ГОРЬКОВСКИЙ СВЯЗИСТ

[Артём]

Шифратор — в криптографии устройство для автоматического шифрования. Электромеханические шифраторы появляются в начале 1920-х годов в США и Европе и широко используются вплоть до 1980-х годов, когда распространение получают шифры, предназначенные для использования с вычислительной техникой.
Шифровальные устройства позволяют защитить информацию, передаваемую по радиоканалу от прочтения посторонними лицами, и прежде всего, спецслужбой противника. В общем случае буквы и цифры сообщения заменяются другими символами, делая его совершенно непонятным. Простейшие шифры, применявшиеся на протяжении веков, использовали схему прямого замещения одной буквы другой, причем каждый раз одной и той же.
Новые способы шифрования представлялись настолько надежными, что, казалось, противнику не удастся их разгадать. Тем не менее, многие из применявшихся тогда шифров были раскрыты уже во время второй мировой войны благодаря таланту ученых-криптографов и применению электронно-вычислительных машин, появившихся к тому времени.
Главной деталью роторной машины является ротор с проволочными перемычками внутри. Ротор имеет форму диска. На каждой стороне диска расположены равномерно по окружности m электрических контактов, где m — число букв алфавита.

Каждый контакт на передней стороне диска соединён с одним из контактов на задней стороне. В результате электрический сигнал, представляющий знак, будет переставлен в соответствии с тем, как он проходит через ротор от передней стороны к задней.

При повороте ротора из одного положения в другое подстановка, которую он осуществляет в приходящем сигнале, будет изменяться. Роторы можно объединить в банк роторов. Для получения сильной криптографической системы расположение роторов должно меняться при переходе от знака к знаку сообщения.

Для закона движения ротора желательны следующие характеристики:

*период должен быть большим;
*после шифрования каждого знака все роторы или большая их часть *должны повернуться друг относительно друга.
*Роторная машина может быть настроена по ключу изменяемых любых её переменных:

*роторов;
*порядка расположения роторов;
*числа мест остановки на колесо и т. д.
*Также роторные машины имели устройства ввода и вывода: устройство считывания с перфоленты и печатающее устройство.


СССР:
В армии и флоте СССР использовались шифры с кодами различной длины — от двух символов (фронт) до пяти (стратегические сообщения). Коды менялись часто, хотя иногда и повторялись на другом участке фронта. По ленд-лизу СССР получил несколько M-209, которые использовались как основа для создания своих собственных шифровальных машин, хотя об их использовании неизвестно.

Также для связи высших органов управления страной (в том числе Ставки Верховного Главнокомандования) и фронтами использовалась ВЧ-связь. Она представляла собой технические средства для предотвращения прослушивания телефонных разговоров, которые модулировали высокочастотный сигнал звуковым сигналом от мембраны микрофона. Уже во время Второй мировой войны механизм заменили на более сложный, который разбивал сигнал на отрезки по 100—150 мс и три-четыре частотных полосы, после чего специальный шифратор их перемешивал. На приёмном конце аналогичное устройство производило обратные манипуляции для восстановления речевого сигнала. Криптографической защиты не было, поэтому используя спектрометр можно было выделить используемые частоты и границы временных отрезков, после чего медленно, по слогам, восстанавливать сигнал.

Во время советско-финской войны (1939—1940) Швеция успешно дешифровывала сообщения СССР и помогала Финляндии. Так, например, во время битвы при Суомуссалми успешный перехват сообщений о продвижении советской 44-й стрелковой дивизии помог Карлу Маннергейму вовремя выслать подкрепления, что стало залогом победы. Успешное дешифрование приказов о бомбовых ударах по Хельсинки позволяло часто включить систему оповещения о воздушном ударе ещё до того, как самолёты стартуют с территории Латвии и Эстонии.

30 декабря 1937 года был образовано 7-е отделение (в дальнейшем — 11-й отдел) Управления разведки Наркомата ВМФ, задачей которого являлось руководство и организация дешифровальной работы. В годы войны на дешифровально-разведочной службе СССР состояло не более 150 человек, однако всё равно, по мнению Вадима Тимофеевича Кулинченко — капитана 1 ранга в отставке, ветерана-подводника, ДРС показала «удивительную результативность и эффективность». В 1941—1943 годах ДРС Балтийского флота было взломано 256 германских и финляндских шифров, прочитано 87 362 сообщения. ДРС Северного флота (всего — 15 человек) взломала 15 кодов (в 575 вариантах) и прочитала более 55 тыс. сообщений от самолётов и авиабаз противника, что, по оценке Кулинченко, «позволило полностью контролировать всю закрытую переписку ВВС Германии». ДРС СФ также раскрыто 39 шифров и кодов используемых аварийно-спасательной, маячной и радионавигационной службами и береговой обороны противника и прочитано около 3 тыс. сообщений. Важные результаты были получены и по другим направлениям. ДРС Черноморского флота имело информацию и о текущей боевой обстановке, и даже перехватывало некоторые стратегические сообщения.

