Шифровальная машина немцев. Без грифа секретно: Охота за «Энигмой

История электрической роторной шифровальной машины «Энигма» начинается в 1917 году с патента , полученного голландцем Хьюго Кочем. В следующем году патент был перекуплен Артуром Шербиусом , начавшим коммерческую деятельность с продажи экземпляров машины как частным лицам, так и немецким армии и флоту . До середины 1920-х годов продажи шли плохо, в частности, из-за высокой цены .

В июне 1924 года британская криптографическая служба (Room 40) заинтересовалась устройством машины. С этой целью была закуплена партия машин у германской компании Chiffrier-maschinen AG, производившей «Энигму». Одним из условий сделки была регистрация патента в британском патентном бюро, благодаря чему криптографическая служба получила доступ к описанию криптографической схемы .

Польский этап

Первые перехваты сообщений, зашифрованных при помощи «Энигмы», относятся к 1926 году. Однако прочитать их долгое время не могли. В январе 1929 года коробка с коммерческим вариантом «Энигмы» случайно попала на варшавскую таможню. Германия попросила вернуть коробку, после чего её содержимым заинтересовались поляки. По поручению польского «Бюро шифров» машина была изучена специалистами фирмы «AVA», в том числе её руководителем криптоаналитиком Антонием Пальтхом, после чего коробку отправили в германское посольство. Изучение машины не позволило дешифровать сообщения, к тому же германские военные использовали свой, усиленный вариант «Энигмы» .

В 1928-29 годах в Польше были организованы первые математические курсы по криптографии. Слушателями были два десятка студентов-математиков со знанием немецкого языка. Трое из слушателей - Мариан Реевский , Генрих Зыгальский и Ежи Рожицкий - поступили на службу в «Бюро шифров» . Впоследствии именно они получат первые результаты по вскрытию кода «Энигмы» .

В 1931 году сотрудник шифрбюро министерства обороны Германии Ганс-Тило Шмидт , ставший уже агентом «Аше», начал передавать французской разведке вышедшие из употребления коды, которые, согласно служебным обязанностям, ему требовалось уничтожать, а также передал инструкцию по использованию военного варианта «Энигмы». Среди причин, побудивших Ганс-Тило сделать это, были и материальное вознаграждение, и обида на родную страну, не оценившую его успехи во время Первой мировой войны , и зависть к армейской карьере брата Рудольфа Шмидта . Первыми двумя документами стали «Gebrauchsanweisung für die Chiffriermaschine Enigma» и «Schlüsselanleitung für die Chiffriermaschine Enigma» . Французская и английская разведки, однако, не проявили интереса к полученным данным - возможно, считалось, что вскрыть шифр «Энигмы» невозможно. Полковник французской разведки Гюстав Бертран передал материалы польскому «Бюро шифров» и продолжал передавать им дальнейшую информацию от агента до осени 1939 года .

настроек коммутационной панели; (нем. Steckerverbindungen )
порядка установки роторов; (нем. Walzenlage )
положений колец; (нем. Ringstellung )
начальных установок роторов. (нем. Kenngruppen )

Однако оператор не должен был использовать дневной ключ для шифрования сообщений. Вместо этого оператор придумывал новый ключ из трёх букв (нем. Spruchschlüssel ) и дважды шифровал его с использованием дневного ключа. После чего настройки роторов менялись в соответствии с придуманным ключом и производилось шифрование сообщения .

Усилия Мариана сосредоточились на анализе уязвимости протокола обмена сообщениями, а именно - на повторении ключа сообщения. Из ежедневных сообщений выбирались первые шесть букв и на их основе составлялась таблица соответствия (примеры взяты из книги Сингха ):

Сообщение 1	L	O	K	R	G	M	…
Сообщение 2	M	V	T	X	Z	E	…
Сообщение 3	J	K	T	M	P	E	…
Сообщение 4	D	V	Y	P	Z	X	…

1-я буква	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M	N	O	P	Q	R	S	T	U	V	W	X	Y	Z
4-я буква				P						M		R	X

Если сообщений было достаточно, то таблица заполнялась полностью.

1-я буква	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M	N	O	P	Q	R	S	T	U	V	W	X	Y	Z
4-я буква	F	Q	H	P	L	W	O	G	B	M	V	R	X	U	Y	C	Z	I	T	N	J	E	A	S	D	K

Особенность полного варианта таблицы заключалась в том, что пока дневной ключ остаётся без изменений, содержимое таблицы также не меняется. И, с большой степени вероятности, наоборот. Можно было бы составить каталог таблиц… однако их количество равно 26!, что делает эту работу невозможной в обозримое время. Реевский стал пытаться выделить из таблиц некоторые шаблоны или найти некоторые структурные закономерности. И это ему удалось. Он стал рассматривать цепочки букв следующего вида :

1-я буква	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M	N	O	P	Q	R	S	T	U	V	W	X	Y	Z
A → F → W → A	↓					↓																	↓
4-я буква	F	Q	H	P	L	W	O	G	B	M	V	R	X	U	Y	C	Z	I	T	N	J	E	A	S	D	K

В примере полной таблицы выше таких цепочек оказалось 4:

A → F → W → A
B → Q → Z → K → V → E → L → R → I → B
C → H → G → O → Y → D → P → C
J → M → X → S → T → N → U → J

Следующим открытием Мариана стало то, что хотя конкретные буквы зависели от дневной настройки «Энигмы» полностью, количество цепочек и букв в них задавалось только настройками роторов. Так как количество роторов было равно 3 (но они могли стоять в любом порядке), а начальная настройка состояла из трех букв латинского алфавита, то число вариантов было равно 3 ! ∗ 26 3 = 105456 {\displaystyle 3!*26^{3}=105456} . Это было значительно меньше чем 26!, что позволило, используя построенные (или украденные) машины «Энигма» составить каталог, содержащий все возможные цепочки. Данная работа заняла почти год, однако результатом стала возможность читать германскую переписку .

Как отмечает Сингх, именно возможность разделить задачу на две составляющих (настройки роторов и настройки коммутационной панели) позволили Реевскому справиться с данной задачей, а также помощь как математиков «Бюро шифров», так и Шмидта :

После того, как настройки роторов для дневного сообщения были восстановлены, оставалось выяснить настройки коммутационной панели. С криптографической точки зрения это был простой моноалфавитный шифр , дополнительно ограниченный лишь 6 парами замен букв. Текст даже часто не требовалось подвергать частотному криптоанализу, а всего-лишь присмотреться к строкам вроде «alliveinbelrin» (англ. arrive in Berlin с заменой R ↔ L) и другим, которые было легко восстановить «на глаз» .

В 1934 году Германия начала менять конфигурацию положения роторов каждый месяц вместо каждого квартала. В ответ на это Мариан Реевский спроектировал устройство под названием «циклометр», позволяющий быстро воссоздать каталог циклов .

