Heath Robinson (máquina descifradora de códigos)

Heath Robinson fue una máquina utilizada por los criptógrafos británicos en la Escuela de Cifrado y Código del Gobierno en Bletchley Park durante la Segunda Guerra Mundial para el criptoanálisis del cifrado Lorenz . Esto permitió descifrar mensajes en el cifrado de teletipo alemán producido por la máquina de cifrado en línea Lorenz SZ40/42 . Tanto el cifrado como las máquinas fueron llamados "Tunny" por los criptógrafos, quienes nombraron diferentes cifrados de teletipo alemanes en honor a peces . Era principalmente una máquina electromecánica, que contenía no más de una veintena de válvulas (tubos de vacío) ^{[ 2 ]} , y fue la predecesora de la computadora electrónica Colossus . Fue apodada "Heath Robinson" por las mujeres del Servicio Naval Femenino ( Wrens ) que la operaban, en honor al caricaturista William Heath Robinson , quien dibujaba dispositivos mecánicos inmensamente complicados para tareas simples, similares a (y en cierto modo anteriores a) Rube Goldberg en los EE. UU. ^{[ 3 ]}

La especificación funcional de la máquina fue elaborada por Max Newman . El diseño de ingeniería principal fue obra de Frank Morrell ^{[ 4 ]} en la Estación de Investigación de Correos en Dollis Hill, al norte de Londres, con su colega Tommy Flowers diseñando la "Unidad Combinadora". ^{[ 5 ]} El Dr. CE Wynn-Williams del Centro de Investigación de Telecomunicaciones de Malvern produjo los contadores de válvulas y relés electrónicos de alta velocidad. ^{[ 5 ]} La construcción comenzó en enero de 1943, ^{[ 6 ]} el prototipo de la máquina fue entregado a Bletchley Park en junio y se utilizó por primera vez para ayudar a leer el tráfico cifrado actual poco después. ^{[ 7 ]}

Como el Robinson era algo lento y poco fiable, posteriormente fue reemplazado por el ordenador Colossus para muchos propósitos, incluidos los métodos utilizados contra la máquina de cifrado de teletipo en línea Lorenz SZ42 de doce rotores (nombre en clave Tunny, por atún). ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La base del método que implementó la máquina Heath Robinson fue la "técnica 1+2" de Bill Tutte . ^{[ 10 ]} Esto implicaba examinar los dos primeros de los cinco impulsos ^{[ 11 ]} de los caracteres del mensaje en la cinta de texto cifrado y combinarlos con los dos primeros impulsos de parte de la clave generada por la${\displaystyle \chi }$ruedas de la máquina de Lorenz. Esto implicaba leer dos largos bucles de cinta de papel, uno que contenía el texto cifrado y el otro el${\displaystyle \chi }$componente de la clave. Al hacer que la cinta de clave sea un carácter más larga que la cinta de mensaje, cada una de las 1271 posiciones iniciales de la${\displaystyle \chi }$₁${\displaystyle \chi }$Se probó la secuencia _{2 contra el mensaje.} ^{[ 12 ]} Se acumuló un conteo para cada posición de inicio y, si excedía un "total establecido" predefinido, se imprimió. El conteo más alto era el más probable de ser el que tenía los valores correctos de${\displaystyle \chi }$₁ y${\displaystyle \chi }$_2. Con estos valores, la configuración de los demás${\displaystyle \chi }$Se podrían intentar romper las ruedas de cinco pulgadas.${\displaystyle \chi }$posiciones iniciales de la rueda para este mensaje. Esto luego permitió el efecto de la${\displaystyle \chi }$componente de la clave a eliminar y el mensaje modificado resultante atacado mediante métodos manuales en Testery .

El «sistema de poleas» consistía en un sistema de poleas alrededor del cual se hacían girar dos bucles continuos de cinta de forma sincronizada. Inicialmente, esto se lograba mediante un par de ruedas dentadas en un eje común. Posteriormente, se cambió a poleas de fricción, donde las ruedas dentadas mantenían la sincronización, al comprobarse que esto causaba menos daños a las cintas. Se alcanzaron velocidades de hasta 2000 caracteres por segundo para cintas cortas, pero solo 1000 para cintas largas. Las cintas se guiaban a través de una matriz de células fotoeléctricas donde se leían los caracteres y otras señales. ^{[ 13 ]} Las posibles longitudes de cinta en el sistema de poleas oscilaban entre 2000 y 11 000 caracteres. ^{[ 14 ]}

