14. «Мозг» радиоразведки

В 1996 году в АНБ прошла самая важная за всю историю агентства операция — модернизация компьютерного центра. Подготовка к ней длилась несколько лет, на протяжении которых инженеры, ответственные за ее проведение, приходили на работу рано утром, а уходили поздно вечером. В результате модернизации АНБ планировало обзавестись самым большим и мощным электронным «мозгом» в мире.

Но сначала необходимо было соорудить здание, способное вместить «супермозг» АНБ. Затем необходимо было из подвала штаб-квартиры АНБ перевезти в это здание 150 тонн компьютерного оборудования, требовавшего весьма деликатного обращения. И если в других правительственных ведомствах США площадь, отведенная для установки компьютеров, исчислялась квадратными метрами, то в АНБ она измерялась акрами.

В октябре 1996 года директор АНБ Кеннет Минихан разрезал красную ленточку на церемонии открытия нового суперкомпьютерного центра (далее — СКЦ) АНБ. Церемония была секретной, и по ее итогам не было выпущено пресс-релиза. В приглашениях на нее ничего не было сказано о месте проведения, хотя приглашенные отлично знали, куда им следовало явиться.

Здание СКЦ стало первым в истории АНБ, названным в честь человека. Им стал Луи Торделла, бывший заместитель директора АНБ, покинувший этот пост в 1974 году. Этот человек долгое время отвечал в АНБ за применение компьютеров для взлома шифров. Он же и окружил разработку суперкомпьютеров в интересах АНБ завесой тайны, под которой она спрятана до сих пор.

Хотя перед началом Второй Мировой войны американские дешифровальщики уже в достаточной мере осознали всю важность использования машин для взлома шифров, однако их применение на практике было весьма ограниченным. В распоряжении сотрудников армейской радиоразведки «SIS» (англ. Signals Intelligence Service) было всего лишь 15 машин, которые обслуживал 21 оператор. В мае 1945 года количество клавишных перфораторов, использовавшихся в «SIS» для взлома иностранных шифров, достигло 405, а обслуживающий персонал насчитывал 1275 человек.

Помимо универсальных табуляторов дешифровальщики имели в своем распоряжении экспресс-аналитические машины (далее — ЭАМ), сконструированные именно для взлома шифров. Они изготавливались из электроламп и реле, соединенных электрическими проводами. Это были прообразы современных компьютеров, отличавшиеся чрезмерно высокой стоимостью и слишком большой степенью специализации. Большинство из них конструировались для взлома одного конкретного шифра и моментально становились ненужными, если этот шифр менялся или выходил из употребления.

Военно-морская радиоразведка «Op-20-G» (англ. 20th Division of the Office of Naval Communications, Section G) заключила контракты на изготовление ЭАМ с «Eastman Kodak» и с несколькими другими американскими компаниями, а армейская радиоразведка «SIS» наиболее тесно сотрудничала с компанией «Bell».

Во время Второй Мировой войны одним из самых крупных подрядчиков, занимавшихся в США изготовлением дешифровальных машин для военных нужд, стала корпорация «IBМ». Она разработала специальную приставку к своим табуляторам, благодаря которой их производительность при решении дешифровальных задач увеличивалась на несколько порядков. Две машины, изготовленные для «SIS», особо выделялись среди прочих своей ценой и быстродействием.

Они стоили по несколько миллионов долларов каждая (огромная по тем временам сумма) и выполняли такие трудоемкие операции, которые вручную потребовали бы совместных усилий 200 тысяч человек. В конце Второй Мировой войны в США велись работы по изготовлению машины, которая заменяла 5 миллионов дешифровальщиков.

После войны в Пенсильванском университете в США была закончена работа по изготовлению машины «ENIAC» (англ. Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный числовой интегратор и вычислитель). В 1946 году ей был посвящен курс университетских лекций, которые прослушал лейтенант ВМФ США Джеймс Пендерграсс для оценки степени полезности ее применения в дешифровании.

На Пендерграсса прослушанные лекции произвели большое впечатление. Компьютеры, по его мнению, обладали гибкостью, которой недоставало ЭАМ. Последние были нацелены исключительно на взлом конкретного шифра, а компьютеры могли применяться для решения разнообразных дешифровальных задач. В своем отчете, подготовленном по итогам лекций об «ENIAC», он написал:

«Я полагаю, что универсальный математический компьютер, который в настоящее время находится в стадии проектирования, представляет собой универсальную дешифровальную машину. Компьютер может делать все то, что сейчас делают наши аналитические машины, и значительную часть из этого он делает значительно быстрее».

