Pátek, 7. listopad 2008, autor: Jan Boček

„Matkou všeho je válka“, říká německé přísloví. Pro počítače to neplatí až tak doslova, rozvoji digitálních strojů často armáda spíš házela klacky pod nohy. Přesto se první digitální počítače vylíhly v období druhé světové války. Enigma, ENIAC, Konrad Zuse, Turing a von Neumann.

Prvního září 1939 překročilo nacistické Německo hranice Polska. Sebevědomě tak vykročilo do války, ve které měli mít Němci navrch. Nemohli tušit, že první a dost možná rozhodující bitva už je dávno prohraná. A zrovna s Poláky.

Polák Marian Rejewski strávil velkou část života jako účetní. Vypadal přesně jako účetní: uhlazený, obrýlený, perfektně vyžehlený. Spokojeně ženatý, dvě děti. V září 1939 oslavil čtyřiatřicet let.
A ještě jeden střípek, nutný k poskládání celého příběhu o zrození digitálních počítačů: v roce 1926 polské tajné služby zaregistrovaly změnu šifry německého námořnictva. Charakter nové šifry vyvolal domněnku, že Němci začali používat nějaký mechanický šifrovací stroj...

Malé polské vítězství

Podezření se potvrdilo v roce 1928. Polským celníkům se dostala do rukou zásilka, omylem doručená do Varšavy. Její zadržení vyvolalo diplomatické protesty z německého velvyslanectví, což podpořilo polskou zvědavost. Celníci zásilku otevřeli a odhalili šifrovací stroj, vzápětí se Němcům omluvili a zásilku poslušně vrátili. Špionážní drama vyvrcholilo o několik týdnů později, kdy polské tajné služby pod falešnou identitou jeden z komerčních šifrovacích strojů Enigma získaly pro vlastní výzkum.
Až do roku 1932 se tajemná Enigma dokázala polskému zájmu ubránit. Příběhy nacistického Německa, Mariana Rejewského a Enigmy se střetly v říjnu tohoto roku.

V té době se nadějný matematik Rejewski stal zaměstnancem tajných služeb, v šifrovacím oddělení měl za úkol prolamovat německé kódy. Na úvod dostal nejtěžší možný úkol: poradit si s Enigmou. Dřevěná bedýnka ukrývala primitivní elektromechanický jednoúčelový počítač:  klávesnici, „displej“, zásuvku, šifrovací rotory a útroby s nespočtem propojení. Klíčem k prolomení šifry Enigmy bylo právě komplikované zadrátování, ukryté hluboko uvnitř.

Enigma před rokem 1938, s třemi rotory a odkrytým zapojením

Nebýt neuvěřitelné chyby německých tajných služeb, byl by Rejewského úkol takřka neřešitelný. Takhle měl matematik k dispozici kompletní šifrovací stroj včetně manuálu s popisem, jak zašifrovat jednoduchou zprávu. I tak šlo o náročný úkol a metody, standardně používané v kryptografii poloviny dvacátého století (statistika a lingvistika), postupně ztroskotaly. Úspěch slavil až experimentální Rejewského přístup, postavený na teoretické matematice. Šifru prolomil spolu se dvěma kolegy během pěti týdnů.

Bomba kryptologiczna

Bitva s Enigmou tím ale teprve začala. Němci totiž každý den měnili šifrovací klíč, který bylo nejdříve třeba odhalit, aby mohlo začít skutečné dešifrování zprávy. Polští matematici stáli před novým úkolem: vytvořit metody, pomocí kterých dokáží klíč odhalit do několika hodin od změny. Němci navíc často měnili operační procedury a tím narušovali známé metody.

Německý generál Heinz Guderian při francouzském tažení. V popředí je vidět Enigma v akci

Z polsko-německého souboje vzešla Bomba (v originále Bomba kryptologiczna): elektromechanický jednoúčelový dešifrovací počítač a inspirace pro budoucí britské počítače. Nešlo o nic jiného, než propojení šesti kopií Enigmy s účelem odhalit aktuální šifrovací klíč. Bomba dokázala přijít s klíčem k tehdejší Enigmě do dvou hodin po jeho zveřejnění. Němci v roce 1938 šifru zkomplikovali; problém s hledáním klíče se ovšem kvůli obsazení Polska přesunul do Spojeného království. Právě souboj o co nejrychlejší rozluštění každodenního klíče vyvolal potřebu co nejvýkonnějšího výpočetního centra. Přesná podoba výpočetních algoritmů se měnila zároveň s modifikacemi Enigmy; proto musel být i stroj pro dešifrování univerzální.

