हीथ रॉबिन्सन (कोडब्रेकिंग मशीन)

See also: Cryptanalysis of the Lorenz cipher

बैलेचले पार्क पर कम्प्यूटिंग के राष्ट्रीय संग्रहालय में कार्य प्रतिकृति हीथ रॉबिन्सन मशीन। दाईं ओर पेपर टेप ट्रांसपोर्ट मैकेनिज्म है जिसे बेडस्टेड करार दिया गया था क्योंकि यह ऊपर की ओर उठे हुए धातु के बेड-फ्रेम से मिलता जुलता था।

हीथ रॉबिन्सन एक मशीन थी जिसका उपयोग ब्रिटिश कोडब्रेकर्स द्वारा द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान बैलेचली पार्क में सरकारी कोड और साइफर स्कूल (जीसी एंड सीएस) में लोरेंज साइफर के क्रिप्ट विश्लेषण में किया गया था। इसने लोरेंज एसजेड40/42 इन-लाइन साइफर मशीन द्वारा निर्मित जर्मन टेलीप्रिंटर साइफर में संदेशों का डिक्रिप्शन (विकोडन) प्राप्त किया। कोडब्रेकर्स द्वारा साइफर और मशीनों दोनों को "टन्नी" कहा जाता था, जिन्होंने मछली के नाम पर अलग-अलग जर्मन टेलीप्रिंटर साइफर का नाम दिया था। यह मुख्य रूप से एक इलेक्ट्रो-मैकेनिकल मशीन थी, जिसमें कुछ दर्जन से अधिक वाल्व (वैक्यूम ट्यूब) नहीं थे, और यह इलेक्ट्रॉनिक कोलोसस कंप्यूटर का पूर्ववर्ती था। इसे संचालित करने वाले रेन्स द्वारा इसे "हीथ रॉबिन्सन" करार दिया गया था, जब कार्टूनिस्ट विलियम हीथ रॉबिन्सन ने सरल कार्यों के लिए बेहद जटिल यांत्रिक उपकरण बनाए थे, जो यू.एस. में रुब गोल्डबर्ग के समान (और कुछ हद तक पूर्ववर्ती) थे।

मशीन के कार्यात्मक विनिर्देश मैक्स न्यूमैन द्वारा निर्मित किए गए थे। मुख्य इंजीनियरिंग डिज़ाइन उत्तरी लंदन के डॉलिस हिल में पोस्ट ऑफिस रिसर्च स्टेशन में फ्रैंक मोरेल का काम था, जिसमें उनके सहयोगी टॉमी फ्लावर्स ने "कॉम्बिनिंग यूनिट" को डिजाइन किया था। माल्वर्न में दूरसंचार अनुसंधान प्रतिष्ठान के डॉ सी. ई. व्यान-विलियम्स ने उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनिक वाल्व और रिले काउंटर का निर्माण किया। निर्माण जनवरी 1943 में शुरू हुआ, प्रोटोटाइप मशीन जून में बैलेचले पार्क में पहुंचाई गई थी और उसके तुरंत बाद इसका उपयोग वर्तमान एन्क्रिप्टेड ट्रैफ़िक को पढ़ने में मदद के लिए किया गया था।

चूंकि रॉबिन्सन थोड़ा धीमा और अविश्वसनीय था, इसलिए बाद में इसे कई उद्देश्यों के लिए कोलोसस कंप्यूटर द्वारा बदल दिया गया, जिसमें बारह-रोटर लोरेंज एसजेड42 ऑनलाइन टेलीप्रिंटर साइफर मशीन (ट्यूना मछली के लिए ट्यूनी नाम का कोड) के खिलाफ इस्तेमाल की जाने वाली विधियां भी शामिल थीं।

