Piotr “Peter” Kurek – Muzeum Veritas temporis filia est

Zdjęcia:  Arch. Autora, internet ( licencja CC )

Człowiek, którego dekorowano w tak dyskretny sposób, był jedną z kluczowych a jednocześnie zupełnie nieznanych postaci polskiej armii. Zorganizował i kierował w latach 1919-24r Wydział II radio-wywiadu, Biura Szyfrów, Oddziału II, Sztabu Generalnego Naczelnego Dowództwa. Był świetnym matematykiem, lingwistą-znał j. niemiecki, francuski i rosyjski oraz  krypto analitykiem.  Jeszcze z czasów służby w armii carskiej doskonale znał zarówno metodykę jak i pragmatykę kryptologii rosyjskiej. Już w początkach działalności w Biurze Szyfrów (BS -przyp. autora), osobiście złamał kilkadziesiąt szyfrów radzieckich i niemieckich.

W 1923 r. Kowalewski został wysłany do Japonii, gdzie szkolił oficerów japońskich w sztuce dekryptażu radzieckich szyfrów . Miarą sukcesu jego, co należy podkreślić, trzymiesięcznej pracy w Kraju Kwitnącej Wiśni, było nadanie mu przez cesarza jednego z najwyższych odznaczeń wojskowych Japonii – Orderu Wschodzącego Słońca.

Był rzeczywistym twórcą tzw. Polskiej Szkoły Kryptologicznej, to on wysunął pomysł zatrudniania w BS wybitnych profesorów i studentów matematyki, co później zaowocowało sukcesami Rejewskiego, Różyckiego i Rogalskiego. A propos – zupełnym szokiem dla mnie osobiście był fakt, że dokumenty dotyczące polskich sukcesów kryptologicznych wobec Rosji Sowieckiej z lat 1919-21, odkryto dopiero w… 2005r i w dodatku w Centralnym Archiwum Wojskowym (!)

Historia powstania pierwszych komputerów (1), nierozerwalnie związana jest z wywiadem elektronicznym. Niemieckie rozwiązanie Z2, Z3, Z4 – inż. Zuse, Colossus Mark 1 i 2, Eniac, niezależnie od intencji konstruktora, lądowały w krypto-analityce. Pierwsze ich zastosowania to dekryptaż szyfrowanych transmisji radiowych. Ówczesne maszyny szyfrujące były urządzeniami elektromechanicznymi np. niemiecka Enigma później Fish, niemiecki system Shark czy angielski Rockex.

Ponieważ do rozszyfrowania ich przekazów w czasie rzeczywistym (2) potrzebny był sprzęt, co najmniej o rząd wielkości szybszy, naturalną koleją rzeczy doszło do zastosowania w nim elementów elektronicznych zamiast wybieraków czy przekaźników. Użycie lampy elektronowej, rozwiązywało kilka problemów jednocześnie: powiększyło szybkość działania i dopiero to umożliwiło (3) niektóre operacje.

- Wyeliminowało większość błędów i pomyłek wynikających z zastosowania poprzednio układów przekaźnikowych i wybierakowych – iskrzenie styków, opóźnienia etc.

- Obniżyło pracochłonność poszukiwań rozwiązania. Wyeliminowało znaczącą część wstępnych prac, wykonywanych przez personel.

Oczywiście, jak to często bywa – nie ma róży bez kolców. Wzrósł pobór mocy, bo lampa musi mieć tzw. żarzenie, na które wtedy szło ok. 2-4 W na jedną lampę.

Pierwsze maszyny, które miały cokolwiek wspólnego z współczesnym komputerem zbudowali Anglicy. Nosiły nazwę (tzw. rodzina – przyp. autora) Robinson (powstałe w 1942r)  Głównym novum, było zastosowanie elektroniki – lamp w części, która musiała działać z największymi szybkościami i gdzie systemy elektromechaniczne – tu przekaźniki. nie spełniały już zadania. “Robinsony” nie były zbyt udanym, jeśli idzie o niezawodność produktem.

Ich następca, pierwszy z komputerów elektronicznych, zawierający 1800 lamp, Colossus powstały w 1943r, mógł wykonać 1011 operacji na sekundę, nie popełniając ani jednego błędu. Mimo, że posiadał już swego rodzaju „pamięć”, nie był on jeszcze maszyną w pełni uniwersalną. Służył tylko do „walki” z najbardziej zaawansowaną niemiecką maszyną szyfrującą Geheimfernschreiber, zwaną przez Anglików: Sturgeon (rodzina urządzeń “Fish” – przyp. autora) oraz maszynami Lorenza serii FZxx . I tu pojawia się ciekawostka.

