ヒース・ロビンソン（暗号解読機）

ヒース・ロビンソンは、第二次世界大戦中にブレッチリー・パークの政府暗号学校でイギリスの暗号解読者がローレンツ暗号の解読に使用した機械です。これにより、ローレンツSZ40/42インライン暗号機によって生成されたドイツのテレプリンター暗号のメッセージの解読が実現しました。暗号と機械の両方が、ドイツのテレプリンター暗号を魚にちなんで名付けた暗号解読者によって「タニー」と呼ばれていました。これは主に電気機械式の機械で、数十個のバルブ（真空管）しか含まれておらず、^{[ 2 ]}電子式コロッサス・コンピュータの前身でした。操作していた女性海軍兵士たちは、アメリカのルーブ・ゴールドバーグに似て（そしてある程度先行して）、単純な作業のために非常に複雑な機械装置を描いた漫画家ウィリアム・ヒース・ロビンソンにちなんで、これを「ヒース・ロビンソン」と名付けました。 ^{[ 3 ]}

この機械の機能仕様はマックス・ニューマンによって作成されました。主なエンジニアリング設計は、北ロンドンのドリス・ヒルにある郵便局研究所のフランク・モレル^{[ 4 ]}が担当し、同僚のトミー・フラワーズが「結合ユニット」を設計しました^{[ 5 ]} 。マルバーンの電気通信研究所のCE・ウィン・ウィリアムズ博士は、高速電子バルブとリレーカウンタを作成しました^{[ 5 ]} 。建設は1943年1月に開始され^{[ 6 ]} 、試作機は6月にブレッチリー・パークに納入され、その後すぐに暗号化された通信の読み取りに初めて使用されました^{[ 7 ] 。}

ロビンソンはやや動作が遅く信頼性に欠けていたため、後にコロッサス コンピュータに置き換えられ、12 ローターのローレンツ SZ42 オンライン テレプリンター暗号機 (コードネームは Tunny、マグロに由来) に対する対策など、多くの用途に使用された。^{[ 8 ] [ 9 ]}

ヒース・ロビンソン・マシンが実装した方法の基礎は、ビル・タットの「1+2テクニック」であった。^{[ 10 ]}これは、暗号文テープ上のメッセージの文字の5つのインパルスのうち最初の2つを調べ^{[ 11 ]}、それを、によって生成された鍵の一部の最初の2つのインパルスと組み合わせることを含む。${\displaystyle \chi }$ローレンツ暗号機のホイール。これには、暗号文と${\displaystyle \chi }$キーの構成要素。キー テープをメッセージ テープより 1 文字長くすることで、キー テープの 1271 の開始位置のそれぞれが${\displaystyle \chi }$₁${\displaystyle \chi }$_{2 つの}シーケンスがメッセージに対して試行されました。^{[ 12 ]}各開始位置ごとにカウントが蓄積され、それが事前に定義された「合計値」を超えた場合は出力されました。最も高いカウントが、正しい値を持つ可能性が最も高いものでした。${\displaystyle \chi }$₁と${\displaystyle \chi }$_2.これらの値を使用して、他の設定${\displaystyle \chi }$車輪は5つすべてを壊すように試すことができる${\displaystyle \chi }$このメッセージのホイールスタート位置。これにより、${\displaystyle \chi }$削除されるキーのコンポーネントと、Testeryで手動の方法によって攻撃される結果として変更されたメッセージ。

「ベッドステッド」は、2つの連続したテープループが同期して駆動されるプーリーのシステムでした。当初は、共通の車軸上の一対のスプロケットホイールによって駆動されていました。テープへの損傷が少ないことがわかったため、スプロケットホイールが同期を維持する摩擦プーリーによる駆動に変更されました。短いテープでは毎秒最大2000文字の速度が達成されましたが、長いテープでは毎秒1000文字にとどまりました。テープは光電セルのアレイを通過し、そこで文字やその他の信号が読み取られました。^{[ 13 ]}ベッドステッドで使用可能なテープの長さは2000～11000文字でした。^{[ 14 ]}

