La semana pasada estuvimos hablando de Enigma, la máquina de cifrado que utilizaron las tropas alemanas durante la Segunda Guerra Mundial y que puso en jaque a los Aliados durante bastante tiempo. Enigma no fue el único sistema que usó Alemania. De hecho, este procedimiento estaba destinado a las tropas que estaban en el frente mientras que el Alto Mando utilizaba las Máquinas de Lorenz, que estaban destinadas al cifrado de teletipos antes de ser enviados.
Los teletipos, comúnmente, codificaban los caracteres de texto en cinco bits paralelos en cinco líneas, sin embargo, la máquina de Lorenz generaba grupos de 5 bits pseudoaleatorios que se combinaban con el texto plano aplicando una operación lógica XOR. Estos bits pseudoaleatorios provenían de la combinación de unos rodillos con pines (con un número primo de pines) que eran los que, al girar, iban determinando el valor de estos bits. Teniendo en cuenta que en los teletipos del Alto Mando se enviaban las órdenes principales, los Aliados tenían la imperiosa necesidad de conocer cuáles iban a ser los siguientes pasos de sus oponentes.
El Mi6 británico concentró en Bletchley Park a un grupo de criptógrafos, en su mayoría matemáticos que, tras la guerra, trabajarían en las primeras computadoras en las principales universidades del mundo, cuyo cometido era romper los códigos alemanes.
Bill Tutte, uno de los criptógrafos, al ver los mensajes codificados del Alto Mando alemán, se dió cuenta que los mensajes interceptados mostraban una predisposición a una desviación estadística a lo aleatorio y que, por tanto, esa misma predisposición podría utilizarse para descifrar los mensajes. Dicho de otra forma, para descifrar los mensajes, los Aliados necesitaban conocer el número de dientes que tenían las ruedas de la máquina de cifrado, algo que podría averiguarse porque las ruedas no se cambiaban hasta que se enviaba un número determinado de mensajes con ellas. Por otro lado, había que conocer la configuración de las ruedas, es decir, la posición inicial de las ruedas con la que arrancaba el mensaje.
De hecho, la teoría se verificó cuando el 30 de agosto de 1941, los alemanes enviaron un mensaje de 4.000 caracteres que el destinatario no recibió correctamente. El destinatario solicitó, sin cifrar, que se lo enviasen de nuevo (lo cual alertó al equipo que estaba a la escucha) y éste se envió con la misma clave (HQIBPEXEZMUG) violando uno de los principios de las transmisiones alemanas. Además, para terminar antes, el emisor utilizó abreviaturas y, por tanto, se apreciaban ligeras variaciones en el mensaje cifrado. A partir de estas dos muestras, el criptoanalista John Tilman fue capaz de descifrar ambos mensajes y, usando el código, Bill Tutte logró esbozar la estructura de los rodillos de la máquina de Lorenz.
El matemático Max Newman lideró el equipo de criptógrafos que se puso a trabajar en el diseño de una máquina que automatizase el proceso de análisis de los mensajes. Para ello, diseñó una máquina que comparaba el teletipo interceptado con otros posibles (haciendo variar los rodillos de Lorenz) que también estaban en papel; sin embargo, al ir ambas entradas en papel, los rodillos que llevaban ambas entradas solían perder la sincronía y, al final, tras un período de uso, terminaban dando errores.
Después de este prototipo, Tommy Flowers, un ingeniero del servicio postal, evolucionó la idea para que los mensajes "de prueba" se almacenasen en válvulas de vacío y no tuviesen que perforarse en papel. Durante 10 meses estuvo trabajando en el diseño y construcción de la Colossus Mark I, que se puso en servicio en diciembre de 1943 y que llegó a descifrar, parcialmente, su primer mensaje en enero de 1944. Esta máquina, basada en el modelo de Máquina de Turing, estaba compuesta por 1.500 válvulas de vacío, almacenaba los resultados en relés de manera temporal hasta que se les daba salida a través de una máquina de escribir, la entrada de datos se hacía mediante tarjetas perforadas, era automática y medía 2,25 metros de altura, 3 metros de largo y 1,20 metros de ancho.
La Colossus Mark I fue uno de los primeros computadores digitales de la historia, siendo capaz de realizar análisis estadísticos de los mensajes interceptados procesando, a través de una tira de papel perforada, 5.000 caracteres por segundo, que llegaban a través de unos rodillos que giraban a una velocidad de 12 metros por segundo. Si bien los resultados eran buenos, no se obtenía como resultado el texto de un mensaje descifrado, sino un paso intermedio que se tenía que descifrar de manera manual. El algoritmo programado consideraba un número umbral de coincidencias encontradas en los dos flujos de datos (original y simulada), si el umbral era superado, el resultado se escribía en la máquina de escribir de salida.
Gracias a la Colossus Mark I, y al equipo de criptógrafos, el alto mando Aliado pudo saber que Alemania esperaba el desembarco por el paso de Calais y no por Normandía (de hecho, realizaron falsos movimientos de tropas para que Alemania siguiese creyendo esta tesis). Este mensaje se descifró el 1 de junio de 1944.
Justo para el Desembarco de Normandía, la Colossus Mark I evolucionó hacia la Mark II (además de construirse 9 máquinas más) que multiplicaba por cinco su capacidad de proceso. Con 2.400 válvulas de vacío, este computador contaba con cinco unidades de proceso que podían procesar 25.000 caracteres por segundo y, además, realizar el proceso completo de descifrado de mensajes, eliminando cualquier intervención manual.
Según Winston Churchill, que al terminar la guerra mandó destruir 8 de las 10 computadoras):
Esta máquina permitió acortar la guerra en al menos 18 meses
El proyecto, incluso después de la Guerra, fue calificado como Alto Secreto y todo el material fue clasificado. Las dos máquinas que sobrevivieron al final de la Guerra fueron desmanteladas en 1960 y la mayoría de los planos y anotaciones se quemaron. De hecho, durante la construcción de las computadoras, ni sus creadores pudieron ver la construcción de todas sus partes (aplicándose un montaje por etapas y con personal distinto) para que nadie conociese todos los detalles del sistema.
Hasta 1976 no se empezaron a desclasificar los documentos que hicieron pública la existencia de estos computadores. A día de hoy, el museo que existe en Bletchley Park expone una reconstrucción de este computador basada en los documentos desclasificados.
Lógicamente, al ser Colossus considerado Alto Secreto, durante muchos años nunca se la consideró como uno de los primeros computadores de la Historia, quedando Max Newman y Tommy Flowers privados de cualquier mérito.