Colossus oli maailma esimene programmeeritav elektrooniline digitaalarvuti. Briti koodimurdjad kasutasid Colossust II maailmasõja ajal krüptoanalüüsiks — eelkõige selleks, et lugeda Saksamaa juhtkonna ja väeüksuste vahel saadetud salajasi teleprinterisõnumeid.

Need sõnumid saadeti Saksa ülemjuhatuse ja armee välijuhtide vahel. Nende sõnumite lugemine aitas liitlastel sõda oluliselt lühendada ja tegi võimalikuks täpsema strateegilise planeerimise, näiteks lahingute ja dessantide ajastuste kohta.

Taust ja probleem

Koodimurdja Max Newman töötas Bletchley Parkis asuvas valitsuse koodi- ja šifrikoolis (GC&CS). Tema ülesanne oli leida meetod, kuidas muuta saksa kodeeritud raadiotelekirjutussõnumid tavakeeleks. Probleem oli keeruline: sõnumid pärinesid masinast, mille sisemist ülesehitust ei tuntud, ja nende dešifreerimiseks pidi läbi katsetama tohutult palju konfiguratsioone.

Colossuse loomine ja tehnika

Postiameti telefoniinseneride rühm Tommy Flowersi juhtimisel töötas välja masina, mis suudaks automatiseerida ja märkimisväärselt kiirendada suure hulga võimalike seadistuste kontrollimist. Nende konstruktsioon, mis kandis nime "Colossus", kasutas palju vaakumtorusid (niisuguseid elektroonilisi lülituskomponente kutsuti ka "klappideks"). Colossus oli erilise otstarbega (special-purpose) elektrooniline arvuti: ta ei olnud üldotstarbeline tänapäevase mõttes ega olnud von Neumanni arhitektuuri salvestatud programmiga masin, vaid programmeeriti ja häälestati pistikute, lülitite ja trükkplaatide kaudu selle konkreetse ülesande jaoks.

Esimene töökorras Colossus, Mark 1, valmis 1943. aasta detsembris ja andis kiire ja korduva automatiseeritud analüüsi, mis lahendas esimese suurema dešifreerimisülesande 1944. aasta veebruaris. Täiustatud Colossus Mark 2 oli veelgi kiirem ja töökindlam ning see võeti esmakordselt kasutusse 1. juunil 1944, vahetult enne Normandia maabumist D‑päeval. Sõja lõpuajaks oli Suurbritannias kasutusel kümme Colossuse arvutit.

Kuidas Colossus töötas praktiliselt

Briti koodimurdjad nimetasid teleprinteri sõnumeid "kaladeks". Sõnumid olid kodeeritud tundmatu saksa masina poolt — seda masinat ja selle poolt toodetud kodeeritud tekstide seeriat kutsuti koodinimega "Tunny". Sakslased kasutasid masina tööks teleprinterikodeeringut (nt Baudot-tabeli põhimõtted), mistõttu analüütilised meetodid pidid arvestama selle spetsiifikaga.

Colossus töötas nii, et ta "simuleeris" Tunny masina osa tööd ning luges kodeeritud sõnumi lööksidemelt. Masin proovis kiiresti läbi tohutul hulgal võimalikke rataste ehk pöördvõtmerõngaste seadistusi ja tegi statistilisi teste, et hinnata, millised kombinatsioonid võiksid anda loogilisemaid tulemusi (näiteks andes sagedamini esinevaid teksti mustreid). Kui Colossus leidis kahe ratta tõenäolised seadistused, koostasid koodimurdjad masina väljundite põhjal täiendavaid käsitsi- või automatiseeritud teste, et leida ülejäänud rataste seadistused ja lõpuks dešifreerida kogu sõnumi sisu.

Oluline on märkida, et Colossus ei teinud kogu dešifreerimise protsessi täielikult iseseisvaks: ta leidis ja filtreeris tõenäolised seadistused ja andis tulemused edasi inimestele. Kogenud saksa keelt oskavad krüptoanalüütikud tol ajal kontrollisid ja täiendasid tulemusi, lugedes teksti ja tuvastades sõnumite tähenduse ning parandades automaatset otsingut edasi.

Teised võtmeisikud ja teadustöö

Bill Tutte ja tema kolleegid Bletchley Parkis mängisid võtmerolli Tunny masina sisemise ülesehituse leidmisel — nad suutsid loogilise analüüsi ja krüptanalüüsi teel taastada Lorenz-masina disaini ilma füüsilist masinat nägemata. See teoreetiline töö andis aluse sellele, mida Colossus pidi otsima ja kuidas automaatika abil statistiliselt hinnata õigeid seadistusi.

Pärast sõda ja saladus

Pärast sõda leidsid Briti koodimurdjad, et koodimasin oli Lorenz SZ42. Kõik salajased Colossuse arvutid võeti tükkideks, et säilitada sõjajärgse saladuse terviklikkus — konstruktsioonid hävitati ja dokumentatsioon suures osas varjati. Kolmkümmend aastat või rohkem ei teadnud laiem avalikkus ega paljud teadlasedki, kes neid masinaid valmistasid ja mida nad täpselt tegid.

Taastamine ja pärand

Alates 1990. aastate algusest toimus Colossuse ajaloohuvi taassünn ja entusiastidest koosnev rühm, juhtfiguuriks Tony Sale (ja paljud teised vabatahtlikud ning endised insenerid), alustas purustatud dokumentatsiooni ja mälestuste põhjal töötava Colossuse taastamist. Töö lõppes 2007. aastal, kui toimiv koopia valmis ja selle töökindlust testiti. Seda taastatud arvutit saab näha Inglismaal Bletchley Parkis asuvas riiklikus arvutimuuseumis, kus ta on oluline eksponaat — nii tehnilise arengu kui ka küberkrüptoloogia ajaloo illustratsiooniks.

Colossuse pärand on ka laiem: ta näitas, kuidas elektroonika ja automatiseeritud loogika võivad töödelda suuri andmemahtusid ja lahendada probleeme, mis inimese jõul oleksid liiga aeglased või praktiliselt võimatud. Kuigi Colossus ei olnud universaalne arvuti meie tänapäeva mõistes, pani ta olulise aluse elektrooniliste arvutite kasutuselevõtule ja krüptoanalüüsi automatiseerimisele, millest on hiljem kasu olnud nii teaduses kui ka igapäeva tehnoloogias.