穴あきテープは、テープの伸びの影響を軽減するためにスプロケットのできるだけ近くに配置された「ゲート」で光電的に読み取られた。テープ上の連続する文字は、10個の光電セルからなるバッテリーによって読み取られ、11個目はスプロケットの穴用、さらに2個は3番目と4番目、4番目と5番目のチャンネル間に手動でパンチされた「停止」信号と「開始」信号用であった。^{[ 13 ]}

これは、北ロンドンのドリスヒルにある郵便局研究所のトミー・フラワーズによって設計されました。 ^{[ 5 ]}論理回路の実装には熱電子管（真空管）が使用されました。これは、さまざまなビットストリームを組み合わせる際に、ブール論理の「排他的論理和」（XOR）関数を使用するものでした。以下の「真理値表」では、1は「真」、0は「偽」を表します。（ブレッチリー・パークでは、これらはそれぞれxと•で表されていました。）

この関数の別名としては、「等しくない」（NEQ）、「モジュロ2加算」（繰り上がりなし）、「モジュロ2減算」（借方なし）などがあります。モジュロ2加算と減算は同じものであることに注意してください。Tunny暗号の解読に関する説明の中には、加算と差分（減算）に言及しているものがありますが、どちらも同じ意味です。

結合ユニットは、タッテの統計的手法の論理に基づいて動作した。この手法では、暗号文を含む紙テープを、関連する2つのカイホイールによって生成されたローレンツ暗号機の構成要素を含むテープと、考えられるすべての開始位置で照合する必要があった。次に、生成された0の総数をカウントし、カウント数が多いほど、カイキーシーケンスの開始位置が正しい可能性が高いことを示す。

ウィン・ウィリアムズは、キャベンディッシュ研究所でアーネスト・ラザフォード卿と共同研究を行い、ケンブリッジ大学で博士号を取得した。^{[ 15 ]} 1926年、彼は核崩壊実験で検出器から発生する非常に微弱な電流を増幅するために、熱電子管（真空管）を用いた増幅器を製作した。ラザフォードは、信頼性の高い真空管増幅器の製作と、これらの粒子を記録および計数する方法に専念するよう彼に促した。このカウンターは、双安定デバイスであるガス封入サイラトロン管を使用していた。

ウィン・ウィリアムズがヒース・ロビンソン、そして後にコロッサス・コンピュータ用に設計したカウンタは、サイラトロンを使用して 1、2、4、8 の単位をカウントし、高速リレーを使用して 16、32、48、64 の単位をカウントし、低速リレーを使用して 80、160、240、320、400、800、1200、1600、2000、4000、6000、8000 の単位をカウントしました。^{[ 14 ]}メッセージテープを一周するごとに得られたカウントは、あらかじめ設定された値と比較され、それを超えた場合は、キーテープとメッセージテープの位置関係を示すカウントとともに表示されました。 Wrenのオペレーターは当初、しきい値を超えた次のカウントが表示される前にこれらの数字を書き留める必要がありましたが、これは「エラーの大きな原因」であったため^{[ 16 ]}、すぐにプリンターが導入されました。

オリジナルのヒース・ロビンソンは試作機であり、多くの深刻な欠点があったにもかかわらず効果的でした。^{[ 16 ]これらの欠点のうち、「スパンニング」 [ 17 ]}機能の欠如を除いて、すべて「オールド・ロビンソン」として知られるようになったものの開発で徐々に克服されました。^{[ 18 ]}しかし、トミー・フラワーズは、キーストリームを電子的に生成する機械を作れば、2つのテープを同期させるという主要な問題が解消されることに気づきました。これがコロッサス・コンピュータの起源です。

Colossus の成功にもかかわらず、Robinson のアプローチは特定の問題に対して依然として価値がありました。改良版が開発され、ロンドンの百貨店にちなんで Peter Robinson や Robinson and Cleaver というニックネームが付けられました。^{[ 19 ]}このアイデアのさらなる発展として、Super Robinson または Super Rob と呼ばれるマシンがありました。^{[ 20 ]} Tommy Flowers によって設計されたこのマシンは、4 つのテープを走らせるために4 つのベッドフレームを備えており^{[ 21 ]} 、深さや「クリブ」または既知平文攻撃の実行に使用されました。^{[ 22 ] [ 23 ]}