第二次大戦中ドイツ暗号解読を助けたColossus コンピュータ

1944年2月、Bletchley Park に到着した世界初の大規模プログラム可能電子デジタルコンピュータ Colossus が、ドイツの Tunny 暗号機を破ることに成功した。戦争終結までに10台の Colossus が稼働し、その功績が IEEE マイルストーンとして認定される。

1941年夏、イギリスの無線オペレーターがドイツ軍の周波数で予期しない信号を傍受した。高速で送信される二進法テレタイプコードのリズミカルな波形は、モールス信号とは全く異なっていた。その後、この信号はドイツの新しい暗号化システムであることが判明した。Enigma は1920年に特許を取得していたが、この新しいシステムはそれより遥かに高度だった。

ドイツの通信を解読するために、Tommy Flowers はイギリス人エンジニアとして Colossus を設計・製造した。Flowers は以前、Alan Turing のための Enigma 関連の暗号破解装置を製作していた。ロンドンの郵便庁研究所から推薦され、Flowers と彼のチームは10ヶ月間昼夜を問わず、約2,000本の真空管を備えた全電子機械を製作した。

1944年1月、Colossus はトラックに積まれて Bletchley Park（ロンドンから80キロメートル離れた場所）に到着した。機械は約2週間で再組み立てされ、機能するようになった。

Tunny 暗号機の解読

Tunny 機はベルリンの C. Lorenz エンジニアリング企業により製造された。イギリスはこの機械を「Tunny」と命名した。この機械は、Enigma の3〜4個の暗号化輪に対して12個の輪を備えていた。

1941年、イギリス人暗号分析官の John Tiltman は、約1,200字の長さの傍受されたメッセージペアを分析した。両メッセージは同じ順序の12個のドイツ人名（Anton、Bertha、Conrad、Dora など）で始まっていた。2番目のメッセージは1番目のメッセージの句読点と略語が若干異なる再タイプであった。

Bill Tutte は数週間かけて文字の組み合わせを分析し、Tunny 機の動作方法を決定した。Alan Turing は「Turingery」と呼ばれる方法を発明し、傍受された暗号文から暗証番号の位置を推測した。さらに「差分化」という手続きを導入し、ビットレベルでの横向き加算を使用した。Tutte はその後、Tunny 機の統計的性質に基づいた新しい復号化方法を考案した。

1年間の Turingery の使用により、暗号分析官たちは150万字の暗号文を復号化した。

Colossus の成功と実運用

Colossus は1944年2月5日、初めてドイツのメッセージを成功裏に復号化した。機械は穴あきテープを光電池的に読み込み、手動タイプライターから改造したプリンターに出力を送った。Colossus が輪の情報を破ると、手作業の暗号分析官が復号化を引き継いだ。

Flowers は1944年6月（D-Day の数日前）に Colossus II を完成させた。Colossus II は約800本追加の真空管を備え、合計2,400本の真空管を搭載していた。Colossus II は1秒間に25,000字の処理速度を実現した。

戦争終結までに、Bletchley Park には10台の Colossus が配置されていた。これらの機械は2棟の巨大な鋼製フレーム爆弾シェルター建屋に収容され、昼夜を問わず稼働した。Max Newman 数学者が Bletchley Park を指揮していた。

1945年の declassified 報告書は、Colossus の動作を次のように記録している。

「Colossus が動作している際の魅力を十分に伝えることは残念ながら難しい。その圧倒的な規模と見かけの複雑さ、輝く滑車の周りを高速で回転する薄紙テープの驚異的な速度、not-not、span、print main heading といった他のガジェットの幼稚的な喜び、純粋に機械的な1文字ずつの復号化の巧妙さ（ある初心者はからかわれていると思った）、人間の支援なしに正しいスコアを印字するタイプライターの不気味な動作、ディスプレイの段階的な進行、期待に満ちた時期が待ち望まれたスコアの突然の出現で頂点に達する様子、そして「厳粛な break-in、不規則な short run、輪破り（wheel-breaking）の規則性、キャリッジリターンの野性的な跳躍で中断された堅固な矩形、モーター実行の狂ったような音、さらには偽のスコアの大量の滑稽な狂乱」といった、あらゆるタイプの実行に特有のリズム。」

— 1945年 Bletchley Park declassified 報告書

Tommy Flowers は自らの提案について述べている。

「彼らは私が何を提案しているのか、機械を実際に手にするまで非常に明確に理解していなかったと思う。ただただ信じられなかったのだ。」

— Tommy Flowers

また、Flowers は Colossus と現代のコンピュータの関係を次のように表現した。

「Colossus は Stephenson の1829年の Rocket 機関車が Royal Scot に似ていることと同じくらいの類似性を現代のコンピュータに持つ。」

— Tommy Flowers

戦後、Colossus の破棄命令が発令され、2台のみが保存された。Dorothy Du Boisson は当時を振り返り、

「残されていたのは、機械が置かれていた場所の深い穴だけだった。」

と語った。

IEEE マイルストーンの認定

Colossus は世界初の大規模プログラム可能電子デジタルコンピュータとして、IEEE マイルストーンとして認定される。認定式は2026年9月29日に Bletchley Park で開催予定である。プラークは Milton Keynes 近くの Bletchley Park ブロック H の外側に設置される予定である。IEEE United Kingdom and Ireland Section がこの指定を後援し、IEEE History Committee が審査し、IEEE Board of Directors が認定した。

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出典

IEEE Spectrum「The Computer That Helped Win World War II」https://spectrum.ieee.org/colossus-computer-ieee-milestone