टुट्टे की सांख्यिकीय पद्धति

हीथ रॉबिन्सन मशीन द्वारा कार्यान्वित विधि बिल टुटे की "1+2 तकनीक" पर आधारित थी। इसमें सिफरटेक्स्ट टेप पर संदेश के वर्णों के पांच आवेगों में से पहले दो की जांच करना और उन्हें लोरेंज मशीन के $\chi$ पहियों द्वारा उत्पन्न कुंजी के भाग के पहले दो आवेगों के साथ जोड़ना शामिल था। इसमें पेपर टेप के दो लंबे लूप, एक सिफर टेक्स्ट और दूसरी कुंजी के $\chi$ घटक को शामिल किया गया था। मुख्य टेप को संदेश टेप से अधिक लंबा बनाने के द्वारा, संदेश के खिलाफ $\chi$₁ $\chi$₂ अनुक्रम की 1271 प्रारंभिक स्थिति में से प्रत्येक का परीक्षण किया गया था।

प्रत्येक प्रारंभ स्थिति के लिए एक गणना एकत्र की गई थी और यदि यह पूर्व-निर्धारित सेट कुल से अधिक हो गई थी, तो इसका प्रिंट आउट ले लिया गया था। उच्चतम गणना के सही मूल्यों के साथ होने की सबसे अधिक संभावना थी $\chi$₁ और $\chi$₂. इन मूल्यों के साथ, दूसरे की सेटिंग $\chi$ पहियों को सभी पांचों को तोड़ने की कोशिश की जा सकती थी $\chi$ इस संदेश के लिए पहिए की शुरुआती स्थिति। इसके बाद के प्रभाव की अनुमति दी $\chi$ हटाए जाने के लिए कुंजी का घटक और परिणामी संशोधित संदेश परीक्षक में मैन्युअल विधियों द्वारा हमला किया गया।

टेप ट्रांसपोर्ट

बेडस्टेड पुली की एक प्रणाली थी जिसके चारों ओर टेप के दो निरंतर लूप समकालिक रूप से संचालित होते थे। प्रारंभ में यह एक सामान्य धुरी पर स्प्रोकेट पहियों की एक जोड़ी के माध्यम से था। जब यह पाया गया कि इससे टेपों को कम नुकसान हुआ है, तो इसे सिंक्रोनाइज़ बनाए रखने वाले स्प्रोकेट पहियों के साथ घर्षण पुली द्वारा ड्राइव करने के लिए बदल दिया गया था। छोटे टेपों के लिए 2000 वर्ण प्रति सेकंड तक की गति प्राप्त की गई, लेकिन लंबे टेपों के लिए केवल 1000। टेप को फोटो-इलेक्ट्रिक सेल की एक सरणी से निर्देशित किया गया था जहां वर्ण और अन्य सिग्नल पढ़े गए थे। बेडस्टेड पर संभावित टेप की लंबाई 2000 से 11,000 वर्णों तक थी।

टेप पढ़ना

छिद्रित टेपों को एक गेट पर फोटो-विद्युत रूप से पढ़ा गया था जिसे जितना संभव हो उतना निकट रखा गया था खिंचाव वाले टेप के प्रभाव को कम करने के लिए स्प्रोकेट। टेप पर क्रमिक वर्णों को दस फोटोकल्स की बैटरी द्वारा पढ़ा गया था, स्प्रोकेट छेद के लिए ग्यारहवां और स्टॉप और स्टार्ट सिग्नल के लिए दो अतिरिक्त जो तीसरे और चौथे और चौथे और पांचवें चैनलों के बीच हाथ से छिद्रित थे।

संयोजन इकाई

इसे उत्तरी लंदन के डॉलिस हिल स्थित पोस्ट ऑफिस रिसर्च स्टेशन के टॉमी फ्लावर्स ने डिजाइन किया था।इसने तर्क को लागू करने के लिए वेक्यूम - ट्यूब (वैक्यूम ट्यूब) का इस्तेमाल किया। इसमें बूलियन बीजगणित (लॉजिक) एक्सक्लूसिव या | शामिल था विभिन्न बिट-स्ट्रीम के संयोजन में अनन्य या (XOR) फ़ंक्शन। निम्नलिखित सत्य तालिका में, 1 सत्य का प्रतिनिधित्व करता है और 0 गलत का प्रतिनिधित्व करता है। (Bletchley Park में इन्हें क्रमशः x और • के रूप में जाना जाता था।)