15 декабря 1938 года Германия добавила 4-й и 5-й роторы, а 1 января 1939 года увеличила количество соединений коммутационной панели с 6 до 10. Всё это значительно затруднило криптоанализ «Энигмы» .

PC Bruno

Британский этап

Дальнейшая работа по взлому «Энигмы» проходила в секретном центре британской разведки «Station X», известном впоследствии как Блетчли-парк .

Кадры

Руководителем проекта был назначен ветеран военной разведки Алистер Деннистон . Работу по дешифровке возглавил коллега Деннистона по комнате № 40 , известный лингвист и криптоаналитик Альфред Нокс («Dilly» Knox). За общую организацию работы отвечал профессор-математик Гордон Уэлчман . Деннистон начал набирать штат криптоаналитиков по принципу умственных способностей: лингвистов, математиков, шахматистов, чемпионов по решению кроссвордов , египтологов и даже палеонтологов . В частности, одним из первых был принят известный шахматный мастер Стюарт Милнер-Бэрри (Stuart Milner-Barry). Среди математиков был и молодой профессор логики из Кембриджа - Алан Тьюринг .

Метод

Перехват радиосообщений противника выполняли десятки приемных станций, имевших кодовое название «Y-station». Ежедневно в Блетчли-парк поступали тысячи таких сообщений. Блетчли-парк имел в своем распоряжении точную копию «Энигмы», поэтому расшифровка сообщений сводилась к подбору установки дисков и, для более поздних моделей, - штекерного коммутатора. Сложность задачи усугублялась тем, что установки роторов менялись ежедневно, поэтому службы дешифровки работали круглосуточно в три смены .

Конструкция «Энигмы» при правильном использовании обеспечивала практически полную секретность . На практике, однако, со стороны немецких пользователей «Энигмы» зачастую допускались небрежные действия, дававшие подсказки британским аналитикам (такие подсказки на сленге английских студентов назывались cribs ). Именно на использовании и систематизации таких погрешностей и был основан метод дешифровки.

Подсказками служили любые часто повторяющиеся тексты, такие как приветствия, цифры (кодировались по произношению: «один», «два» и т. д. ). Все подсказки заносились в картотеку (Index) вместе с контекстом: почерком радиста, местом и временем передачи и т. п.

При отсутствии необходимого количества подсказок, особенно накануне крупных операций, проводились специальные мероприятия по их получению. Этот прием получил кодовое название «садоводство » (англ. gardening ). Например, перед выходом очередного полярного конвоя проводилось демонстративное минирование определённого участка моря. Если противник докладывал результаты разминирования с указанием заранее известных координат, это давало искомую подсказку.

Тьюринг

Одним из основных теоретиков Блетчли-парка был Алан Тьюринг . После изучения польских материалов Тьюринг пришёл к выводу, что использовать прежний подход с полным перебором сообщений уже не получится. Во-первых, это потребует создания более 30 машин польского типа, что во много раз превышало годовой бюджет «Station X», во-вторых, можно было ожидать, что Германия может исправить конструктивный недостаток, на котором основывался польский метод. Поэтому он разработал собственный метод, основанный на переборе последовательностей символов исходного текста.

Вскоре немцы добавили в конструкцию Энигмы коммутирующее устройство, существенно расширив этим количество вариантов кода. Возникшую для англичан задачу решил Гордон Уэлчман , предложив конструкцию «диагональной доски». В результате этой работы в августе 1940 года была построена криптоаналитическая машина Bombe . Со временем в Блетчли-Парке было установлено более 200 машин , что позволило довести темп расшифровки до двух-трёх тысяч сообщений в день .

Хотя Bombe претерпевала некоторые изменения в деталях, её общий вид оставался прежним: шкаф весом около тонны, передняя панель два на три метра и 36 групп роторов на ней, по три в каждой. Использование машины требовало специальных навыков, и сильно зависело от квалификации обслуживающего персонала - девушек-добровольцев из Women’s Royal Naval Service (англ. ) . Впоследствии, когда часть работ была перенесена в США, вместе с технологиями была направлена и часть сотрудниц .

«Живая» информация

Время от времени Германия вносила в машину конструктивные изменения или каким-либо способом усиливала криптографическую защиту. В таких случаях криптоаналитики из Блетчли-парка оказывались бессильными, и для дальнейшей работы срочно требовалось найти описание изменений или хотя бы новые экземпляры инструкций и машин «Энигма» .

Секретность

«Это моя курочка-ряба, которая несет золотые яйца, но никогда не кудахчет.»

Уинстон Черчилль о Блетчли-парке

Английское правительство делало все возможное для того, чтобы скрыть успехи в расшифровке немецких шифров как от противника, так и от руководства СССР. С этой целью все действия, основанные на данных программы «Ультра» должны были сопровождаться операциями прикрытия, маскирующими истинный источник информации . Так, для передачи сведений «Ультра» в СССР использовалась швейцарская организация Lucy, располагавшая по легенде источником в верхах немецкого руководства. Информацию, полученную от Lucy, передавал в СССР резидент советской разведки в Швейцарии Шандор Радо .

Для маскировки «Ультра» применялись фиктивные разведывательные полеты, радиоигра и т. п. мероприятия.

О существовании программы «Ультра» было известно строго ограниченному кругу лиц, число которых составляло порядка десяти человек. Необходимые сведения передавались по назначению сетью подразделений разведки, прикомандированных к штабам командующих армии и флота. Источник сведений при этом не раскрывался, что иногда приводило к недооценке британским командованием вполне надёжных сведений «Ультры» и крупным потерям (См. Гибель авианосца «Глориес»).

СССР

В числе полученной Великобританией информации были и сведения о подготовке вторжения в СССР . Несмотря на риск раскрытия источника, сведения были переданы советскому правительству . Однако Сталин не поверил в возможность нападения .

Оценки результатов

Некоторые авторы указывают, что с современной точки зрения шифр «Энигмы» был не очень надёжным . Однако в своё время его абсолютная надежность не вызывала никаких сомнений у немецких специалистов: до самого конца войны немецкое командование искало причины утечек секретной информации где угодно, но не в раскрытии «Энигмы». Именно поэтому успех британских дешифровщиков стал особенно ценным вкладом в дело победы над нацизмом.

