Lorenz : un autre problème qu’Enigma
Pendant la Seconde Guerre mondiale, les forces allemandes emploient plusieurs systèmes de chiffrement. Ils ne produisent pas les mêmes signaux et ne se combattent pas avec les mêmes machines.
| Système |
Communication concernée |
Moyen britannique associé |
| Enigma |
De nombreux messages militaires, notamment transmis en Morse |
La Bombe électromécanique aide à rechercher les réglages. |
| Lorenz SZ40/SZ42 |
Des communications de haut niveau par téléimprimeur |
Colossus accélère une partie de l’analyse du chiffrement. |
Un téléimprimeur permet de transmettre des caractères représentés par des signaux électriques et de les imprimer à la réception. Lorenz leur applique une combinaison de signaux produite par un mécanisme à douze roues. À Bletchley Park, le système Lorenz et son trafic sont désignés par le nom Tunny.
La distinction avec Enigma est essentielle : Colossus n’est pas une Bombe plus rapide. Le portrait d’Alan Turing explique son rôle dans les travaux sur Enigma ; la conception électronique de Colossus revient à Flowers et à ses collaborateurs.
Avant la machine, retrouver une structure invisible
Les Britanniques commencent à comprendre Lorenz sans disposer d’un exemplaire de l’appareil allemand. John Tiltman obtient une avancée décisive en analysant des messages chiffrés avec les mêmes réglages. Bill Tutte reconstitue ensuite la structure logique du système à partir des régularités observées.
Ce travail rend possible une attaque méthodique. Il ne supprime pas le volume des opérations : il faut encore chercher les réglages utilisés pour un message, puis exploiter les résultats.
Deux équipes jouent des rôles complémentaires. La Testery, dirigée par Ralph Tester, travaille au décryptement de Tunny. La Newmanry, conduite par Max Newman, développe la mécanisation de certaines recherches. Newman ne cherche pas une machine qui comprendrait l’allemand : il veut automatiser des opérations répétitives définies par les cryptanalystes.
Les machines Tunny britanniques, reproduisant le fonctionnement du système de chiffrement, interviennent également dans l’obtention du texte déchiffré. Colossus appartient donc à une chaîne de travail ; il n’en est pas le seul maillon. Le musée distingue ces équipements et leurs fonctions.
Ce que Colossus recherche dans un message
Un chiffrement transforme l’apparence du texte. Pourtant, les méthodes mises au point à Bletchley Park permettent, pour certaines combinaisons, de faire ressortir des régularités statistiques utiles.
Colossus parcourt les caractères chiffrés, les combine avec des suites représentant des hypothèses sur les roues de Lorenz, puis compte combien de fois une condition choisie est satisfaite. Selon le test employé, un résultat inhabituellement haut ou bas peut signaler un réglage prometteur.
Pour se représenter le principe, on peut imaginer une expérience simplifiée : tester plusieurs réglages sur les mêmes données et comparer les scores. Un résultat qui se distingue attire l’attention, mais doit encore être vérifié. Cette image illustre la recherche statistique, sans reproduire les véritables formules de l’attaque.
La présentation technique de Ben North pour la Computer Conservation Society décrit notamment la recherche de positions initiales des roues dites chi. Les méthodes réelles exploitent la structure particulière de Lorenz : il ne s’agit pas d’essayer indistinctement toutes ses combinaisons.
De Heath Robinson au choix électronique de Flowers
Le problème des deux bandes
Une première machine, Heath Robinson, entre en service en 1943. Elle rapproche les informations de deux bandes perforées : l’une représente le message intercepté, l’autre des suites utilisées pour les essais.
Maintenir leur synchronisation est difficile. Si les positions comparées se décalent, le calcul ne porte plus sur les bons couples de données. La vitesse n’est donc pas le seul enjeu : il faut conserver un alignement fiable pendant le traitement.
Flowers propose de produire les suites nécessaires électroniquement, à l’intérieur de la machine. Une seule bande reste à lire pour le message. Ce changement élimine le problème de synchronisation entre deux bandes, sans faire disparaître les contraintes de lecture du papier.
L’expérience des télécommunications
Flowers travaille au centre de recherche du General Post Office à Dollis Hill, à Londres. Son expérience des équipements téléphoniques l’a familiarisé avec l’emploi de tubes électroniques, aussi appelés lampes ou valves en anglais.
Ces composants peuvent commander des signaux sans attendre le mouvement d’un contact mécanique. Ils permettent donc des traitements rapides, mais suscitent des réserves : comment faire fonctionner durablement une machine qui en contient autant ?
Flowers s’appuie sur son expérience pour défendre une conception stable, notamment en limitant les mises sous tension et les arrêts répétés. Cela ne rend pas les lampes infaillibles ; la fiabilité dépend aussi des circuits, de l’alimentation, des essais et de la maintenance.
Colossus résulte d’un travail d’équipe. Harry Fensom et Don Horwood assurent le remontage du premier modèle à Bletchley Park. Allen Coombs joue ensuite un rôle important dans l’évolution Mark II. Flowers dirige la conception électronique, tandis que les besoins et les méthodes viennent du dialogue avec les cryptanalystes.