INPUT		OUTPUT
A	B	A ⊕ B
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

इस फ़ंक्शन के अन्य नाम हैं: बराबर नहीं (एनईक्यू), मॉड्यूलर अंकगणितीय 2 जोड़ (कैरी के बिना) और मॉड्यूलो 2 घटाव (बिना 'उधार')। ध्यान दें कि मॉड्यूल 2 जोड़ और घटाव समान हैं। ट्यूनी डिक्रिप्शन के कुछ विवरण जोड़ को संदर्भित करते हैं और कुछ भिन्न, यानी घटाव को संदर्भित करते हैं, लेकिन उनका मतलब एक ही है।

संयोजन इकाई ने #टुट्टे की सांख्यिकीय पद्धति|टुट्टे की सांख्यिकीय पद्धति के तर्क को लागू किया। इसके लिए जरूरी था कि सिफरटेक्स्ट वाले पेपर टेप को उस टेप के खिलाफ आजमाया जाए जिसमें संबंधित दो ची व्हील्स द्वारा उत्पन्न लॉरेंज साइफरमशीन के घटक को सभी संभावित शुरुआती स्थितियों में शामिल किया गया हो। इसके बाद जनरेट किए गए '0' की कुल संख्या की गणना की गई, जिसमें ची कुंजी क्रम के सही होने की शुरुआती स्थिति की अधिक संभावना का संकेत देने वाली एक उच्च संख्या थी।

गिनती

व्यान-विलियम्स ने अर्नेस्ट रदरफोर्ड के साथ कैवेंडिश प्रयोगशाला में अपने काम के लिए कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में पीएचडी प्राप्त की थी। 1926 में उन्होंने अपने परमाणु विघटन प्रयोगों में डिटेक्टरों से उत्पन्न होने वाली बहुत छोटी विद्युत धाराओं के लिए वैक्यूम ट्यूब (वैक्यूम ट्यूब) का उपयोग करके एक एम्पलीफायर का निर्माण किया था। रदरफोर्ड ने उन्हें एक विश्वसनीय वाल्व एम्पलीफायर के निर्माण और इन कणों को दर्ज करने और गिनने के तरीकों पर अपना ध्यान केंद्रित करने के लिए कहा था। काउंटर में गैस से भरे थाइरेट्रॉन का इस्तेमाल किया गया जो फ्लिप-फ्लॉप (इलेक्ट्रॉनिक्स)|द्वि-स्थिर उपकरण हैं।

Wynn-Williams द्वारा हीथ रॉबिन्सन के लिए डिज़ाइन किए गए काउंटर, और बाद में Colossus कंप्यूटरों के लिए 1, 2, 4, 8 की इकाइयों की गणना करने के लिए थायरेट्रॉन का उपयोग किया गया; 16, 32, 48, 64 की इकाइयों की गिनती के लिए उच्च गति रिले; और धीमी रिले 80, 160, 240, 320, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000, 6000, और 8000 की गिनती करने के लिए।संदेश टेप के प्रत्येक रन-थ्रू के लिए प्राप्त संख्या की तुलना एक पूर्व-निर्धारित मान से की गई थी, और यदि यह इससे अधिक हो गई, तो एक गिनती के साथ प्रदर्शित की गई थी जो संदेश टेप के संबंध में कुंजी टेप की स्थिति को इंगित करती थी। Wren ऑपरेटरों को शुरू में इन नंबरों को लिखना पड़ता था, इससे पहले कि अगली गिनती जो सीमा से अधिक हो, प्रदर्शित की जाती थी - जो कि त्रुटि का एक उपयोगी स्रोत था, इसलिए जल्द ही एक प्रिंटर पेश किया गया।