После войны

См. также

Примечания

Случались и ошибки: среди приглашенных в проект оказался биолог капитан-лейтенант Джеффри Танди - специалист по криптогамам
Макс Ньюман , Том Флауэрс и другие специалисты попали в Блетчли-парк позднее в связи с работой над шифром «Танни ».
Шифром «Энигмы» пользовались не только армия, авиация и флот, но и военная разведка (Abwehr), железная дорога и другие службы. Все они применяли собственные установки роторов.
Важным недостатком конструкции была невозможность кодирования буквы той же самой буквой. Эта особенность «Энигмы» была широко использована при дешифровке
Тюринг подметил, что цифра «один» (нем. Eins ) встречается в 90 % сообщений. На этой основе был построен особый метод дешифровки - «eins-алгоритм». В качестве crib использовалось даже приветствие Heil Hitler и грубые ругательства, что особенно забавляло многочисленный женский персонал Блетчли-парка
Польская машина называлась «бомба» (польск. Bomba kryptologiczna - Криптологическая бомба). По-английски бомба - bomb . Её название, по одной из версий, происходит от названия десерта из мороженого Bombe glacée («One theory was that bomba was named after the ice cream, bombe glacee, which was being eaten when the machine was invented.» // Enigma: The Battle for the Code, By Hugh Sebag-Montefiore, 2002, ISBN 978-0-471-43721-5).
Изготовлением Bombe занималась компания «British Tabulating Machines» (англ. ) ; проект машины сделал главный конструктор компании Гарольд Кин (англ. Harold Keen ).
Машины и обслуживающий персонал размещались вне территории Блетчли-парка в окружающих поселках.
Версия отказа от защиты Ковентри ради сохранения секретности Ultra, не соответствует действительности и основана исключительно на воспоминаниях Ф. У. Винтерботтама, - офицера RAF не имевшего доступа к подобной информации. Версия Винтерботтама неоднократно опровергалась другими мемуаристами и историками.
СССР имел некоторые сведения о программе Ultra от своего агента в Блетчли-парке - Джона Кернкросса , одного из членов Кембриджской пятерки . Англичане не подозревали о роли Кернкросса до 1951 г.
Ф. Уинтерботем пишет, что в дальнейшем, из соображений секретности, англичане информацией не делились. Так, по мнению Уинтерботема, о Курской операции вермахта в СССР узнали из других источников. Нужно учитывать, однако, что книга Уинтерботема вышла до снятия грифа секретности с британских архивов о дешифровке кода «Лоренц» (1975), а сам он, будучи во время войны офицером ВВС, доступа к секретным сведениям об «Энигме» не имел. Архивные же материалы однозначно свидетельствуют о передаче в Москву детального плана

Но первым «Энигму» начал использовать ВМФ Германии. Это была модель Funkschlьssel C 1925 года. В 1934 году флот взял на вооружение морскую модификацию армейской машины (Funkschlьssel M или M3). Армейцы использовали на тот момент всего 3 ротора, а в М3 для большей безопасности можно было выбирать 3 ротора из 5. В 1938 году в комплект добавили еще 2 ротора, в 1939 году еще 1, так что появилась возможность выбирать 3 из 8 роторов. А в феврале 1942 года подводный флот Германии оснастили 4-роторной М4. Портативность сохранилась: рефлектор и 4-й ротор были тоньше обычных. Среди массовых «Энигм» М4 была самой защищенной. Она имела принтер (Schreibmax) в виде удаленной панели в каюте командира, а связист работал с зашифрованным текстом, без доступа к секретным данным. Но была еще и спец-спец-техника. абвер (военная разведка) применял 4-роторную «Энигму G». Уровень шифрования был так высок, что другие немецкие инстанции читать ее не могли. Ради портативности (27x25x16 см) Абвер отказался от коммутационной панели. В результате англичанам удалось взломать защиту машины, что сильно осложнило работу немецкой агентуры в Британии. «Энигму Т» («Тирпиц-машина») создали специально для связи с союзником Японией. При 8 роторах надежность была очень высока, но машина почти не использовалась. На базе М4 разработали модель М5 с комплектом из 12 роторов (4 работающих/8 сменных). А на М10 был принтер для открытого/закрытого текстов. В обеих машинах было еще одно новшество - ротор для заполнения промежутков, значительно повышавший надежность шифрования. Армия и ВВС шифровали сообщения группами по 5 символов, ВМФ - по 4 символа. Для усложнения дешифровки перехватов противником тексты содержали не более 250 символов; длинные разбивали на части и шифровали разными ключами. Для повышения защиты текст забивался «мусором» («буквенный салат»). Перевооружить все рода войск на М5 и М10 планировали летом 45-го года, но время ушло.

Итак, соседи «ослепли» в отношении военных приготовлений Германии. Активность радиосвязи немцев возросла во много раз, а расшифровать перехваты стало невозможно. Первыми встревожились поляки. Следя за опасным соседом, в феврале 1926 года они вдруг не смогли читать шифровки немецкого ВМФ, а с июля 1928 года - и шифровки рейхсвера. Стало ясно: там перешли на машинное шифрование. В январе 29-го варшавская таможня нашла «заблудившуюся» посылку. Жесткая просьба Берлина ее вернуть привлекла внимание к коробке. Там была коммерческая «Энигма». Лишь после изучения ее отдали немцам, но это не помогло вскрыть их хитрости, да и у них уже был усиленный вариант машины. Специально для борьбы с «Энигмой» военная разведка Польши создала «Шифровальное бюро» из лучших математиков, свободно говоривших по-немецки. Повезло им лишь после 4 лет топтания на месте. Удача явилась в лице офицера минобороны Германии, «купленного» в 1931 году французами. Ганс-Тило Шмидт («агент Аше»), отвечая за уничтожение устаревших кодов тогдашней 3-роторной «Энигмы», продавал их французам. Добыл им и инструкции на нее. Разорившийся аристократ нуждался в деньгах и был обижен на родину, не оценившую его заслуги в Первой мировой. Французская и английская разведки интереса к этим данным не проявили и передали их союзникам-полякам. В 1932 году талантливый математик Мариан Реевский с командой взломал чудо-машину: «Документы Аше стали манной небесной: все двери моментально открылись». Информацией агента Франция снабжала поляков до самой войны, и тем удалось создать машину-имитатор «Энигмы», назвав ее «бомбой» (популярный в Польше сорт мороженого). Ее ядром были 6 соединенных в сеть «Энигм», способных за 2 часа перебрать все 17576 положений трех роторов, т. е. все возможные варианты ключа. Ее сил хватало для вскрытия ключей рейхсвера и ВВС, а вот расколоть ключи ВМФ не получалось. «Бомбы» делала фирма AVA Wytwуrnia Radiotechniczna (это она в 1933 году воспроизвела немецкую «Энигму» - 70 штук!). За 37 дней до начала Второй мировой поляки передали союзникам свои познания, дав и по одной «бомбе». Раздавленные вермахтом французы машину потеряли, а вот англичане сделали из своей более продвинутую машину-циклометр, ставшую главным инструментом программы «Ультра». Эта программа противодействия «Энигме» была самым охраняемым секретом Британии. Расшифрованные здесь сообщения имели гриф Ultra, что выше Top secret. Блетчли-Парк: Station X: После Первой мировой англичане своих криптологов сократили. Началась война с нацистами - и пришлось срочно мобилизовать все силы. В августе 1939 года в имение Блетчли-Парк в 50 милях от Лондона под видом компании охотников въехала группа специалистов по взлому кодов. Сюда, в центр дешифровки Station X, бывший под личным контролем Черчилля, сходилась вся информация со станций радиоперехвата на территории Великобритании и за ее пределами. Фирма «British Tabulating Machines» построила здесь первую дешифровочную машину «бомба Тьюринга» (это был главный британский взломщик), ядром которой были 108 электромагнитных барабанов. Она перебирала все варианты ключа шифра при известной структуре дешифруемого сообщения или части открытого текста. Каждый барабан, вращаясь со скоростью 120 оборотов в минуту, за один полный оборот проверял 26 вариантов буквы. При работе машина (3,0 x2,1 x0,61 м, вес 1 т) тикала, как часовой механизм, чем подтвердила свое название. Впервые в истории шифры, массово создаваемые машиной, ею же и разгадывались.