Las cintas perforadas se leían fotoeléctricamente en una "puerta" que se colocaba lo más cerca posible del piñón para reducir el efecto de las cintas estiradas. Los caracteres sucesivos de la cinta se leían mediante una batería de diez fotocélulas, una undécima para los orificios del piñón y dos adicionales para las señales de "parada" e "inicio" que se perforaban manualmente entre el tercer y cuarto y el cuarto y quinto canal. ^{[ 13 ]}

Este dispositivo fue diseñado por Tommy Flowers de la Estación de Investigación de Correos en Dollis Hill, al norte de Londres. ^{[ 5 ]} Utilizaba válvulas termoiónicas (tubos de vacío) para implementar la lógica. Esto implicaba la función booleana "o exclusivo" (XOR) para combinar las distintas secuencias de bits. En la siguiente " tabla de verdad ", 1 representa "verdadero" y 0 representa "falso". (En Bletchley Park, estos se conocían como x y •, respectivamente).

Otros nombres para esta función son: «distinto de» (NEQ), « suma módulo 2» (sin acarreo) y «resta módulo 2» (sin préstamo). Cabe destacar que la suma y la resta módulo 2 son idénticas. Algunas descripciones del descifrado de Tunny se refieren a la suma y otras a la diferencia, es decir, la resta, pero ambas significan lo mismo.

La unidad de combinación implementaba la lógica del método estadístico de Tutte . Esto requería que la cinta de papel con el texto cifrado se comparara con una cinta que contenía el componente de la máquina de cifrado de Lorenz generado por las dos ruedas chi correspondientes en todas las posiciones iniciales posibles. A continuación, se contabilizaba el número total de ceros generados, donde un número elevado indicaba una mayor probabilidad de que la posición inicial de la secuencia de claves chi fuera correcta.

Wynn-Williams obtuvo su doctorado en la Universidad de Cambridge por su trabajo en el Laboratorio Cavendish con Sir Ernest Rutherford . ^{[ 15 ]} En 1926 construyó un amplificador que utilizaba válvulas termoiónicas (tubos de vacío) para las corrientes eléctricas muy pequeñas que surgían de los detectores en sus experimentos de desintegración nuclear. Rutherford lo convenció para que dedicara su atención a la construcción de un amplificador de válvulas fiable y a métodos para registrar y contar estas partículas. El contador utilizaba tubos tiratrón llenos de gas, que son dispositivos biestables .

Los contadores que Wynn-Williams diseñó para Heath Robinson, y posteriormente para las computadoras Colossus, utilizaban tiratrones para contar unidades de 1, 2, 4, 8; relés de alta velocidad para contar unidades de 16, 32, 48, 64; y relés más lentos para contar 80, 160, 240, 320, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000, 6000 y 8000. ^{[ 14 ]} El conteo obtenido para cada pasada de la cinta de mensajes se comparaba con un valor preestablecido, y si lo superaba, se mostraba junto con un conteo que indicaba la posición de la cinta de clave en relación con la cinta de mensajes. Los operadores de Wren inicialmente tenían que anotar estos números antes de que se mostrara el siguiente conteo que excedía el umbral, lo cual era "una fuente fructífera de errores", ^{[ 16 ]} por lo que pronto se introdujo una impresora.

El Heath Robinson original era un prototipo y resultó eficaz a pesar de varias deficiencias importantes. ^{[ 16 ]} Todas ellas, salvo una, la falta de capacidad de "expansión" ^{[ 17 ]} , se superaron progresivamente en el desarrollo de lo que se conoció como " Old Robinson ". ^{[ 18 ]} Sin embargo, Tommy Flowers se dio cuenta de que podía crear una máquina que generara la secuencia de claves electrónicamente, eliminando así el principal problema de mantener sincronizadas dos cintas. Este fue el origen del ordenador Colossus.

A pesar del éxito de Colossus, el enfoque de Robinson seguía siendo valioso para ciertos problemas. Se desarrollaron versiones mejoradas, apodadas Peter Robinson y Robinson and Cleaver, en honor a grandes almacenes de Londres. ^{[ 19 ]} Un desarrollo posterior de las ideas fue una máquina llamada Super Robinson o Super Rob. ^{[ 20 ]} Diseñada por Tommy Flowers, esta tenía cuatro soportes ^{[ 21 ]} para permitir el uso de cuatro cintas y se utilizaba para realizar pruebas de profundidad y ataques de "cribas" o ataques de texto plano conocido . ^{[ 22 ] [ 23 ]}