В декабре 1950 года по заказу ВМФ США была изготовлена специализированная электронно-вычислительная машина (далее — ЭВМ) «АTLAS», предназначенная для решения дешифровальных задач. Второй экземпляр «АTLAS» в марте 1953 года получило в свое распоряжение АНБ.

Основным компонентом ЭВМ являлись электровакуумные лампы. Их было столько, что на некоторое время АНБ и ВМФ стали владельцами самой большой коллекции электровакуумных ламп в мире, а работавшие с «АTLAS» инженеры — самыми крупными специалистами в области их эксплуатации и технического обслуживания. Кроме того, электровакуумные лампы, в огромном количестве собранные в одном месте, требовали соответствующего охлаждения, для которого применялись кондиционеры общим весом более 15 тонн.

Что касается «SIS», то на его сотрудника Самуила Снайдера также произвел впечатление отчет Пендерграсса по «ENIAC». Он немедленно пошел к своему начальнику Соломону Кульбаку и сказал ему, что необходимо как можно быстрее заполучить такую ЭВМ.

Кульбак поручил Снайдеру исследовать этот вопрос, и весь следующий год он провел, консультируясь со специалистами, которые занимались исследованиями в области ЭВМ: например, Джон фон Нейман. Деньги для «SIS» не были проблемой, можно было получить для своих целей практически любую сумму.

В конечном итоге по заказу «SIS» была построена специализированная ЭВМ под названием «ABNER». Изначально количество команд, которые могла ЭВМ выполнять, равнялось всего 15, позднее оно возросло до 30. Тем не менее, когда в апреле 1953 года работа над созданием «ABNER» была закончена, она стала самым совершенным компьютером в США. Для ввода в него информации использовались не только перфокарты, но и бумажная и магнитная лента, а также электрическая пишущая машинка.

В 1956 году было положено начало одной из самых долгосрочных и дорогостоящих программ в истории АНБ — проектирование ЭВМ под названием «Урожай» (англ. Harvest). Предполагалось, что ее быстродействие будет в сотни раз выше, чем у тогдашних компьютеров.

Окончательный дизайн модификации ЭВМ был одобрен АНБ в апреле 1958 года. Машина «IBM 7950» поступила в АНБ в феврале 1962 года и проработала там до 1976 года. Основным ее назначением был криптоанализ и быстрый поиск слов по базам данных. ЭВМ стала «супермозгом» компьютерной системы «Harvest» и была мощнее самых лучших коммерческих машин в 50—200 раз..

Так, в 1968 году у «Harvest» ушло 3 часа 50 минут на поиск 7 тысяч искомых слов и фраз в 7 миллионах текстов радиоперехватов, что эквивалентно обработке 30 тысяч текстов перехватов в минуту. В течение 15 лет этот компьютер помогал АНБ взламывать шифры и в частности помог взломать некоторые важные шифры СССР в 1970-е годы.

В июне 1957 года в АНБ начались работы по проекту «Молния» (англ. Lightning). На их проведение конгрессмены ассигновали 25 миллионов долларов. Подрядчиками по проекту были выбраны самые авторитетные разработчики ЭВМ в США. Основной целью «Lightning» было улучшение характеристик компьютерных электрических схем в тысячи раз. В качестве возможных вариантов рассматривались криогенные компоненты, миниатюризация и повышение быстродействия переключающих элементов. Проект был рассчитан на 5 лет.

Одним из наиболее ценных результатов, полученных в ходе реализации «Lightning», стал прогресс в разработке «Harvest», который должен был стать первой универсальной ЭВМ в АНБ. Прежде компьютеры для нужд АНБ делались для взлома определенного шифра — например, швейцарской шифровальной машины Бориса Хагелина, использовавшейся многими государствами по всему миру.

С помощью «Harvest» дешифровальщики из АНБ надеялись взламывать все шифраторы. Эти надежды были связаны с тем, что по мере того, как ЭВМ становились все более универсальными, они могли применяться для имитации работы любой шифровальной машины, чтобы потом успешно ее раскрывать.