Для работы было необходимо до мельчайших деталей знать физические принципы работы «Энигмы», а немцы ее постоянно изменяли. Британское командование поставило задачу: во что бы то ни стало добывать новые экземпляры машины. Началась целенаправленная охота. Сначала на сбитом в Норвегии «юнкерсе» взяли «Энигму-люфтваффе» с набором ключей. Вермахт, громя Францию, наступал так быстро, что одна рота связи обогнала своих и попала в плен. Коллекцию «Энигм» пополнила армейская. С ними разобрались быстро: шифровки вермахта и люфтваффе стали ложиться на стол британского штаба почти одновременно с немецким. Позарез была нужна самая сложная - морская М3. Почему? Главным фронтом для англичан был фронт морской. Гитлер пытался задушить их блокадой, перекрыв островной стране подвоз продовольствия, сырья, горючего, техники, боеприпасов. Его орудием был подводной флот рейха. Групповая тактика «волчьих стай» наводила ужас на англосаксов, их потери были огромны.О существовании М3 знали: на подлодке U-33 были захвачены 2 ротора, на U-13 - инструкция по ней. Во время рейда коммандос на Лофотенские острова (Норвегия) на борту немецкого сторожевика «Краб» захватили 2 ротора от М3 и ключи за февраль, машину немцы успели утопить. Более того, совершенно случайно выяснилось, что в Атлантике ходят немецкие невоенные суда, на борту которых есть спецсвязь. Так, эсминец королевского флота «Грифон» досмотрел у берегов Норвегии якобы голландское рыболовное судно «Поларис». Состоявший из крепких ребят экипаж успел бросить за борт две сумки, одну из них англичане выловили. Там были документы для шифрующего устройства. Кроме того, в войну международный обмен метеоданными прекратился - и из рейха в океан пошли переоборудованные «рыбаки». На их борту были «Энигма» и настройки на каждый день 2–3 месяцев, в зависимости от срока плавания. Они регулярно передавали погоду, и запеленговать их было легко. На перехват «метеорологов» вышли специальные оперативные группы Royal Navy. Быстроходные эсминцы буквально брали противника «на пушку». Стреляя, они старались не потопить «немца», а вогнать его экипаж в панику и не дать уничтожить спецтехнику. 7 мая 1941 года был перехвачен траулер «Мюнхен», но радист успел выбросить за борт «Энигму» и майские ключи. Но в сейфе капитана нашли ключи на июнь, шифровальную книгу ближней связи, кодовый метеожурнал и координатную сетку ВМФ. Для сокрытия захвата английская пресса писала: «Наши корабли в бою с немецким «Мюнхеном» взяли в плен его экипаж, который покинул судно, затопив его». Добыча помогла: время от перехвата сообщения до его дешифровки сократилось с 11 дней до 4 часов! Но вот срок действия ключей истек, были нужны новые.тОшибка капитана ЛемптСдача немецкой подводной лодки U-110 в плен к англичанам. 9 мая 1941г. Главный улов был сделан 8 мая 1941 г. при захвате подлодки U-110 капитан-лейтенанта Юлиуса Лемпа, атаковавшего конвой ОВ-318. Отбомбившись по U-110, суда охранения заставили ее всплыть. Капитан эсминца HMS Bulldog пошел на таран, но, увидев, что немцы в панике прыгают за борт, вовремя отвернул. Проникнув в полузатопленную лодку, абордажная группа обнаружила, что команда даже не пыталась уничтожить секретные средства связи. В это время другой корабль поднял из воды выживших немцев и запер их в трюме, чтобы скрыть происходящее. Это было очень важно. U-110 взяли: исправную «Энигму М3», комплект роторов, ключи на апрель-июнь, инструкции по шифрованию, радиограммы, журналы (личного состава, навигационный, сигнальный, радиопереговоров), морские карты, схемы минных полей в Северном море и у побережья Франции, инструкцию по эксплуатации лодок типа IXB. Добычу сравнили с победой в Трафальгарской битве, эксперты назвали ее «даром небес». Награды морякам вручал сам король Георг VI: «Вы достойны большего, но сейчас я не могу этого сделать» (через систему награждений немецкая агентура могла бы выйти на факт потери машины). Со всех была взята подписка, захват U-110 не разглашался до 1958 года. Выпотрошенную лодку утопили ради сохранения секретности. Капитан Лемп погиб. Допрос остальных немцев выявил, что они не знают об утрате секрета. На всякий случай были приняты меры по дезинформации, при пленных сетовали и сожалели: «Высадиться на лодку не удалось, она внезапно затонула». Ради секретности даже закодировали ее захват: «Операция Примула». Потрясенный успехом, первый морской лорд Паунд радировал: «Сердечно поздравляю. Ваш цветок редкостной красоты». Трофеи с U-110 принесли много пользы. Получив свежую информацию, взломщики из Блетчли-Парка стали регулярно читать связь между штабом подводных сил рейха и лодками в океане, расколов большинство сообщений, защищенных шифром «Гидра». Это помогло вскрыть другие коды ВМФ: «Нептун» (для тяжелых кораблей), «Зюйд» и «Медуза» (для Средиземного моря) и т. д. Удалось разгромить в Атлантике немецкую сеть судов разведки и снабжения подводного флота («дойные коровы»). Оперативный разведцентр узнал детали каботажного плавания немцев, схемы минирования прибрежных вод, сроки рейдов подлодок и т. д. Морские конвои стали идти в обход «волчьих стай»: с июня по август «волки Деница» нашли в Атлантике лишь 4% конвоев, с сентября по декабрь - 18%. А немцы, считая, что U-110 унесла свою тайну в пучину, систему связи не сменили. Адмирал Дениц: «Лемп исполнил свой долг и погиб как герой». Однако после выхода в 1959 году книги Роскилла «The Secret Capture» герой стал в глазах немецких ветеранов негодяем, запятнавшим свою честь: «Он не выполнил приказ об уничтожении секретных материалов! Были потоплены сотни наших лодок, напрасно погибли тысячи подводников», «не умри он от рук англичан, его должны были бы расстрелять мы». А в феврале 1942 года 4-роторная М4 заменила на лодках 3-роторную М3. Блетчли-Парк снова натолкнулся на стену. Оставалось надеяться на захват новой машины, что и произошло 30 октября 1942 года. В этот день U-559 капитан-лейтенанта Хайдтманна северо-восточнее Порт-Саида была сильно повреждена английскими глубинными бомбами. Увидев, что лодка тонет, экипаж прыгнул за борт, не уничтожив шифровальную технику. Ее нашли моряки с эсминца «Петард». Как только они передали добычу подоспевшей абордажной группе, искореженная лодка внезапно перевернулась, и двое смельчаков (Colin Grazier, Antony Fasson) ушли с нею на километровую глубину. Добычей были М4 и брошюрки «Краткий журнал позывных»/«Краткий метеошифр», напечатанные растворимой краской на розовой промокательной бумаге, которую радист должен бросать в воду при первых признаках опасности. Именно с их помощью 13 декабря 1942 года были вскрыты коды, тут же давшие штабу точные данные о позициях 12 немецких лодок. После 9 месяцев перерыва (black-out) снова началось чтение шифрограмм, не прерывавшееся уже до конца войны. Отныне уничтожение «волчьих стай» в Атлантике было лишь вопросом времени. Сразу после подъема из воды, немецких подводников полностью раздевали и отбирали всю одежду на предмет поиска документов, представляющих интерес для разведки (например, кодовых таблиц шифровальной машины Энигма). Выработалась целая технология таких операций. Бомбами лодку принуждали к всплытию и начинали обстрел из пулеметов, чтобы немцы, оставаясь на борту, не начали затопление. Тем временем к ней шла абордажная партия, нацеленная искать «что-то типа печатной машинки рядом с радиостанцией», «диски диаметром 6 дюймов», любые журналы, книги, бумаги.Действовать нужно было быстро, и удавалось это не всегда. Нередко люди гибли, не добыв ничего нового. Всего британцы захватили 170 «Энигм», в т. ч. 3–4 морских М4. Это позволило ускорить процесс дешифровки. При одновременном включении 60 «бомб» (т. е. 60 комплектов по 108 барабанов) поиск решения сокращался с 6 часов до 6 минут. Это уже позволяло оперативно реагировать на вскрытую информацию. На пике войны круглосуточно работало 211 «бомб», читавших ежедневно до 3 тысяч немецких шифровок. Их посменно обслуживали 1675 женщин-операторов и 265 механиков. Когда Station X перестала справляться с огромным потоком радиоперехватов, часть работ перенесли в США. К весне 1944 года там работало 96 «бомб Тьюринга», возникла целая фабрика по дешифровке. В американской модели с ее 2000 оборотов в минуту соответственно и расшифровка шла в 15 раз быстрее. Противоборство с М4 стало рутиной. Собственно, на этом борьба с «Энигмой» закончилась.