Niemiecki T52 (Sturgeon) był urządzeniem o którym możemy powiedzieć – urządzenie cyfrowe. Posługiwał się notacją Baudota-Murraya czyli zapisem dalekopisowym, gdzie każdy znak (32 litery + kody sterujące) zapisywane są w postaci pięciu stanów – bitów, „0” lub „1” . Te stany odpowiadają na istnienie lub nie, 5 otworów uszeregowanych poprzecznie na taśmie papierowej i wczytywanych jednocześnie – Bajt. (fot. 1 i 2). Dla informatyka, ciekawostką będzie głowica drukująca na taśmie papierowej. (fot. 3 i 4)

Nowa wersja Colossusa II (31.05.1944) ( fot. 5, 6 i 7), była 5 razy szybsza, wyposażona w 2400 lamp, dysponowała także zestawem instrukcji, czyli pierwszymi „programami”. Posiadała dzięki temu, użytkowe cechy uniwersalności. Dane podawano za pomocą zapętlonej dziurkowanej taśmy papierowej , tzw. wzorcowi, która była porównywana z taśmą z danymi. Duża szybkość przewijania czasami powodowała zapalenie się taśmy. W krótkim czasie pozwoliła na znaczący dostęp do niemieckich tajemnic wojennych.

ENIAC (1943-47) (fot 8, 9 i 10), to pierwszy rzeczywisty komputer w dzisiejszym rozumieniu, aczkolwiek posługiwał się notacją dziesiętną. Programowalny początkowo za pomocą gniazd i wtyczek a następnie , kart perforowanych. Jednostkę centralną stanowiły:

- czterdzieści dwie szafy z blachy stalowej – każda miała 3 m wysokości, 60 cm szerokości i 30 cm głębokości

- 18 800 lampami elektronowymi szesnastu rodzajów.

- 6000 komutatorów, 1500 przekaźników, 50 000 oporników.

- Całość – wymagała ręcznego wykonania 0.5 mln. lutowań. Ważyła 30 ton i pobierała 140 kW mocy.

- system wentylacyjny miał wbudowane dwa silniki Chryslera o łącznej mocy 24 KM

Dodatkowo było to dwie szafy, czytniki i dziurkarki kart perforowanych, trzy ruchome pulpity sterownicze do wprowadzania liczb lub instrukcji. Niestety wynalazek ten “nie brał” w wojnie udziału, gdyż został ukończony dopiero w roku 1947. Natomiast wziął udział w tzw. „Zimnej wojnie”, ponieważ przy jego pomocy, wydatnie skrócono czas obliczeń koniecznych do zaprojektowania bomby termojądrowej…  Ale to już zupełnie inna historia.

Następnym razem pragnę opowiedzieć o maszynie szyfrującej T52 – „Sturgeon”. Posiadam ciekawe zdjęcia z rekonstrukcji chyba jedynego egzemplarza w Polsce. Zainteresowanym, polecam odwiedzenie następujacych stron: http://www.bletchleypark.org oraz http://jproc.ca/crypto/ a także muzeum-fundację: “Foundation for German communication and related technologies” (History of Technology) pod: http://www.cdvandt.org/

To robiący niesamowite wrażenie zbiór eksponatów i dokumentacji, tajnych technologii niemieckich z okresu II wojny światowej. Z super ciekawostek można tam znaleźć min. schemat elektroniki automatycznego pilota pochodzącego z rakiety V2.

Piotr „Peter” Kurek

Przypisy:
1)  Istniały również tzw „Bomby” jednakże z komputerem nie miały za dużo wspólnego.
2) Wtedy oznaczało to odcinek czasu na tyle krótki, aby rozszyfrowaną wiadomość można było praktycznie spożytkować na polu walki.
3) Poprzednie rozwiązania działały imitując rozwiązania Enigmy. Były to zespoły po 3 tarcze każdy (wirniki) ze stykami. Ostatnia z nich kręciła się z dużą prędkością. Głównym problemem było natychmiastowe zatrzymanie tarcz w przypadku natrafienia przez system prawidłowego rozwiązania, czyli znalezienia wymaganego połączenia styków 3 wirników. Elektronika zapewniała ten proces, zapamiętując moment prawidłowego połączenia i po wyhamowaniu prędkości, cofała tarcze przywracając to połączenie.