К-37 «Кристалл» — малогабаритная дисковая кодировочная машина, использовавшаяся во время Второй мировой войны на оперативно-тактическом уровне.
На ленинградском заводе No 209 им. А. А. Кулакова в 1937 году под руководством В. Н. Рытова был создан макет малогабаритного дискового шифратора. В довольно компактном устройстве, состоящем из одной упаковки весом 19 килограммов, нашел применение шифр многоалфавитной замены. В 1939 году эта шифрмашина под названием К-37 «Кристалл» была запущена в серийное производство
Машина была создана, чтобы заменить собой ручное кодирование документов в оперативном звене управления (армия — корпус — дивизия). За 1940 год было выпущено 100 комплектов К-37. А всего к началу Великой Отечественной войны было принято на вооружение шифрорганов СССР свыше 150 комплектов К-37.
Шифровальная машина К-37 «Кристалл» позволила в 5-6 раз по сравнению с ручным способом повысить скорость обработки телеграмм, сохраняя при этом гарантированную стойкость передаваемых сообщений.
Случаи взлома сообщений неизвестны.

М-100 «Спектр» — шифровальная машина, использовавшаяся во время Второй мировой войны на оперативно-стратегическом уровне.
В начале 1934 года началась разработка электромеханической шифровальной машины В-4, реализующей шифр гаммирования, предшественницы М-100 «Спектр».
В 1937 году на ленинградском заводе No 209 им. А. А. Кулакова были построены её первые опытные экземпляры (конструктор — И. П. Волосок). Серийное производство началось на заводе в 1938 году. В 1939 году В. М. Шарыгиным была проведена модернизация шифратора В-4, новая машина получила название М-100 и стала выпускаться параллельно с машиной В-4, начиная с 1940 года.
Шифровальная машина состояла из трёх основных узлов: лентопротяжного механизма с трансмиттером, клавиатуры с контактными группами, приспособления, устанавливаемого на клавиатуру пишущей машинки, и семи дополнительных блоков. Общий вес достигал 141 кг.
Была успешно испытана в боевых условиях в 1939 году на Халхин-Голе (Бои на Халхин-Голе).
Всего к началу Великой Отечественной войны на вооружение шифрорганов СССР было принято 96 комплектов М-100.
Шифровальная машина позволила в 5-6 раз по сравнению с ручным способом повысить скорость обработки телеграмм, сохраняя при этом гарантированную стойкость передаваемых сообщений.
Случаи взлома сообщений неизвестны.

США:

Механическое устройство М-94,использовалось в американской армии с 1924 по 1943 год. В основу его работы был положен принцип действия шифровального приспособления XVIII века, состоявшего из нескольких вращающихся дисков, по окружности которых были выгравированы буквы и цифры.

Американская шифровальная машина M-209 (CSP-1500) являлась заменой M-94 (CSP-885) для передачи тактических сообщений. Была разработана шведским изобретателем российского происхождения Борисом Хагелиным в конце 1930-х годов. Несколько экземпляров было приобретено для армии США, после чего дизайн был упрощён, а механические части — укреплены. Впервые машина была использована в Североафриканской кампании во время наступления в ноябре 1942 года. До начала 1960-х годов компанией Smith Corona было изготовлено около 125 тысяч устройств.

Машина состояла из 6 колёс, комбинация выступов которых давала значение сдвига для буквы текста. Период криптографической последовательности составлял 101 405 850 букв. Хотя машина не могла использоваться для шифрования серьёзного трафика (не была криптографически стойкой), M-209 была популярна в армии из-за малого веса, размера и лёгкости в обучении.




Япония:

В 1939 году японцы начали использовать для передачи дипломатической корреспонденции новую шифровальную машину “Типа 97”. В Соединенных штатах она получила романтическое кодовое название “Пурпурной”. Тип 97 был модернизацией предыдущей модели, так называемой “Красной” машины. К тому времени американцы уже “взломали” ее шифр, и специалисты соответствующего подразделения радиоконтрразведки начали работу по разгадыванию нового шифра. Ведущую роль в этих работах играл Уильям Фридман (1891 — 1969). Эмигрант из Советского Союза, он к этому времени был уже автором нескольких оригинальных работ, где излагались основные принципы современной криптографии (фото стр. 36). Его жена Элизабет также была криптографом, и иногда они работали вместе. После войны успешная работа Фридмана привела к созданию в США Агентства Национальной безопасности и по сей день отвечающего за безопасность государственных каналов связи, зашифровку своих и расшифровку чужих сообщений.

