巨人計算機(jī)因政府保密而被隱藏了幾十年。如今，它終于被公認(rèn)為世界上第一臺可編程電子數(shù)字計算機(jī)，甚至早于 ENIAC。巨人計算機(jī)是英國密碼破譯者在第二次世界大戰(zhàn)期間開發(fā)的，用于破解德國最高統(tǒng)帥部的洛倫茲加密信息。它徹底改變了密碼破譯，并為現(xiàn)代計算機(jī)鋪平了道路。

巨人計算機(jī)

巨人計算機(jī)（約 1963 年），在二戰(zhàn)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用的密碼破譯數(shù)字計算機(jī)。圖片（經(jīng)修改）由 GCHQ 提供盡管其意義重大，但圍繞其存在的保密性使其故事隱藏了幾十年。如今，巨人計算機(jī)被公認(rèn)為第一臺可編程電子數(shù)字計算機(jī)。

巨人計算機(jī)的誕生

20 世紀(jì) 40 年代初，英國面臨著一項艱巨的挑戰(zhàn)：破解由洛倫茲 SZ40/42 密碼機(jī)（代號“圖尼”）加密的信息。與更為人熟知的恩尼格瑪密碼機(jī)不同，“圖尼”加密的是德國高層通信，需要一種完全不同的破譯方法。這些通過電傳打字機(jī)傳輸?shù)男畔⒌膹?fù)雜性，要求創(chuàng)新遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人工密碼分析。于是，巨人計算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。巨人計算機(jī)的誕生是集體努力的成果。1941 年，約翰·蒂爾特曼在“圖尼”加密信息中發(fā)現(xiàn)了模式，取得了初步突破。1942 年，比爾·塔特破譯了洛倫茲密碼機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，推斷出其復(fù)雜的內(nèi)部構(gòu)造，而他從未見過該硬件。他的工作揭示了密碼對旋轉(zhuǎn)輪的依賴，這些輪子的模式不斷變化，決定了加密過程。

巨人計算機(jī)

巨人計算機(jī) Mark II，由皇家海軍婦女服務(wù)隊的多蘿西·杜博伊森（左）和埃爾西·布克爾（右）操作。圖片由 GCHQ 提供

數(shù)學(xué)家馬克斯·紐曼建議使用電子方法自動化破譯過程。郵政總局研究站的工程師托馬斯·弗勞爾斯接受了這一挑戰(zhàn)。他設(shè)計了巨人計算機(jī)，將自動化、電子技術(shù)和邏輯學(xué)的概念結(jié)合起來，制造出一臺能夠以前所未有的速度處理加密信息的機(jī)器。1943 年 12 月，第一臺巨人計算機(jī)在布萊切利園投入使用，其改進(jìn)型后繼產(chǎn)品 Mark II 于 1944 年問世。

一個完全電子化的系統(tǒng)

巨人計算機(jī)是一臺開創(chuàng)性的機(jī)器，它引入了將影響未來計算機(jī)發(fā)展的技術(shù)。其設(shè)計完全電子化，依靠2000多個熱離子閥（真空管）進(jìn)行邏輯運(yùn)算。這使得它比早期的機(jī)電設(shè)備更快、更可靠。巨人計算機(jī)的速度也令人難以置信。它能夠以每秒5000個字符的速度讀取打孔紙帶，這比它的前身——希思羅賓遜機(jī)器快得多。這種速度使其能夠?qū)崟r處理大量數(shù)據(jù)，這對于破解洛倫茲加密信息來說是一個至關(guān)重要的優(yōu)勢。

托馬斯·H·弗勞爾斯（計算機(jī)的創(chuàng)造者）繪制的巨人計算機(jī)的改編草圖。圖片由AlanTuring.net和杰克·科普蘭提供

盡管巨人計算機(jī)并不具備現(xiàn)代意義上的可編程性，但它可以通過插板和開關(guān)進(jìn)行重新配置。操作人員可以將其設(shè)置為不同的任務(wù)，使其能夠適應(yīng)各種密碼破譯場景。巨人計算機(jī)引入了并行處理技術(shù)，使用移位寄存器同時進(jìn)行多次比較。巨人計算機(jī)使用閘流管來電子化地生成和存儲輪子圖案，這消除了對機(jī)械存儲系統(tǒng)的需求，并且是早期電子存儲的一個例子，也是后來計算機(jī)的一個關(guān)鍵組成部分。

對戰(zhàn)爭的巨大影響

巨人計算機(jī)的成功運(yùn)行對盟軍的戰(zhàn)爭努力產(chǎn)生了立竿見影且深遠(yuǎn)的影響。在巨人計算機(jī)出現(xiàn)之前，破解一條“圖尼”信息可能需要數(shù)周時間，等到情報可用時，它已經(jīng)過時了。有了巨人計算機(jī)，這個過程被縮短到了幾個小時。它最重要的貢獻(xiàn)之一是在1944年6月諾曼底登陸計劃期間。巨人計算機(jī)解密了德軍關(guān)于部隊調(diào)動的電報，使盟軍指揮官能夠以前所未有的精確度策劃他們的戰(zhàn)略。這一情報挽救了無數(shù)生命，并在入侵的成功中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。巨人計算機(jī)還影響了戰(zhàn)后技術(shù)的發(fā)展。它的成功展示了電子計算的潛力，激勵了未來的發(fā)展。然而，由于其存在被保密，其對更廣泛計算機(jī)領(lǐng)域的影響多年來一直受到限制。相反，像ENIAC這樣的其他項目盡管建造得更晚，卻獲得了公眾的認(rèn)可。由于政府保密，巨人計算機(jī)的遺產(chǎn)被掩蓋了幾十年。戰(zhàn)后，十臺機(jī)器中有八臺被銷毀，剩下的兩臺在20世紀(jì)60年代被拆解。參與巨人計算機(jī)工作的人被要求保密，官方記錄也被銷毀了。

被遺忘的巨人重獲新生

直到20世紀(jì)70年代，巨人計算機(jī)的故事才開始逐漸浮出水面，這多虧了像布萊恩·蘭德爾教授這樣的研究人員的努力。到那時，計算機(jī)的歷史敘事在很大程度上已經(jīng)被其他計算機(jī)所塑造。巨人計算機(jī)最終被公認(rèn)為世界上第一臺可編程電子數(shù)字計算機(jī)，早于 ENIAC 以及其他早期系統(tǒng)。

托尼·塞爾（右）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊重建了一臺巨人計算機(jī) Mark II托尼·塞爾（右）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在布萊切利園重建了一臺巨人計算機(jī) Mark II。2006年，塞爾使用這臺完成的機(jī)器監(jiān)督破解一條加密信息。圖片由維基共享資源提供（CC BY-SA 3.0）

對巨人計算機(jī)的紀(jì)念始于20世紀(jì)90年代。受到其歷史重新發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)，托尼·塞爾帶領(lǐng)一個團(tuán)隊利用解密的信息和現(xiàn)存的零部件重建了這臺機(jī)器。結(jié)果是一臺完全可運(yùn)行的復(fù)制品，如今它被展示在布萊切利園的國家計算博物館。如今，巨人計算機(jī)作為計算機(jī)領(lǐng)域的一個標(biāo)志性成就以及對其創(chuàng)造者智慧的證明而受到贊譽(yù)。2024年，為了紀(jì)念其80周年紀(jì)念日，新的圖片和信息被發(fā)布，進(jìn)一步揭示了其設(shè)計和影響。它的故事繼續(xù)激勵著研究人員、工程師和歷史學(xué)家，提醒人們即使在最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境下，創(chuàng)新也能蓬勃發(fā)展。