Первоначально в АНБ планировалось назвать новую компьютерную систему «Плантация» (англ. Plantation). Название выбиралось, чтобы подчеркнуть модульную архитектуру компьютерной системы. В ее центр предполагалось поместить сверхмощную ЭВМ, окружив различными вспомогательными устройствами подобно тому, как вокруг плантации возводят подсобные постройки.

Однако от названия «Plantation» пришлось отказаться. Выяснилось, что президентская администрация уже задействовала это слово для обозначения операции по перебазированию президента на случай возникновения чрезвычайной ситуации. В конечном итоге компьютерную систему окрестили «Harvest», решив, что урожай — это тоже неотъемлемая составная часть любой плантации.

После того, как «Harvest» отслужил свое и был заменен другими компьютерными системами, СКЦ АНБ, подобно человеческому мозгу, в котором есть правое и левое полушария, оказался разделенным на 2 части: «Carillon» и «Magnetite». Сначала «Carillon» включал в себя ЭВМ «IBМ 360», которые затем были заменены на «IBМ 3033».

А «Magnetite» состоял из единственной мощной ЭВМ «Cray-1». Он был сделан из 200 тысяч интегральных схем, 3400 печатных плат и более 100 километров медного провода, которые были размещены так компактно, что если бы не мощное фреоновое охлаждение, немедленно бы расплавились из-за выделяемое при работе тепла.

«Cray-1» был разработан американским инженером Сеймуром Крэем, начавшим свою карьеру в 1951 году в компании «Инженерная исследовательская ассоциация». Она занималась производством дешифровальных машин для ВМФ США. Компанию возглавлял будущий заместитель директора АНБ Говард Энгстром.

Крэй мечтал о том, чтобы построить суперкомпьютер, который был бы способен выполнять от 150 до 200 миллионов операций в секунду. Такой суперкомпьютер по своему быстродействию в сотни раз превосходил бы серийно выпускаемые компьютеры своего времени.

В 1976 году Крэй осуществил свою мечту. Первый экземпляр «Cray-1» был установлен в СКЦ АНБ, а в 1985 году его сменил «Cray-2». Оба обладали рекордным по тем временам быстродействием и объемом оперативной памяти. С помощью поддержки векторных операций эти суперкомпьютеры достигала производительности в 180 миллионов операций в секунду над числами с плавающей точкой.

В 1980-е годы развитие ЭВМ пошло столь быстрыми темпами, что АНБ едва успевало установить и запустить очередной суперкомпьютер серии «Cray», как ему на смену приходила его новая более совершенная модификация. Во второй половине 1980-х годов среди разработчиков суперкомпьютеров началась настоящая гонка за право именовать свое детище самым быстрым суперкомпьютером в мире.

Так продолжалось до начала 1990-х годов, когда американские университеты и высокотехнологичные компании приступили к разработке и изготовлению параллельных суперкомпьютеров, состоявших из нескольких тысяч процессоров, каждый из которых был сравним по своему быстродействию с миникомпьютером. Параллельные суперкомпьютеры пользовались значительно большим спросом, чем «Cray».

Наибольшее беспокойство в АНБ вызывали японские производители суперкомпьютеров и комплектующих для них. Американская промышленность зависела от японцев в том, что касалось основных компонентов, из которых изготавливались суперкомпьютеры — таких как, например, микросхемы. Это стало следствием сворачивания производства полупроводниковых элементов в США в 1980-е годы.

В результате в 1986 году АНБ оказалось почти в полной зависимости от японской компании «Kyocera», которая производила компоненты для 171 из 196 микросхем, используемых для изготовления суперкомпьютеров в США. При самом худшем варианте развития событий японцы могли сократить или вовсе прекратить поставку в США своих компонентов, и тогда американцы отстали бы на десятилетия от своих заокеанских соперников в области суперкомпьютеров.

Озабоченное такой неблагоприятной возможностью, АНБ построило собственное промышленное предприятие по производству микроэлектронных компонентов — Лабораторию специальных технологий. Она приступила к выпуску микросхем в 1991 году. Тем самым АНБ решило еще одну проблему: сохранение в строжайшем секрете информации об электронных компонентах, которые использовались при создании специализированных устройств для взлома шифров.

Эти компоненты — так называемые специализированные интегральные схемы (далее — СИС) — зачастую являлись ядром дешифровальных систем. С помощью всего лишь одной СИС можно было запросто реализовать криптографический алгоритм любой зарубежной шифрсистемы. Такая СИС ни при каких обстоятельствах не должна была попасть в «чужие руки». Поэтому в Лаборатории для СИС был придуман механизм самоуничтожения: их покрывали защитным слоем, попытка снять который приводила к разрушению микросхемы.