À l’intérieur : lire, produire des suites, compter
Le cheminement des données permet de comprendre la machine sans suivre chaque circuit.
Parcours fonctionnel simplifié : les flèches indiquent les étapes du traitement, pas la disposition exacte des composants. Les commutateurs et connexions déterminent les tests effectués.
1. Lire le message sur une bande perforée
Les caractères chiffrés sont représentés sur une bande de papier, avec cinq positions binaires par caractère : chaque position comporte soit un trou, soit une absence de trou. La combinaison de ces deux états encode l’information. La bande contient donc le message chiffré, et non le programme de la machine.
La bande forme une boucle et passe devant un lecteur photoélectrique. La lumière traversant les trous permet de produire des signaux électriques. La lecture atteint environ 5 000 caractères par seconde ; la bande fournit aussi la cadence qui synchronise le traitement.
2. Produire les suites d’essai
Des circuits reproduisent les suites associées aux roues, selon les réglages préparés pour la recherche. La machine peut ainsi confronter les mêmes caractères chiffrés à différentes hypothèses, sans fabriquer une nouvelle bande pour chacune d’elles.
Les données d’entrée et les réglages ont donc des fonctions distinctes : la bande porte ce que l’on analyse ; les connexions et commutateurs déterminent ce que la machine doit tester.
3. Compter et signaler les résultats intéressants
Des circuits logiques combinent les signaux et des compteurs accumulent les résultats. Les réglages et les scores jugés intéressants peuvent être imprimés pour être exploités par les équipes.
Associer un score aux positions testées permet aux cryptanalystes de comparer les pistes et de poursuivre le travail. L’impression fait ainsi le lien entre le calcul électronique et son exploitation.
Programmer sans programme enregistré
Pour préparer Colossus, on utilise des commutateurs, des fiches et des connexions. On choisit les opérations logiques et les comptages adaptés à la recherche en cours. Il existe donc une souplesse réelle : Colossus ne se limite pas à exécuter toujours un unique test immuable.
Cette programmation reste cependant attachée à son équipement spécialisé. La machine ne reçoit pas une suite générale d’instructions conservée dans une mémoire et modifiable comme les données d’un logiciel moderne. Elle n’est pas conçue pour passer librement de la cryptanalyse à la comptabilité ou à la simulation scientifique.
Quatre notions doivent rester distinctes :
| Notion |
Ce qu’elle signifie pour Colossus |
| Électronique |
Les traitements rapides reposent sur des circuits à tubes ; toute la machine n’est pas dépourvue de mécanique ou de relais. |
| Numérique |
L’information est représentée par des états distincts, notamment des valeurs binaires, plutôt que par une grandeur variant continûment. |
| Programmable |
Ses connexions et commutateurs permettent de configurer différents traitements dans son domaine. |
| À programme enregistré |
Cette propriété ne décrit pas Colossus : il ne conserve pas de programme général d’instructions en mémoire. |
La machine de Turing, elle, est un modèle mathématique du calcul. La présence d’un ruban dans les deux cas ne fait pas de Colossus sa réalisation physique : ici, le papier transporte un message chiffré dans un dispositif construit pour l’analyser.
Mark I, Mark II : une machine qui évolue en service
Les premiers essais concluants ont lieu à Dollis Hill à la fin de 1943. Colossus est ensuite transporté et remonté à Bletchley Park en janvier 1944.
Le journal de guerre du Post Office, dans son entrée du 29 février 1944, indique qu’il est prêt à fonctionner le 5 février 1944. Il décrit ensuite une activité quotidienne et la poursuite des améliorations. Distinguer essais, installation et exploitation évite d’opposer artificiellement les dates de 1943 et de 1944.
| Version |
Repère |
Évolution principale |
| Mark I |
En exploitation en février 1944 ; environ 1 500 tubes |
Première réalisation opérationnelle du principe. |
| Mark II |
Première mise en service le 1er juin 1944 ; environ 2 400 tubes |
Davantage de possibilités de traitement et de parallélisme. |
Les nombres de tubes sont des ordres de grandeur : certaines présentations arrondissent les machines les plus développées à 2 500. Leur intérêt est de montrer l’ampleur de l’installation, pas d’assimiler chaque tube à une instruction exécutée.
Le parallélisme permet de traiter plusieurs cas à la fois. Un gain de débit ne signifie donc pas nécessairement que le papier défile plus vite. Les recherches concernent aussi les motifs des roues, au-delà de leurs seules positions initiales : le journal du Post Office mentionne déjà ce travail en février 1944. Les méthodes et les équipements évoluent en fonction des besoins cryptanalytiques.
Dix Colossus sont en service à la fin de la guerre. La première machine n’est pas restée une expérience isolée : elle a ouvert une série d’équipements effectivement utilisés.
Les opératrices et toute la chaîne humaine
Les Colossus sont notamment exploités par des membres du Women’s Royal Naval Service, les Wrens. Leur travail rend possibles les traitements successifs : charger les bandes, appliquer les réglages, surveiller l’exécution et recueillir les sorties. Il ne suffit pas qu’un ingénieur ait construit un circuit pour que les messages soient analysés au quotidien.