Но это случилось в далеком 1952 году, а пока американцы продолжали перехват сообщений, зашифрованных “Пурпурным” и “Красным” кодами. Это было единственной информацией, которая могла бы помочь создать свой аналог “Пурпурной” машины. Прорыв состоялся, когда криптографы попытались использовать шаговые искатели, применяемые в телефонии. По счастливому совпадению они работали, основываясь на том же принципе, что и переключатели “Пурпурной” машины. В конце 1940 года У. Фридман и его команда из военно-морской контрразведки были в состоянии создать свой вариант “Пурпурной” машины. Он оказался столь эффективным, что текст официального объявления войны Японией, направленный ею в свое посольство в Вашингтоне за день до атаки на Перл Харбор (чтобы посольские шифровальщики успели расшифровать и распечатать сообщение), оказался на столе американской разведки еще до официального вручения текста японцами.

Успешные результаты СССР по чтению зашифрованной японской дипломатической переписки позволили сделать вывод о том, что Япония не намерена начинать военные действия против СССР. Это дало возможность перебросить большое количество сил на германский фронт.





Германия:

Lorenz SZ40 (SZ/42)

С началом Второй мировой войны резко возрос объем сообщений, передаваемых по радиотелеграфу в зашифрованном виде.

Командование вермахта справедливо решило: нужны специальные средства для механизации этого процесса — и заказало нужное ему устройство, сочетающее в себе свойства телетайпа и шифровальной машины, фирмам Lorenz и Siemens.

Заказ был выполнен, на вооружение поступила шифровальная машина Lorenz SZ40 (позже SZ/42), совмещенная с телетайпом Siemens und Halske T52.



Она обеспечивала передачу в эфир или в проводные каналы закодированной информации в стандартном коде Baudot teleprinter code.

В 1940 году британская полиция запеленговала и идентифицировала необычные сигналы, принципиально отличающиеся от более распространенной тогда техники передачи сообщений ключом и азбукой Морзе. Это были радиограммы, зашифрованные посредством SZ/42.



Их появление прозорливо не оставили без внимания, и началась операция британских специальных служб под названием Fish («Рыба»). Иногда так называли и собственно немецкую шифровальную машину, которую англичане так и не увидели до конца войны, хотя узнали о ней все необходимое.

Поначалу новые радиограммы расшифровке не поддавались, но анализ накопленных данных позволил английским инженерам и ученым прийти к выводу: передача ведется в пятибитовом коде, с использованием аддитивного метода для шифрования.

Этот метод, предложенный в 1918 году американцем Гилбертом Вернамом, на первый взгляд очень прост.

К каждому передаваемому символу механически прибавляется «по модулю два» второй символ из таблицы случайных чисел, в результате на выходе устройства формируется поток случайных чисел, который теоретически может быть расшифрован только в том случае, если у получателя имеется дубликат таблицы случайных чисел.

Внимательный анализ позволил англичанам сделать еще один важнейший вывод: в данном случае для кодирования применяются не чисто случайные, а псевдослучайные последовательности, это давало шанс. Коли так, то на будущее оставалась надежда: сохранять терпение, методично копить данные и дожидаться момента, когда оператором будет допущена ошибка, которая даст зацепку для декодирования.

И усердие было вознаграждено. Случилось это 30 августа 1941 года.

Когда из Афин в Вену передавалось длинное сообщение, принимающая сторона не смогла его принять полностью и условным, но понятным англичанам сигналом, сообщила: «Прошу повторить».

Радист в Вене сел за клавиатуру и с небольшими изменениями передал сообщение заново, но при повторе совершил непростительную оплошность, он не изменил настройку SZ/42 и повторил передачу с той же самой последовательностью псевдослучайных чисел, что и в первом случае.

Что же, и известным своей исполнительностью немецким военным иногда недостает педантизма. Это стало началом конца. Большего подарка англичанам радист сделать не мог, появилась реальная возможность начать расшифровку.

Возможность не упустили, в ошибку вцепились с упорством бульдога — любимой английской собаки. Немедленно в начале 1942 года в Исследовательской лаборатории почтового ведомства начались основные работы.

Математическая теория декодирования создана В. Д. Тутте в компании Bill Tutte Co. Методика шифрования и математические основы декодирования подробно описаны в статье «Рыба и я».

На основе работ Тутте небольшому коллективу лаборатории довольно быстро удалось создать технические средства для победы над немецкой шифровальной машиной. Для этой цели сначала были сконструированы две дополняющие друг друга механические машины, первая — аналог SZ/42, названная Tunny («Тунец»), ее использовали для декодирования.