Почти в любое время года английская деревня выглядит одинаково: зеленые луга, коровы, средневекового вида домики и широкое небо - иногда серое, иногда - ослепительно-голубое. Оно как раз переходило от первого режима к более редкому второму, когда пригородная электричка мчала меня до станции Блетчли. Сложно представить, что в окружении этих живописных холмов закладывались основы компьютерной науки и криптографии. Впрочем, предстоящая прогулка по интереснейшему музею развеяла все возможные сомнения.

Такое живописное место, конечно, было выбрано англичанами не случайно: неприметные бараки с зелеными крышами, расположенные в глухой деревне, - это как раз то, что было нужно, чтобы спрятать сверхсекретный военный объект, где непрерывно трудились над взломом шифров стран «оси». Пусть со стороны Блетчли-парк и не впечатляет, но та работа, которую здесь выполняли, помогла переломить ход войны.

Криптохатки

В военные времена в Блетчли-парк въезжали через главные ворота, предъявляя охране пропуск, а теперь покупают билетик на проходной. Я задержался там еще чуть-чуть, чтобы посмотреть на прилегающий магазин сувениров и временную экспозицию, посвященную технологиям разведки Первой мировой (кстати, тоже интереснейшая тема). Но главное ждало впереди.

Собственно Блетчли-парк - это около двадцати длинных одноэтажных построек, которые на английском называют hut, а на русский обычно переводят как «домик». Я про себя называл их «хатками», совмещая одно с другим. Помимо них, есть особняк (он же Mansion), где работало командование и принимались высокие гости, а также несколько вспомогательных построек: бывшие конюшни, гараж, жилые дома для персонала.

Те самые домики

Усадьба во всей красе

Внутри усадьба выглядит побогаче, чем хатки

У каждого домика - свой номер, причем номера эти имеют историческое значение, вы обязательно встретите их в любом рассказе о Блетчли-парке. В шестой, к примеру, поступали перехваченные сообщения, в восьмом занимались криптоанализом (там и работал Алан Тьюринг), в одиннадцатом стояли вычислительные машины - «бомбы». Четвертый домик позже выделили под работу над вариантом «Энигмы», который использовался на флоте, седьмой - под японскую вариацию на тему «Энигмы» и другие шифры, в пятом анализировали передачи, перехваченные в Италии, Испании и Португалии, а также шифровки немецкой полиции. Ну и так далее.

Посещать домики можно в любом порядке. Обстановка в большинстве из них очень похожая: старая мебель, старые вещи, истрепанные тетради, плакаты и карты времен Второй мировой. Все это, конечно, не лежало здесь восемьдесят лет: домики сначала переходили от одной государственной организации к другой, потом были заброшены, и только в 2014 году реставраторы скрупулезно восстановили их, спася от сноса и превратив в музей.

К этому, как принято в Англии, подошли не только тщательно, но и с выдумкой: во многих комнатах из спрятанных динамиков раздаются голоса актеров и звуки, которые создают впечатление, будто вокруг кипит работа. Заходишь и слышишь стук пишущей машинки, чьи-то шаги и радио вдалеке, а затем «подслушиваешь» чей-то оживленный разговор о недавно перехваченной шифровке.

Но настоящая диковинка - это проекции. Например, вот этот мужчина, который как бы сидит за столом, поприветствовал меня и вкратце рассказал о местных порядках.

Во многих комнатах царит полумрак - чтобы лучше были видны проекции

Интереснее всего, конечно, было посмотреть на рабочий стол Алана Тьюринга. Его кабинет находится в восьмом домике и выглядит очень скромно.

Примерно так выглядел стол Алана Тьюринга

Ну а на само творение Тьюринга - машину для расшифровки «Энигмы» - можно взглянуть в доме номер 11 - там же, где в свое время была собрана самая первая модель «бомбы».

Криптологическая бомба

Возможно, для вас это будет новостью, но Алан Тьюринг был не первым, кто расшифровал «Энигму» методом механического перебора. Его работе предшествует исследование польского криптографа Мариана Реевского. Кстати, именно он назвал машину для расшифровки «бомбой».