Le témoignage de Joanna Chorley, recueilli par ABC en 2015, décrit notamment la pose des bandes et la vérification des connexions. Le National Museum of Computing rappelle sa curiosité technique et ses échanges avec les ingénieurs. Ces souvenirs donnent une place concrète aux personnes que les seuls portraits des concepteurs laissent hors champ.
Il faut également compter avec les personnels chargés de l’interception radio, de la préparation des bandes, du décryptement, de la maintenance et de l’exploitation des renseignements. Une erreur de transcription, un mauvais réglage ou une panne peut compromettre un travail par ailleurs correct. La qualité de l’organisation compte autant que la vitesse du dispositif.
Une importance stratégique, puis un long secret
Lire des communications de haut niveau aide les Alliés à comprendre les intentions et l’organisation de l’adversaire. Colossus accélère une partie de ce travail, au sein d’un effort de renseignement beaucoup plus vaste. Il serait trompeur de lui attribuer à lui seul le succès du Débarquement ou un nombre précis de mois de guerre évités.
Le secret se prolonge après 1945. Huit des dix machines sont détruites après la guerre ; deux sont conservées pour des activités de renseignement jusque dans les années 1960, selon le GCHQ. Les participants restent soumis à leurs obligations de confidentialité.
Les premières informations officielles deviennent publiques en 1975, comme le rappelle le National Museum of Computing. Les recherches de l’historien de l’informatique Brian Randell contribuent à faire reconnaître Colossus et ses équipes. Cette révélation ne signifie pas que toute la documentation devient immédiatement accessible : la connaissance du projet se construit progressivement.
Le secret a limité sa visibilité historique et la circulation publique de ses techniques. Il n’a pas effacé l’expérience acquise par les participants. On peut reconnaître ces transferts de savoir-faire sans présenter chaque ordinateur d’après-guerre comme un descendant direct de Colossus.
À partir des années 1990, Tony Sale et une équipe de bénévoles entreprennent une reconstruction, à l’aide de documents fragmentaires et de témoignages. Cette machine est conservée au National Museum of Computing, dans le Block H de Bletchley Park. Il s’agit d’une reconstruction, non d’un original resté intact depuis la guerre.
Où situer Colossus parmi les premiers ordinateurs ?
L’expression « premier ordinateur » masque plusieurs critères : technologie électronique ou électromécanique, caractère programmable, usage spécialisé ou généraliste, programme externe ou enregistré en mémoire.
Colossus est généralement reconnu comme le premier ordinateur électronique numérique programmable, avec une programmation limitée à son domaine. Cette qualification précise vaut mieux qu’un titre de « premier » sans explication. Sa contribution est notamment d’avoir fait fonctionner à grande échelle un traitement électronique rapide, configurable et utile en conditions réelles.
Le Z3 de Konrad Zuse illustre une autre voie, électromécanique. La comparaison avec ENIAC porte sur un calculateur électronique d’usage général, initialement configuré par connexions et commutateurs. Les premières machines à programme enregistré, notamment Baby et EDSAC, illustrent un autre changement : placer le programme d’instructions en mémoire.
Ces comparaisons décrivent des choix et des réalisations distincts, pas une succession dans laquelle chaque équipe aurait simplement repris la machine précédente. Colossus montre qu’une innovation majeure peut naître d’un problème très spécialisé, sans réunir à elle seule tous les attributs de l’ordinateur moderne.
Questions fréquentes
5 000 caractères par seconde, est-ce 5 000 messages ?
Non. Ce débit concerne la lecture des caractères sur la bande. Un message contient de nombreux caractères et peut nécessiter plusieurs passages pour tester différents réglages. Ce n’est donc pas un débit de messages complètement déchiffrés.
Un résultat statistique pouvait-il être trompeur ?
Oui : un score intéressant désigne une piste à vérifier, pas une certitude. Les résultats doivent être confrontés aux autres étapes du travail cryptanalytique. C’est pourquoi la machine ne remplace ni les méthodes ni les contrôles des équipes.
Peut-on comparer sa vitesse à celle d’un ordinateur actuel ?
Seulement en définissant précisément le même travail et les mêmes données. Le débit du lecteur, le nombre d’essais et le temps nécessaire au déchiffrement complet mesurent des choses différentes. Un chiffre isolé ne permet pas de comparer utilement deux machines.
Quelle différence entre Colossus et ENIAC ?
Colossus est une machine électronique numérique programmable spécialisée dans certaines opérations de cryptanalyse ; ENIAC est conçu pour des calculs numériques plus généraux. Leurs équipements et leurs configurations ne permettent donc pas les mêmes traitements. Dans leur configuration initiale, aucun des deux n’exécute un programme d’instructions enregistré en mémoire. ENIAC évolue ensuite : en 1948, il exécute des instructions encodées dans des tables de commutateurs, sans employer pour le programme une mémoire réinscriptible comme celle du Manchester Baby.