Pokračování německého příběhu je známé, k Enigmě se ještě vrátíme. Zbývá tedy dopovědět příběh Mariana Rejewského. Ten se jen několik týdnů před obsazením Polska sešel se zástupci Francie a Spojeného království. Právě jeho popis Enigmy a předvedení Bomby pak stálo za spojeneckými úspěchy dešifrovat německou tajnou korespondenci. Během války ani dlouho po ní se ale Spojenci o Rejewském nezmiňovali a on sám musel v komunistickém Polsku o spolupráci se Západem mlčet. Až v roce 1973 francouzský generál (a Rejewského válečný hostitel) Gustave Bertrand vydal knihu o prolomení Enigmy a Rejewski vzápětí zveřejnil své paměti. Po dvaceti letech strávených jako účetní a knihovník pod stálou kontrolou polské tajné služby si tak na důchod mohl začít užívat válečnou slávu. Zbylo mu na to sedm let.

Fau Ajns až Zet Fýr

Zatímco Rejewski laboroval s Enigmou, o pět let mladší německý konstruktér Konrád Zuse si už pohrával s myšlenkou na víceúčelový programovatelný digitální počítač. Nešlo ovšem o válečný produkt. „Jaké matematické problémy by měl stroj umět vyřešit?“, napsal si do deníčku v roce 1934. Odpověděl si o čtyři roky později strojem V1 ("V" jako Versuchsmodell neboli Zkušební model). Počítač ukrýval nejednu technologickou novinku: především binární logiku (tehdy nazývanou „ano/ne“), inspirovanou mechanickými součástkami a strojům přirozenou, dále na svou dobu přelomovou výpočetní jednotku, pracující s plovoucí řádovou čárkou, plně adresovatelnou paměť, binární i decimální vstupy i výstupy; založené na principu děrné pásky. Vrcholem Zuseho díla byla programovatelná řídící jednotka.

Z1 – počítač z roku 1938 v bytě manželů Zuseových

Propojení jednotlivých prvků měly na starost kovové plátky, které fungovaly čistě mechanicky; elektřinu tento stroj používal pouze k „taktování procesoru“: pracoval na frekvenci 1 Hz (tedy 1× za sekundu). První binární počítač V1 stával v obýváku jeho rodičů a válku nepřežil. Ani druhý v pořadí, V2, se nedočkal konce války. Padl za oběť spojeneckému náletu. Nebyl ovšem nijak revoluční a jedinou novinkou oproti V1 představovalo využití vysloužilých telefonních relátek místo kovových plíšků na některé jeho části.

Do historie se Zuse zapsal až svým třetím výtvorem. V3 přidal ke struktuře předchozích modelů spolehlivost, postavenou na 2 300 vysloužilých elektromechanických relátcích. Struktura s oddělenými součástmi (vstup a výstup, řídící jednotka, paměť, procesor s dvěma registry) téměř dokonale odpovídala von Neumannovu schématu, zformulovanému o pět let později. Možnost pracovat při programování V3 se smyčkami zase znamenala výpočetní kapacitu ekvivalentní Turingovu stroji (jak von Neumannovu architekturu, tak Turingův stroj najdete v rámečku).

V obou zásadních charakteristikách dosáhl osamělý inženýr Zuse světového prvenství, aniž o tom on nebo svět věděli. „Můj stroj by dovedl hrát šachy,“ chlubil se v roce 1941 úzkému kruhu svých přátel. Důkaz, že dovede, byl proveden až v roce 1998, tři roky po Zuseově smrti. Osud V3 se nicméně završil už v roce 1945. Jak jinak, než při bombardování Berlína.

Karikatura Střelci (1926) německého génia Konrada Zuseho

Čtvrý exemplář, V4, přežil jen díky záměně s raketou V4, plánem na vylepšení zkázonosných raket V1 a V2. Zuse jej vyvíjel od roku 1942 za účelem sériové komerční produkce. V každodenně bombardovaném Berlíně, kterému padl za oběť V3, neměl ani jeho nový projekt šanci na přežití. Zuse proto uprchl na venkov; počítač V4 vydával za součást projektu vojenské rakety, díky tomu získal i podporu dezorientované armády.

Transport nakonec dorazil do podzemních prostor v Nordhausenu, kde se rakety vyráběly. Zuse chtěl svůj počítač sestavit právě zde, v kilometrových tunelech pod horami. Plány mu zhatil až pohled na tisíce zajatců koncentračního tábora, montujících rakety v nelidských podmínkách. Otřesený Zuse přejmenoval svůj projekt z V4 na Z4 (změnu později převzaly i předchozí prototypy), aby nebyl spojován s raketou. Zuseho konvoj odcestoval do hor. Počítač Z4 se ovšem nepodařilo dostat do funkční podoby ještě dlouho po konci války. Místo toho se jeho části válely ukryté ve stodole horského hotýlku kdesi v Bavorsku.

1. Enigma, Fau Ajns až Zet Fýr2. Zuse, Turing a ENIAC

Vaše hodnocení: Zvolte hodnoceníZrušit hodnoceníŠpatnéOKDobréSkvěléÚžasné

Průměr: 4.6 (26 hlasů)