रॉबिन्सन विकास

मूल हीथ रॉबिन्सन एक प्रोटोटाइप था और कई गंभीर कमियों के बावजूद प्रभावी था।इनमें से एक को छोड़कर सभी, विस्तार की कमी क्षमता, जो कि ओल्ड रॉबिन्सन के रूप में जाना जाता है, के विकास में उत्तरोत्तर दूर हो गए। हालांकि, टॉमी फ्लावर्स ने महसूस किया कि वह एक ऐसी मशीन का निर्माण कर सकते हैं जो इलेक्ट्रॉनिक रूप से कुंजी धारा उत्पन्न करती है ताकि दो टेपों को एक दूसरे के साथ सिंक्रनाइज़ करने की मुख्य समस्या समाप्त हो जाए। यह Colossus कंप्यूटर की उत्पत्ति थी।

कोलोसस की सफलता के बावजूद, कुछ समस्याओं के लिए रॉबिन्सन दृष्टिकोण अभी भी मूल्यवान था। बेहतर संस्करण विकसित किए गए, लंदन में डिपार्टमेंट स्टोर के बाद पीटर रॉबिन्सन और रॉबिन्सन और क्लीवर का उपनाम दिया गया। विचारों का एक और विकास सुपर रॉबिन्सन या सुपर रोब नामक एक मशीन थी। टॉमी फ्लावर्स द्वारा डिज़ाइन किया गया, इसमें चार बेडस्टेड थे चार टेप चलाने की अनुमति देने के लिए और डेप्थ और क्रिब्स या ज्ञात-सादा पाठ हमला रन चलाने के लिए इस्तेमाल किया गया था।

ग्रन्थसूची

• Budiansky, Stephen (2006), Colossus, Codebreaking, and the Digital Age in Copeland 2006, pp. 52–63
• Carter, Frank, Colossus and the Breaking of the Lorenz Cipher (PDF), Technical Papers, Bletchley Park National Codes Centre, retrieved 26 September 2012
• Copeland, Jack (2000), A Brief History of Computing, retrieved 6 October 2012
• Copeland, B. Jack, ed. (2006), Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers, Oxford: Oxford University Press, ISBN 978-0-19-284055-4
• Flowers, Thomas H. (July 1983), "The Design of Colossus", Annals of the History of Computing, 5 (3): 239–252, doi:10.1109/MAHC.1983.10079, S2CID 39816473
• Gannon, Paul (2006). Colossus: Bletchley Park's Greatest Secret. London: Atlantic Books. ISBN 1-84354-330-3.
• Good, Jack; Michie, Donald; Timms, Geoffrey (1945), General Report on Tunny: With Emphasis on Statistical Methods, UK Public Record Office HW 25/4 and HW 25/5, archived from the original on 17 September 2010, retrieved 15 September 2010 That version is a facsimile copy, but there is a transcript of much of this document in '.pdf' format at: Sale, Tony (2001), Part of the "General Report on Tunny", the Newmanry History, formatted by Tony Sale (PDF), retrieved 20 September 2010, and a web transcript of Part 1 at: Ellsbury, Graham, General Report on Tunny With Emphasis on Statistical Methods, retrieved 3 November 2010
• Newman, Max, Appendix 7: ∆$\chi$-Method in Copeland 2006, pp. 387–390
• Randell, Brian, Of Men and Machines in Copeland 2006, pp. 141–149
• Sale, Tony, The Colossus: its purpose and operation: The machine age comes to Fish code breaking, retrieved 20 August 2012
• Sale, Tony, The rebuilding of Heath Robinson (PDF), retrieved 20 August 2012
• Small, Albert W. (December 1944), The Special Fish Report (PDF), p. 108, retrieved 14 October 2012
• Tutte, William T. (2006), Appendix 4: My Work at Bletchley Park in Copeland 2006, pp. 352–369
• Tutte, W. T. (19 June 1998), Fish and I (PDF), retrieved 7 April 2012 Transcript of a lecture given by Prof. Tutte at the University of Waterloo