Bombe machine, Bletchley Park

La prima Bombe, denominata ‘Victory’, fu costruita nel 1940 grazie al lavoro di Alan Turing, Gordon Welchman e Harold Keen. Anche se il nome la collega alla bomba - una macchina progettata dal matematico polacco Marian rejewski, utilizzata per violare Enigma prima della guerra - la Bombe operava in un modo completamente diverso e permetteva di violare anche versioni molto complicate di Enigma. L’intelligence militare prodotta da queste macchine fu essenziale in molte battaglie; verso la fine della guerra si contavano più di 200 bombes. Recentemente a Bletchley Park è terminato il progetto di ricostruzione di una Bombe machine.

DESCRIZIONE FUNZIONAMENTO LOGICO

La funzione principale della Bombe è quella di eseguire una ricerca sistematica finalizzata alla determinazione di alcuni componenti di una specifica chiave Enigma.
I componenti scoperti dalla Bombe sono:
1) L’ordine dei rotori.
2) La posizione iniziale di ogni rotore.
3) Una coppia di lettere collegate tramite la plugboard.
Conoscendo il grandissimo numero di configurazioni possibili, per riuscire ad ottenere risultati concreti, Alan Turing ideò una procedura che avrebbe nettamente ridotto la quantità di possibili configurazioni. L’idea di Turing era quella di lavorare con dei ‘cribs’. Un crib è una sequenza di lettere presa dal testo noto di un messaggio che poteva essere direttamente collegata con alcune delle lettere presenti nel messaggio cifrato. Questa procedura funzionò molto bene per i codebreakers perché i messaggi tedeschi erano pieni di testo stereotipato. Per esempio, se si voleva decrittare un messaggio da parte della marina tedesca, allora parole come ‘bollettino meteorologico’ venivano molto spesso utilizzate come ‘crib’.

Esempio di un crib

Una volta trovato un potenziale ‘crib’ si poteva procedere alla costruzione di un menu. Il menu rappresentava la relazione tra le lettere note e quelle cifrate; nella versione prototipo della bombe il menu doveva contenere almeno 3 closed loops, ovvero sequenze chiuse di lettere presenti nel menu (es: S > A > X > V).
Una volta completato, il menu veniva caricato in dei pannelli situati nel lato posteriore della Bombe.

Schema del processo di crittazione eseguito da Enigma durante il loop S>A>X>V

Purtroppo anche una volta costruito il menu, il problema delle milioni di configurazioni derivanti dalla plugboard era ancora presente. Fortunatamente, Turing scoprì un procedimento che rimuoveva quasi completamente la necessità di conoscere le connessioni della plugboard. Turing, conoscendo la natura simmetrica di Enigma, capì che quando si lavorava con delle sequenze chiuse di lettere, se si riusciva a capire la lettera collegata nella plugboard con la lettera centrale (quella più frequente in un loop, es: S), allora si sarebbero potute ottenere le rimanenti coppie di lettere collegate nella plugboard.

Esempio del processo di feedback per testare più ipotesi

L’esecuzione di questa procedura prevedeva il test di varie ipotesi e l’utilizzo di circuiti elettrici. Supponiamo di conoscere l’ordine e le posizioni dei rotori utilizzati per cifrare un testo, possiamo quindi iniziare facendo un’ipotesi, es: la lettera A è collegata con la lettera centrale S; testiamo la nostra ipotesi eseguendo il loop e, se viene fuori una lettera diversa da A, per esempio M, allora possiamo considerare l’ipotesi appena fatta errata, A non è connessa con S. Basta quindi eseguire il medesimo procedimento con tutte e 25 le lettere, ma questo sarebbe stato molto lento e quindi impraticabile.
Turing fece un’ulteriore passo avanti e tramite del feedback elettrico implemento un processo per utilizzare una conclusione ottenuta come una nuova ipotesi, ma anche questo processo necessitava di almeno 3 closed loops, e menu di una complessità del genere non erano facilmente ottenibili durante la guerra.

Per facilitare e velocizzare la ricerca, Gordon Welchman aggiunse diversi circuiti elettrici che successivamente presero il nome di ‘diagonal board’. La diagonal board sfrutta la natura simmetrica della plugboard (se A è connessa con B, allora B è connessa con A) e rappresenta un elemento fondamentale per l’efficienza della macchina, perché permette, utilizzando una sola ipotesi, di ottenere una risposta in pochissimi secondi.
Le possibili risposte ottenute dalla diagonal board sono:
1) esattamente un circuito elettrico viene attivato, e in questo caso l’ipotesi è corretta.
2) 25 circuiti elettrici vengono attivati, e in questo caso, anche se l’ipotesi è falsa, includendo tutte le ipotesi sbagliate, la si può trattare come se fosse stata corretta.
3) Tutti e 26 i circuiti elettrici vengono attivati.

Possiamo vedere come per ogni lettera solamente in un filo passa la corrente (fili blu), quindi l`ipotesi F > A è vera.

Se tutti e 26 i circuiti venivano attivati, allora voleva dire che o la posizione dei rotori o l’ordine dei rotori era sbagliato (il che accadeva la maggior parte delle volte). Per ogni ordine dei rotori testato la Bombe era progettata per provare tutte le possibili posizioni dei rotori. Quando si attivavano 25 o meno circuiti elettrici allora la Bombe si fermava. Per assicurarsi della correttezza del risultato si utilizzava un’ulteriore macchina, chiamata ‘checking machine’, finalizzata a scoprire le rimanenti connessioni della plugboard presenti nel menu; se si trovava qualche inconsistenza allora il risultato era sbagliato e si faceva ripartire la Bombe, se invece non si trovavano inconsistenze allora si poteva iniziare a decifrare il messagio.

CARATTERISTICHE FISICHE

Essenzialmente la Bombe è una macchina elettromeccanica che opera sotto il controllo di un complesso sistema di trasmissioni elettriche.

Struttura della bombe machine

Nel lato anteriore della macchina troviamo una serie di 3 batterie collocate verticalmente in 3 banche da 12 batterie; ogni serie di 3 batterie corrisponde ai 3 rotori della macchina Enigma. Questo numero elevato di batterie rendeva possibile testare 3 differenti ordini di rotori per ogni avvio. Quando la macchina veniva messa in moto le batterie ruotavano sistematicamente in tutte le possibili configurazioni; il tempo medio per completare un ciclo era approssimatamente 18 minuti.

Ricercando del materiale tramite internet sono riuscito a trovare il suono prodotto dalla bombe mentre lavorara, è molto rumorosa e ho pensato di metterlo a disposizione.

Invece per l`utilizzo di un simulatore digitale si può seguire il link simulatore bombe machine.

Pur non essendo paragonabile ai mordeni computers, per il periodo in cui fu costruita la Bombe era certamente una tecnologia già molto avanzata, inoltre rappresenta un grandissimo cambiamento nella storia dell’umanità, cioè la possibilità di affidare a macchine logiche, la risoluzione di problemi altrimenti insolubili.