Польская «бомба» была значительно проще. Обратите внимание на роторы сверху

Почему «бомба»? Есть несколько разных версий. Например, по одной так якобы назывался любимый Реевским и коллегами сорт мороженого, который продавали в кафе неподалеку от бюро шифрования польского генштаба, и они позаимствовали это название. Куда более простое объяснение - в том, что в польском языке слово «бомба» может использоваться для восклицания вроде «эврика!». Ну и совсем простой вариант: машина тикала подобно бомбе.

Незадолго до захвата Польши Германией польские инженеры передали англичанам все наработки, связанные с декодированием немецких шифров, в том числе чертежи «бомбы», а также работающий экземпляр «Энигмы» - не немецкой, а польского клона, который они успели разработать до вторжения. Остальные наработки поляков были уничтожены, чтобы разведка Гитлера ничего не заподозрила.

Проблема заключалась в том, что польский вариант «бомбы» был рассчитан только на машину «Энигма I» с тремя фиксированными роторами. Еще до начала войны немцы ввели в эксплуатацию усовершенствованные варианты «Энигмы», где роторы заменялись каждый день. Это сделало польский вариант полностью непригодным.

Если вы смотрели «Игру в имитацию», то уже неплохо знакомы с обстановкой в Блетчли-парке. Однако режиссер не удержался и сделал несколько отступлений от реальных исторических событий. В частности, Тьюринг не создавал прототип «бомбы» собственноручно и никогда не называл ее «Кристофером».

Популярный английский актер Криптокод Подбирач в роли Алана Тьюринга

На основе польской машины и теоретических работ Алана Тьюринга инженеры British Tabulating Machine Company создали те «бомбы», которые поставлялись в Блетчли-парк и на другие секретные объекты. К концу войны машин было уже 210, однако с окончанием военных действий все «бомбы» уничтожили по приказу Уинстона Черчилля.

Зачем британским властям понадобилось уничтожать такой прекрасный дата-центр? Дело в том, что «бомба» не является универсальным компьютером - она предназначена исключительно для декодирования сообщений, зашифрованных «Энигмой». Как только нужда в этом отпала, машины тоже стали ненужными, а их компоненты можно было распродать.

Другой причиной, возможно, было предчувствие, что Советский Союз в дальнейшем окажется не лучшим другом Великобритании. Что, если в СССР (или где-нибудь еще) стали бы использовать технологию, похожую на «Энигму»? Тогда лучше никому не демонстрировать возможность вскрывать ее шифры быстро и автоматически.

С военных времен сохранилось только две «бомбы» - они были переданы в GCHQ, Центр правительственной связи Великобритании (считай, современный аналог Блетчли-парка). Говорят, они были демонтированы в шестидесятые годы. Зато в GCHQ милостиво согласились предоставить музею в Блетчли старые чертежи «бомб» - увы, не в лучшем состоянии и не целиком. Тем не менее силами энтузиастов их удалось восстановить, а затем создать и несколько реконструкций. Они-то сейчас и стоят в музее.

Занятно, что во время войны на производство первой «бомбы» ушло около двенадцати месяцев, а вот реконструкторы из BCS Computer Conservation Society , начав в 1994 году, трудились около двенадцати лет. Что, конечно, неудивительно, учитывая, что они не располагали никакими ресурсами, кроме своих сбережений и гаражей.

Как работала «Энигма»

Итак, «бомбы» использовались для расшифровки сообщений, которые получались на выходе после шифрования «Энигмой». Но как именно она это делает? Подробно разбирать ее электромеханическую схему мы, конечно, не будем, но общий принцип работы узнать интересно. По крайней мере, мне было интересно послушать и записать этот рассказ со слов работника музея.

Устройство «бомбы» во многом обусловлено устройством самой «Энигмы». Собственно, можно считать, что «бомба» - это несколько десятков «Энигм», составленных вместе таким образом, чтобы перебирать возможные настройки шифровальной машины.

Самая простая «Энигма» - трехроторная. Она широко применялась в вермахте, и ее дизайн предполагал, что ей сможет пользоваться обычный солдат, а не математик или инженер. Работает она очень просто: если оператор нажимает, скажем, P, под одной из букв на панели загорится лампочка, например под буквой Q. Остается только перевести в морзянку и передать.

Важный момент: если нажать P еще раз, то очень мал шанс снова получить Q. Потому что каждый раз, когда ты нажимаешь кнопку, ротор сдвигается на одну позицию и меняет конфигурацию электрической схемы. Такой шифр называется полиалфавитным.

Посмотрите на три ротора наверху. Если вы, например, вводитие Q на клавиатуре, то Q сначала заменится на Y, потом на S, на N, потом отразится (получится K), снова трижды изменится и на выходе будет U. Таким образом, Q будет закодирована как U. Но что, если ввести U? Получится Q! Значит, шифр симметричный. Это было очень удобно для военных применений: если в двух местах имелись «Энигмы» с одинаковыми настойками, можно было свободно передавать сообщения между ними.

У этой схемы, правда, есть большой недостаток: при вводе буквы Q из-за отражения в конце ни при каких условиях нельзя было получить Q. Немецкие инженеры знали об этой особенности, но не придали ей особого значения, а вот британцы нашли возможность эксплуатировать ее. Откуда англичанам было известно о внутренностях «Энигмы»? Дело в том, что в ее основе лежала совершенно не секретная разработка. Первый патент на нее был подан в 1919 году и описывал машину для банков и финансовых организаций, которая позволяла обмениваться шифрованными сообщениями. Она продавалась на открытом рынке, и британская разведка успела приобрести несколько экземпляров. По их же примеру, кстати, была сделана и британская шифровальная машина Typex, в которой описанный выше недостаток исправлен.

Самая первая модель Typex. Целых пять роторов!

У стандартной «Энигмы» было три ротора, но всего можно было выбрать из пяти вариантов и установить каждый из них в любое гнездо. Именно это и отражено во втором столбце - номера роторов в том порядке, в котором их предполагается ставить в машину. Таким образом, уже на этом этапе можно было получить шестьдесят вариантов настроек. Рядом с каждым ротором расположено кольцо с буквами алфавита (в некоторых вариантах машины - соответствующие им числа). Настройки для этих колец - в третьем столбце. Самый широкий столбец - это уже изобретение немецких криптографов, которого в изначальной «Энигме» не было. Здесь приведены настройки, которые задаются при помощи штекерной панели попарным соединением букв. Это запутывает всю схему и превращает ее в непростой пазл. Если посмотреть на нижнюю строку нашей таблицы (первое число месяца), то настройки будут такими: в машину слева направо ставятся роторы III, I и IV, кольца рядом с ними выставляются в 18, 24 и 15, а затем на панели штекерами соединяются буквы N и P, J и V и так далее. С учетом всех этих факторов получается около 107 458 687 327 300 000 000 000 возможных комбинаций - больше, чем прошло секунд с Большого взрыва. Неудивительно, что немцы считали эту машину крайне надежной.

