Colossus oli maailman ensimmäinen ohjelmoitava elektroninen digitaalitietokone, joka rakennettiin käytännön salausongelman ratkaisemiseksi. Brittiläiset koodinmurtajat käyttivät Colossusta salausanalyysiin toisen maailmansodan aikana, ja sen työ nopeutti merkittävästi liittoutuneiden kykyä lukea saksalaisten salattuja viestejä.

Tausta ja käyttötarkoitus

Saksalaiset lähettivät tärkeitä viestejä ylijohdon ja armeijan kenttäkomentajien välillä. Näiden viestien lukeminen auttoi liittoutuneita suunnittelemaan ja ajoittamaan operaatioita, mukaan lukien Normandian maihinnousu. Koodinmurtaja Max Newman työskenteli Bletchley Parkissa Government Code and Cypher Schoolissa (GC&CS) ja etsi tapaa automatisoida ja nopeuttaa saksalaisten koodattujen radiotietokoneviestien muuttamista tavalliseksi kieleksi.

Suunnittelu ja avainhenkilöt

Postin puhelininsinööri Tommy Flowers johti ryhmää, joka keksi ratkaisun. Flowers ja hänen tiiminsä Post Office Research Stationista suunnittelivat elektronisen laitteen, jossa käytettiin useita tyhjiöputkia (venttiilejä). Colossus oli elektroninen ja digitaalinen siinä mielessä, että se käsitteli signaaleja binäärisesti ja käytti sähköisiä kytkentöjä laskentaan, mutta se ei ollut varsinainen tallennusohjelmallinen (stored-program) tietokone kuten myöhemmät koneet.

Miten Colossus toimi

Brittiläiset kutsuivat teleprintterillä lähetettyjä viestejä nimellä "Fish". Viestit oli koodattu tuntemattomalla saksalaisella koneella, jota kutsuttiin "Tunnyksi". Ennen Colossusta tutkijat, kuten matemaatikko Bill Tutte, analysoivat koodin rakennetta ja selvittivät, että kyseessä oli useita pyöräjuoksuja käyttävä stream-salauskone (myöhemmin tunnistettu Lorenz SZ42).

Colossus luki koodatut viestit reikänauhalta optisilla lukijoilla hyvin suurella nopeudella. Se generoi sähköisesti mahdollisia pyörien tuotoksia ja verrasi niitä vastaanotettuun koodiin erilaisilla loogisilla testeillä ja korrelaatioiden laskennalla. Laite kokeili nopeasti suurta määrää erilaisia pyöräasetusten yhdistelmiä ja laski tilastollisia tunnuslukuja (esim. esiintymä- tai pisteytystiheyksiä), joista kävi ilmi todennäköiset asetukset. Kun Colossus löysi todennäköisiä asetuksia kahdelle pyörälle, koodinmurtajat suunnittelivat laitteelle uusia asetuksia ja jatkoivat, kunnes muiden pyörien asetukset voitiin päätellä.

On tärkeää huomata, että Colossus ei suorittanut koko dekoodausprosessia loppuun saakka: se auttoi löytämään koneen todennäköiset asetukset ja tuotti tulosteita, joita kieliasiantuntijat ja koodinmurtajat analysoivat jatkaakseen varsinaista salauksen purkamista.

Tekniset piirteet

  • Colossus käytti tyhjiöputkia (venttiilejä) nopeaan elektroniseen kytkentään ja loogiseen käsittelyyn.
  • Syötteenä käytettiin reikänauhaa, jota laite luki optisesti.
  • Ohjelmointi tapahtui vaihtokytkimillä, liittämällä johtoja ja asetuspaneelilla; se oli siten ohjelmoitava, mutta ei tallennusohjelmallinen yleiskäyttöinen tietokone.
  • Mark-sarjan kehityksen myötä laskentanopeus ja kyvykkyys kasvoivat merkittävästi: ensimmäinen kone, Mark 1, toimi joulukuussa 1943 ja ratkaisi ensimmäisen ongelmansa helmikuussa 1944; paranneltu Colossus Mark 2 otettiin käyttöön 1. kesäkuuta 1944, juuri ennen D-päivää.

Vaikutus sodan kulkuun

Colossuksen avulla saadut tiedot olivat arvokkaasti mukana liittoutuneiden päätöksenteossa ja taktisten operaatioiden suunnittelussa. Salaisuuden vuoksi koneiden ja niiden saavutusten merkitystä ei voitu julkistaa sodan jälkeen: salassapitovelvollisuus johti siihen, että koneet purettiin ja suunnitelmat tuhottiin.

Sodan lopussa käytössä oli kymmenen Colossus-tietokonetta. Salaisuuden vuoksi monien tekijöiden työ jäi poliittisesti ja tieteellisesti tunnustamattomaksi vuosikymmeniksi.

Salaisuus, purku ja jälleenrakennus

Sodan jälkeen paljastui, että salakone, jonka Colossus auttoi rikkomaan, oli Lorenz SZ42. Kaikki salaiset Colossus-tietokoneet purettiin ja suunnitelmat tuhottiin, jotta tiedon leviäminen estettiin. Kolmekymmenen vuoden ajan laitteista ja niiden rakentajista tiedettiin vain vähän julkisesti.

1990-luvun alun ja vuoden 2007 välisenä aikana rakennettiin toimiva kopio Colossus-tietokoneesta, jonka rekonstruoimisesta vastasi vapaaehtoisryhmä ja alan harrastajia johtanut Tony Sale. Toimiva kopio on nähtävillä National Museum of Computingissa Bletchley Parkissa Englannissa, ja se esittelee Colossuksen toimintaa sekä merkitystä tietotekniikan ja kryptologian historiassa.

Colossus on tärkeä askel nykyaikaisen tietojenkäsittelyn ja kryptanalyysin historiassa: se osoitti elektronisten laskelmien tehokkuuden ja avasi tien myöhemmille tietokoneiden kehityksille, vaikka se ei ollutkaan yleiskäyttöinen tallennusohjelmallinen tietokone.