Перед своими японскими конкурентами американские разработчики суперкомпьютеров обладали важным преимуществом: они умели делать суперкомпьютеры состоящими из большего количества процессоров и распараллеливать на них решение дешифровальных задач.

Очередное творение Крэя «Cray-3» состоял из 16 процессоров. И все равно Крэй был ненасытен в своем стремлении побить им же установленные рекорды производительности. Следующий свой суперкомпьютер Крэй планировал построить из принципиально нового материала — арсенида галлия, в котором электроны двигались в 10 раз быстрее, чем в кремнии.

Однако суровая действительность внесла свои коррективы в мечты талантливого изобретателя: закончилась «холодная война». За продукцией компании «Cray» больше не выстраивалась очередь из разработчиков новых систем вооружений. Компьютерная индустрия постепенно отворачивалась от «Cray», состоявших из малого числа процессоров с рекордной производительностью, в сторону параллельных компьютеров, построенных из тысяч относительно недорогих микропроцессоров.

Даже в АНБ, которое было основным заказчиком «Cray», началась разработка специализированных аппаратных ускорителей для универсальных компьютеров, которые позволили бы повысить их производительность до уровня «Cray» за значительно меньшие деньги.

Неудивительно, что когда в 1993 году работа над «Cray -3» была закончена, желающих приобрести его не нашлось. Крей потратил около года, пытаясь найти покупателей для «Cray-3», пока не заключил соглашение со своим давним клиентом — АНБ.

В августе 1994 года в США было официально объявлено, что компания «Cray» изготовит для АНБ специализированный «Cray-3» для обработки сигналов и распознавания образов, то есть, говоря иными словами, для обработки данных перехвата и взлома шифров.

Это позволило Крэю приступить к созданию «Cray-4», который в 1995 году должен был вдвое превысить производительность «Cray-3» и при этом стоить на 75 % меньше. Поползли даже слухи о том, что до ухода на пенсию Крэй планирует закончить работу над «Cray-5» и «Cray-6».

Однако компания «Cray», практически лишившись клиентов за пределами АНБ, разорилась и была приобретена американской компанией «Silicon Graphics».

Производство суперкомпьютеров серии «Cray» по заказу АНБ было продолжено в «Silicon Graphics». Параллельные суперкомпьютеры не устраивали АНБ по нескольким причинам. Во-первых, они были недостаточно быстродействующими, чтобы удовлетворить потребности АНБ. Во-вторых, их надежность оставляла желать лучшего.

В конце 1990-х «Silicon Graphics» тоже оказалась на грани банкротства. В тот момент у нее был действующий контракт с АНБ на изготовление очередного «Cray». В АНБ была спешно создана специальная рабочая группа, которой было поручено рассмотреть вопрос о целесообразности выделения дополнительных денежных средств компании «Silicon Graphics», чтобы она могла закончить работу над новым «Cray» для АНБ.

В докладе, подготовленном членами рабочей группы, говорилось: «Мы пришли к однозначному выводу о том, что в настоящее время в АНБ существует настоятельная потребность в высокопроизводительных компьютерах, которые обладают большими объемами памяти с малым временем доступа. Именно такие компьютеры позволяют нам осуществлять взлом иностранных шифров.

Если текущие работы по изготовлению суперкомпьютера «Cray» будут приостановлены, то рынок суперкомпьютеров в США перестанет существовать, и нам придется закупать их за рубежом. Хотя мы считаем производство «Cray» крайне рискованным предприятием, Министерство обороны, по нашему мнению, должно продолжить его финансирование, поскольку в результате мы получим стократное увеличение быстродействия, и вложение денег будет вполне оправданным».

Известие о том, что разработка нового «Cray» будет продолжена, в АНБ было встречено со вздохом облегчения. Заместитель директора АНБ по научной работе Джордж Коттер заявил по этому поводу следующее:

«США выделяют средства для поддержания и упрочения своего лидирующего положения в области суперкомпьютеров, которые играют ключевую роль в обеспечении нашей национальной безопасности. С этой целью правительство США намерено оказать финансовую поддержку программе компании „Silicon Graphics“ по производству компьютеров серии Cray».