Существовало множество вариантов «Энигмы», в частности на подводных лодках использовался вариант с четырьмя роторами.

Взлом «Энигмы»

Взломать шифр, как водится, позволила ненадежность людей, их ошибки и предсказуемость.

Руководство к «Энигме» говорит, что нужно выбрать три из пяти роторов. Каждая из трех горизонтальных секций «бомбы» может проверять одно возможное положение, то есть одна машина единовременно может прогнать три из шестидесяти возможных комбинаций. Чтобы проверить все, нужно либо двадцать «бомб», либо двадцать последовательных проверок.

Однако немцы сделали приятный сюрприз английским криптографам. Они ввели правило, по которому одинаковое положение роторов не должно повторяться в течение месяца, а также в течение двух дней подряд. Звучит так, будто это должно было повысить надежность, но в реальности привело к обратному эффекту. Получилось, что к концу месяца количество комбинаций, которые нужно было проверять, значительно уменьшалось.

Вторая вещь, которая помогла в расшифровке, - это анализ трафика. Англичане слушали и записывали шифрованные сообщения армии Гитлера с самого начала войны. О расшифровке тогда речь не шла, но иногда бывает важен сам факт коммуникации плюс такие характеристики, как частота, на которой передавалось сообщение, его длина, время дня и так далее. Также при помощи триангуляции можно было определить, откуда было отправлено сообщение.

Хороший пример - передачи, которые поступали с Северного моря каждый день из одних и тех же локаций, в одно и то же время, на одной и той же частоте. Что это могло быть? Оказалось, что это метеорологические суда, ежедневно славшие данные о погоде. Какие слова могут содержаться в такой передаче? Конечно, «прогноз погоды»! Такие догадки открывают дорогу для метода, который сегодня мы называем атакой на основе открытых текстов, а в те времена окрестили «подсказками» (cribs).

Поскольку мы знаем, что «Энигма» никогда не дает на выходе те же буквы, что были в исходном сообщении, нужно последовательно сопоставить «подсказку» с каждой подстрокой той же длины и посмотреть, нет ли совпадений. Если нет, то это строка-кандидат. Например, если мы проверяем подсказку «погода в Бискайском заливе» (Wettervorhersage Biskaya), то сначала выписываем ее напротив шифрованной строки.

Q F Z W R W I V T Y R E * S* X B F O G K U H Q B A I S E Z

W E T T E R V O R H E R * S* A G E B I S K A Y A

Видим, что буква S шифруется сама в себя. Значит, подсказку нужно сдвинуть на один символ и проверить снова. В этом случае совпадать будет сразу несколько букв - двигаем еще. Совпадает R. Двигаем еще дважды, пока не наталкиваемся на потенциально правильную подстроку.

Если бы мы имели дело с шифром подстановки, то на этом можно было бы и закончить. Но поскольку это полиалфавитный шифр, нам нужны настройки и исходные положения роторов «Энигмы». Именно их и подбирали при помощи «бомб». Для этого пары букв нужно сначала пронумеровать.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

R W I V T Y R E S X B F O G K U H Q B A I S E

W E T T E R V O R H E R S A G E B I S K A Y A

А затем на основе этой таблицы составить так называемое «меню» - схему, по которой видно, какая буква исходного сообщения (то есть «подсказки») в какую букву предположительно шифруется и в какой позиции. По этой схеме и настраивается «бомба».

Каждый из барабанов может принять одно из 26 положений - по одному на каждую перебираемую букву алфавита. За каждым из барабанов - 26 контактов, которые толстыми шлейфами соединяются таким образом, чтобы машина искала настройки штекерной панели, дающие последовательные совпадения букв шифрованной строки с подсказкой.

Поскольку строение «бомбы» не учитывает устройство коммутаций внутри «Энигмы», она по ходу работы выдает несколько вариантов, которые оператор должен проверить. Часть из них не подойдет просто потому, что в «Энигме» к одному гнезду можно подключить только один штекер. Если настройки не подходят, оператор запускает машину снова, чтобы получить следующий вариант. Примерно за пятнадцать минут «бомба» переберет все варианты для выбранной позиции барабанов. Если она угадана верно, то остается подобрать настройки колец - уже без автоматики (не будем погружаться в подробности). Затем на модифицированных для совместимости с «Энигмой» английских машинах Typex шифровки переводили в чистый текст.

Таким образом, оперируя целым парком из «бомб», британцы к концу войны каждый день получали актуальные настройки еще до завтрака. Всего у немцев было около полусотни каналов, по многим из которых передавались гораздо более интересные вещи, чем прогноз погоды.

Разрешается трогать руками

В музее Блетчли-парка можно не только смотреть по сторонам, но и прикоснуться к дешифровке собственноручно. В том числе - при помощи столов-тачскринов. Каждый из них дает свое задание. В этом, например, предлагается совмещать листы Банбури (Banburismus). Это ранний метод дешифровки «Энигмы», который применялся до создания «бомб». Увы, таким способом расшифровать что-то в течение суток было невозможно, а в полночь все успехи превращались в тыкву из-за очередной смены настроек.

Муляж «дата-центра» в Hut 11

Что же стоит в домике номер 11, где раньше была «серверная», если все «бомбы» были уничтожены в прошлом веке? Честно говоря, я все же в глубине души надеялся зайти сюда и обнаружить все в том же виде, что и когда-то. Увы, нет, но зал все равно не пустует.

Здесь стоят вот такие железные конструкции с фанерными листами. На одних - фотографии «бомб» в натуральную величину, на других - цитаты из рассказов тех, кто здесь работал. Ими были в основном женщины, в том числе из WAF - женской службы ВВС Великобритании. Цитата на снимке говорит нам о том, что переключение шлейфов и присмотр за «бомбами» был вовсе не легкой задачей, а изматывающим ежедневным трудом. Кстати, между муляжами спрятана очередная серия проекций. Девушка рассказывает своей подруге о том, что понятия не имела, где ей предстоит служить, и полностью поражена происходящим в Блетчли. Что ж, я был тоже поражен необычным экспонатом!

В общей сложности я провел в Блетчли-парке пять часов. Этого едва-едва хватило, чтобы хорошенько посмотреть центральную часть и мельком - все остальное. Было настолько интересно, что я даже не заметил, как прошло время, пока ноги не начали ныть и проситься обратно - если не в гостиницу, то хотя бы в электричку.

А помимо домиков, полутемных кабинетов, восстановленных «бомб» и длинных стендов с сопроводительными текстами, было на что посмотреть. Про зал, посвященный шпионажу во время Первой мировой, я уже упомянул, был еще зал про дешифровку «Лоренца» и создание компьютера Colossus . Кстати, в музее я обнаружил и сам «Колосс», вернее ту часть, что успели построить реконструкторы.

