Sự ra đời của Colossus, máy tính điện tử có thể lập trình đầu tiên trên thế giới, góp phần giúp quân Đồng minh giành thắng lợi trong Thế chiến II, tạo tiền đề phát triển công nghệ máy tính hiện đại.
Theo IEEE Spectrum, vào mùa hè năm 1941, các trạm nghe lén vô tuyến của Anh thu được tín hiệu kỳ lạ giống một chuỗi tiếng rè hoặc âm thanh nhịp nhàng với tốc độ rất cao, khác hẳn tiếng lạch cạch quen thuộc của mã Morse từ hệ thống Enigma mà quân đội Đức từng sử dụng rộng rãi. Kỹ sư Đức đã phát triển mật mã Lorenz, hệ thống mã hóa vô tuyến tối mật chuyên dùng để truyền thông điệp chiến lược giữa bộ chỉ huy cấp cao của quân phát xít và những tướng lĩnh ngoài mặt trận.
Những chuyên gia giải mã hàng đầu nước Anh đặt biệt danh cho hệ thống máy mật mã Lorenz là "Tunny", có nghĩa là cá ngừ. Do Enigma có 3 hoặc 4 bánh răng mã hóa, họ suy đoán Tunny cũng sử dụng hệ thống bánh răng quay để mã hóa thông điệp. Tất cả thông điệp bị chặn đều bắt đầu với một danh sách không mã hóa gồm 12 tên gọi phổ biến ở Đức, bao gồm Anton, Bertha, Conrad và Dora. Nhóm giải mã cho rằng Tunny có 12 bánh xe, do đó 12 cái tên và thứ tự của chúng giúp người nhận biết nên xoay bánh răng theo tổ hợp nào trước khi giải mã thông điệp.
John Tiltman, trưởng bộ phận nghiên cứu tại Bletchley Park, phân tích một cặp thông điệp bị chặn, mỗi thông điệp dài khoảng 1.200 ký tự và bắt đầu với cùng một chuỗi tên. Thông điệp thứ hai hóa ra là bản sao của thông điệp đầu tiên với vài khác biệt nhỏ về dấu câu và chữ viết tắt. Kết quả, các nhà nghiên cứu thu được khoảng 1.200 cặp ký tự bản rõ (dữ liệu gốc chưa mã hóa mà con người hoặc máy tính có thể đọc hiểu trực tiếp) và bản mã (dữ liệu đã biến đổi bởi thuật toán mã hóa), cung cấp đủ thông tin để suy ra hoạt động của máy Lorenz.
Theo All about circuits, năm 1942, chuyên gia giải mã Bill Tutte đã dành nhiều tuần nghiên cứu các cặp ký tự, xác định cấu trúc cơ bản của máy Lorenz, suy luận cách thức hoạt động phức tạp của nó mà không cần quan sát phần cứng. Nhà toán học Max Newman đề xuất tự động hóa quá trình giải mã bằng phương pháp điện tử. Kỹ sư Thomas Flowers tại Trạm nghiên cứu Bưu điện, phụ trách thiết kế máy tính Colossus. Thông qua kết hợp các khái niệm tự động hóa, điện tử và logic, ông đã tạo ra một cỗ máy có khả năng xử lý thông điệp mã hóa với tốc độ chưa từng có.
Đến tháng 12/1943, phiên bản đầu tiên của Colossus (Mark I) đi vào hoạt động tại trụ sở giải mã của Anh ở Bletchley Park, và phiên bản cải tiến Mark II ra đời vào năm 1944. Cỗ máy lớn bằng cả căn phòng nặng khoảng một tấn.
Máy tính giải mã Colossus đóng vai trò quan trọng trong Thế chiến II. Ảnh: GCHQ
Colossus là cỗ máy đột phá giới thiệu những công nghệ ảnh hưởng đến máy tính tương lai. Máy tính này hoạt động dựa vào hơn 2.000 đèn điện tử chân không để thực hiện phép toán logic, khiến nó đáng tin cậy hơn nhiều so với thiết bị điện cơ trước đó. Colossus cũng có tốc độ cực nhanh, có thể đọc băng giấy đục lỗ với tốc độ 5.000 ký tự mỗi giây, cho phép xử lý lượng dữ liệu khổng lồ theo thời gian thực. Đây là lợi thế quan trọng trong việc phát giải mật mã Lorenz.
Dù không thể lập trình như máy tính hiện đại, cấu hình của Colossus có thể thay đổi thông qua các bảng cắm và công tắc. Nhà vận hành có thể thiết lập cỗ máy cho những nhiệm vụ khác nhau để hoạt động linh hoạt trong nhiều tình huống giải mã.
Máy tính Colossus áp dụng công nghệ xử lý song song, sử dụng thanh ghi dịch (linh kiện phần cứng dùng để lưu trữ và dịch chuyển dữ liệu) để thực hiện đồng thời nhiều phép so sánh. Trong khi máy tính thời trước hoạt động theo kiểu tuần tự từng bước, Colossus chia nhỏ thuật toán và xử lý nhiều khối dữ liệu hoặc phép tính cùng một lúc. Colossus cũng sử dụng đèn điện tử chứa khí (thyratron) để tạo và lưu trữ các mẫu bánh răng mật mã, do đó không cần hệ thống lưu trữ cơ học.
Hoạt động của Colossus tác động trực tiếp và ảnh hưởng sâu sắc đến thắng lợi của quân Đồng minh. Trước khi Colossus ra đời, quá trình giải mã một thông điệp Tunny có thể mất hàng tuần, khiến thông tin tình báo trở nên lỗi thời khi có thể sử dụng. Nhờ Colossus, quá trình này rút ngắn xuống còn vài giờ.
Một trong những đóng góp quan trọng nhất của cỗ máy là khi lập kế hoạch cho cuộc đổ bộ D-Day lên bờ biển Normandy (Pháp) vào tháng 6/1944. Bằng cách bẻ khóa những bức điện của Bộ chỉ huy tối cao Đức nhanh hơn hàng trăm lần so với sức người, Colossus đã cung cấp cho phe Đồng minh thông tin tình báo vô giá về vị trí đóng quân, tình hình tiếp tế và chiến lược của kẻ thù. Nhờ đó, chỉ huy quân Đồng minh có thể lên kế hoạch chiến lược với độ chính xác chưa từng có. Thành công của Colossus đã chứng minh tiềm năng của máy tính điện tử, truyền cảm hứng cho các công nghệ tương lai.
Theo EBSCO, sau khi Thế chiến II kết thúc vào năm 1945, tính bí mật của các hoạt động tại Bletchley thúc đẩy Thủ tướng Winston Churchill ra lệnh tháo dỡ máy tính Colossus.
An Khang tổng hợp
