Colossus: Máy tính điện tử đầu tiên hỗ trợ phá mã trong Thế chiến II

Một buổi hè năm 1941, một nhân viên radio Anh khi nghe sóng của Đức đã phát hiện loại tín hiệu mã hóa khác biệt, được mô tả là “giai điệu kỳ lạ mới”. Khác với Morse truyền thống của mã Enigma, đây là dòng tín hiệu nhị phân teletype tốc độ cao. Đây là thành quả của máy mã hóa Lorenz – hệ thống mới và phức tạp hơn nhiều so với Enigma, vốn đã được cấp bằng sáng chế từ năm 1920.

Điều này đặt ra bài toán lớn cho các chuyên gia giải mã Anh. Kiến trúc sư của đột phá là kỹ sư Tommy Flowers, người từng chế tạo thiết bị hỗ trợ phá mã Enigma cho Alan Turing. Ông tạo ra Colossus – máy tính điện tử kỹ thuật số lập trình quy mô lớn đầu tiên trên thế giới, đặt tại Bletchley Park, cách London khoảng 80 km. Chiếc máy lớn gần bằng một căn phòng và nặng khoảng một tấn.

Ban đầu, các chuyên gia tại Bletchley Park chỉ biết tới máy Lorenz qua tên mật danh “Tunny”. Một điểm quan trọng là tất cả tin nhắn đều bắt đầu bằng danh sách 12 tên người Đức phổ biến, được cho là gợi ý cách điều chỉnh 12 bánh mã hóa xoay phía trong máy. Qua phân tích hai tin nhắn giống nhau nhưng có vài điểm chỉnh sửa, John Tiltman cùng Bill Tutte đã phát hiện được nguyên lý hoạt động của máy Tunny, giúp đội mã hóa tiến gần hơn tới mục tiêu.

Alan Turing tiếp tục phát triển “Turingery” – phương pháp phân tích và suy diễn vị trí các chân điều chỉnh trên bánh mã hóa thông qua quá trình gọi là delta-ing (hay differencing), giúp xác định cấu hình bánh trước khi giải mã.

Những phương pháp thủ công trước đó mất rất nhiều thời gian và công sức, khi phải thực hiện các phép toán nhị phân phức tạp và đếm chuỗi nhị phân dài dòng. Để giảm thời gian giải mã, Flowers đề xuất xây dựng Colossus với khoảng 2.000 ống chân không, giúp tăng tốc xử lý.

Bắt đầu từ tháng 1 năm 1944, bản thử nghiệm Colossus được lắp ráp tại Bletchley và chỉ sau vài tuần đã hoạt động, sau đó hai tháng giải được tin nhắn pertama. Máy đọc dữ liệu từ băng giấy đục lỗ và chuyển kết quả sang máy in được chế tạo đặc biệt. Colossus hỗ trợ đắc lực cho đội giải mã, chuyển đổi hàng loạt thông tin về bánh mã hóa, giúp giải quyết nhanh chóng vấn đề an ninh của Đức.

Colossus nhanh chóng trở thành công cụ không thể thiếu, đặc biệt khi phiên bản thứ hai ra đời trước ngày D-Day năm 1944, với 2.400 ống chân không và tốc độ xử lý 25.000 ký tự một giây, ngang ngửa những bộ vi xử lý đầu tiên sau này. Máy giúp giải mã các chỉ thị mật của Bộ Tổng Tham mưu Đức, đặc biệt cho mặt trận phía Đông và Tây.

Theo kỹ sư Flowers, mặc dù Colossus khác nhiều so với máy tính hiện đại, nhưng nó đã tiên phong nhiều yếu tố then chốt như xung đồng hồ, mạch điều khiển, bộ đếm, xử lý song song. Nhờ đó, các đồng minh tiếp cận được thông tin chiến lược quan trọng, góp phần rút ngắn chiến tranh, có thể lên tới sáu tháng, cứu sống nhiều triệu sinh mạng.

Đến khi chiến tranh kết thúc, có tới 10 máy Colossus hoạt động ngày đêm trong các tòa nhà kiên cố tại Bletchley Park. Tuy nhiên, do yêu cầu bảo mật, phần lớn máy bị tháo dỡ ngay sau đó, chỉ hai trong số đó được giữ lại làm kỷ niệm.

Sự kiện kỷ niệm Colossus đã được IEEE công nhận là mốc son trong lịch sử kỹ thuật và dự kiến sẽ tổ chức vào ngày 29/9 tại Bletchley Park, nhằm tôn vinh đóng góp to lớn của chiếc máy này trong ngành máy tính và lịch sử thế giới.

Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.