В ней точно так же, как в прототипе, псевдослучайная последовательность генерировалась с помощью системы зубчатых шестерен, а начальные установки в этой последовательности задавались при помощи специальных ключей.
В дополнение к первой нужна была вторая машина, механизирующая перебор установок.

Теорию этого устройства предложил математик Макс Ньюман, сыгравший заметную роль при создании компьютеров в последующие годы. За ее странный вид машину назвали по имени популярного автора фантастических картинок: Heath Robinson.

В это устройство синхронно вводились две перфоленты: на одной псевдослучайная последовательность, на другой текст сообщения вводился параллельно на двух устройствах ввода. После очередного прогона осуществлялось смещение лент относительно друг друга, и операция повторялась до тех пор, пока не удавалось увидеть удачного результата перебора.

Казалось бы, задача решена, но тут выяснилось печальное обстоятельство — поиск начальных установок методом перебора занимал несколько недель, к этому моменту расшифрованная информация теряла свою актуальность.

Математическая идея машин оказалась вполне продуктивной и подтвердилась экспериментом, к тому же механический принцип Heath Robinson исключал надежную синхронизацию двух лент. Для перехода в штатный эксплуатационный режим нужна была какая-то радикальная замена для механики и перфолент.




Enigma:

Сейчас в музейном экземпляре Enigma не хватает нескольких ключевых узлов — шифровальных дисков, или роторов.

Идея, лежащая в основе машины, совсем не сложна. Она восходит к шифрам Юлия Цезаря, где выполняется простая парная замена символов входного текста по таблице соответствия.

Такие шифры очень просто разгадать путем простейшей статистической обработки текста. Но если парную замену произвести несколько раз, то количество вариантов экспоненциально возрастает, и расшифровка становится затруднительной.

Для механизации этого процесса в Enigma применяются роторы, каждый из которых имеет по 26 символов латинского алфавита по периметру, а совместно они образуют шифрующий узел, выполняющий замену входного потока символов случайными символами. В стандартной шифровальной машине, использовавшейся в немецкой армии, было шесть или семь таких дисков. Авторы считали свою конструкцию абсолютно надежной.

Существовал специальный механизм для синхронизации случайной выборки.

Enigma — название одной из моделей большого класса машин, которая стала известна благодаря истории с ее расшифровкой. Такого типа устройств было немало, есть косвенные сведения, что подобные шифровальные средства использовались и в армиях многих других стран, в том числе и в советской. Не все, что связано с Enigma, стало предметом гласности.

Простейшее из движения ротора — это движение по принципу однометра; оно использовалось в машине Enigma.

При шифровании одного знака правое крайнее колесо проворачивается на одну позицию. Когда это (или любое другое) колесо переместится на m позиций и совершит полный оборот, колесо, расположенное слева от него, передвинется на одну позицию, и процесс будет повторяться. Этот процесс проведёт банк роторов сквозь все его возможные положения, прежде чем цикл повториться. Поскольку все роторы перемещаются с разными скоростями, период n-роторной машины составляет 26*n (при m = 26).

Улучшение по принципу движения однометра получается путём поворота каждого ротора более чем на одну позицию. Если смещения каждого ротора не имеют общих множителей с объёмом алфавита m, то период останется максимальным.

Также применялись фиксирующие кольца, на которых определённым способом зафиксированы места остановок роторов. Например, первому колесу можно останавливаться в каждой из 26 позиций, второму — только в 25 позициях и так далее до последнего колеса. Потеря в длине периода с успехом окупается полученной сложностью движения роторов.

В популярной литературе славу расшифровки Enigma приписывают английской контрразведке и лично Алану Тьюрингу, привлеченному к решению этой задачи.

Бесспорно, у британцев немало заслуг, но история вопроса гораздо интереснее и драматичнее.

Своими корнями она уходит в 20-е годы, когда развернулась дуэль двух разведок: немецкой и польской. Даже в специальных книгах об Enigma роль польских ученых сведена до минимума, иногда говорят, будто поляки где-то выкрали экземпляр. На самом деле теоретические работы начались в 20-е годы в Познаньском университете, лидером здесь был Мариан Режевский. Уже в середине 30-х польские военные с успехом декодировали огромное количество германских радиоперехватов. Режевским была изобретена машина bomba kryptologiczna — криптологическая бомба.

Немцы постоянно усложняли алгоритм Enigma, что привело к развязыванию технической войны разведок. На завершающем этапе инициатива действительно перешла к англичанам. Алан Тьюринг и Гордон Велчман построили машину, названную ими в знак уважения к польским коллегам Bomba. Она представляла собой зеркальное отражение Enigma — те же роторы, но, условно говоря, вращающиеся в обратном направлении.


Г. Гудериан рядом с аппаратом Энигма