Самых выносливых уже за территорией Блетчли-парка ждет небольшой музей компьютерной истории, где можно ознакомиться с тем, как вычислительная техника развивалась после Тьюринга. Туда я тоже заглянул, но прошел уже быстрым шагом. На BBC Micro и «Спектрумы» я уже насмотрелся в других местах - вы можете сделать это, например, на питерском фестивале Chaos Constructions. А вот живую «бомбу» где попало не встретишь.

Немецкая шифровальная машинка была названа "Загадкой" не для красного словца. Вокруг истории ее захвата и расшифровки радиоперехватов ходят легенды, и во многом этому способствует кинематограф. Мифы и правда о немецком шифраторе - в нашем материале.

Перехвату противником сообщений, как известно, можно противопоставить только их надежную защиту или шифрование. История шифрования уходит корнями в глубь веков — один из самых известных шифров называется шифром Цезаря. Потом предпринимались попытки механизации процесса шифрования и дешифрования: до нас дошел диск Альберти, созданный в 60-х годах XV века Леоном Баттиста Альберти, автором "Трактата о шифрах" — одной из первых книг об искусстве шифровки и дешифровки.

Машинка Enigma, использовавшаяся Германией в годы Второй мировой войны, была не уникальна. Но от аналогичных устройств, взятых на вооружение другими странами, она отличалась относительной простотой и массовостью использования: применить ее можно было практически везде — и в полевых условиях, и на подводной лодке. История Enigma берет начало в 1917 году — тогда голландец Хьюго Коч получил на нее патент. Работа ее заключалась в замене одних букв другими за счёт вращающихся валиков.

Историю декодирования машины Enigma мы знаем в основном по голливудским блокбастерам о подводных лодках. Однако фильмы эти, по мнению историков, имеют мало общего с реальностью.

Например, в картине 2000 года U-571 рассказывается о секретном задании американских моряков захватить шифровальную машинку Enigma, находящуюся на борту немецкой субмарины U-571. Действие разворачивается в 1942 году в Северной Атлантике. Несмотря на то, что фильм отличается зрелищностью, история, рассказанная в нем, совершенно не отвечает историческим фактам. Подводная лодка U-571 действительно состояла на вооружении нацистской Германии, но была потоплена в 1944 году, а машинку Enigma американцам удалось захватить лишь в самом конце войны, и серьезной роли в приближении Победы это не сыграло. К слову, в конце фильма создатели сообщают исторически верные факты о захвате шифратора, однако появились они по настоянию консультанта картины, англичанина по происхождению. С другой стороны режиссер фильма Джонатан Мостов заявил, что его лента "представляет собой художественное произведение".

Европейские же фильмы стараются соблюсти историческую точность, однако доля художественного вымысла присутствует и в них. В фильме Майкла Аптеда "Энигма", вышедшего в 2001 году, рассказывается история математика Тома Джерико, которому предстоит всего за четыре дня разгадать обновленный код немецкой шифровальной машинки. Конечно, в реальной жизни на расшифровку кодов ушло гораздо больше времени. Сначала этим занималась криптологическая служба Польши. И группа математиков — Мариан Реевский, Генрих Зыгальский и Ежи Рожицкий, — изучая вышедшие из употребления немецкие шифры, установили, что так называемый дневной код, который меняли каждый день, состоял из настроек коммутационной панели, порядка установки роторов, положений колец и начальных установок ротора. Случилось это в 1939 году, еще перед захватом Польши нацистской Германией. Также польское "Бюро шифров", созданное специально для "борьбы" с Enigma, имело в своем распоряжении несколько экземпляров работающей машинки, а также электромеханическую машинку Bomba, состоявшую из шести спаренных немецких устройств, которая помогала в работе с кодами. Именно она впоследствии стала прототипом для Bombe — изобретения Алана Тьюринга.

Свои наработки польская сторона сумела передать британским спецслужбам, которые и организовали дальнейшую работу по взлому "загадки". Кстати, впервые британцы заинтересовали Enigma еще в середине 20-х годов, однако, быстро отказались от идеи расшифровать код, видимо, посчитав, что сделать это невозможно. Однако с началом Второй мировой войны ситуация изменилась: во многом благодаря загадочной машинке Германия контролировала половину Атлантики, топила европейские конвои с продуктами и боеприпасами. В этих условиях Великобритании и другим странам антигитлеровской коалиции обязательно нужно было проникнуть в загадку Enigma.

Сэр Элистер Деннисон, начальник Государственной школы кодов и шифров, которая располагалась в огромном замке Блетчли-парк в 50 милях от Лондона, задумал и провел секретную операцию Ultra, обратившись к талантливым выпускникам Кембриджа и Оксфорда, среди которых был и известный криптограф и математик Алан Тьюринг. Работе Тьюринга над взломом кодов машинки Enigma посвящен вышедший в 2014 году фильм "Игра в имитацию". Еще в 1936 году Тьюринг разработал абстрактную вычислительную "машину Тьюринга", которая может считаться моделью компьютера — устройства, способного решить любую задачу, представленную в виде программы — последовательности действий. В школе кодов и шифров он возглавлял группу Hut 8, ответственную за криптоанализ сообщений ВМФ Германии и разработал некоторое количество методов взлома немецкого шифратора. Помимо группы Тьюринга, в Блетчли-парке трудились 12 тысяч сотрудников. Именно благодаря их упорному труду коды Enigma поддались расшифровке, но взломать все шифры так и не удалось. Например, шифр "Тритон" успешно действовал около года, и даже когда "парни из Блетчли" раскрыли его, это не принесло желаемого результата, так как с момента перехвата шифровки до передачи информации британских морякам проходило слишком много времени.

Все дело в том, что по распоряжению Уинстона Черчилля все материалы расшифровки поступали только начальникам разведслужб и сэру Стюарту Мензису, возглавлявшему МИ-6. Такие меры предосторожности были предприняты, чтобы немцы не догадались о раскрытии шифров. В то же время и эти меры не всегда срабатывали, тогда немцы меняли варианты настройки Enigma, после чего работа по расшифровке начиналась заново.

В "Игре в имитацию" затронута и тема взаимоотношений британских и советских криптографов. Официальный Лондон действительно был не уверен в компетенции специалистов из Советского Союза, однако по личному распоряжению Уинстона Черчилля 24 июля 1941 года в Москву стали передавать материалы с грифом Ultra. Правда, для исключения возможности раскрытия не только источника информации, но и того, что в Москве узнают о существовании Блетчли-парка, все материалы маскировались под агентурные данные. Однако в СССР узнали о работе над дешифровкой Enigma еще в 1939 году, а спустя три года на службу в Государственную школу кодов и шифров поступил советский шпион Джон Кэрнкросс, который регулярно отправлял в Москву всю необходимую информацию.

Многие задаются вопросами, почему же СССР не расшифровал радиоперехваты немецкой "Загадки", хотя советские войска захватили два таких устройства еще в 1941 году, а в Сталинградской битве в распоряжении Москвы оказалось еще три аппарата. По мнению историков, сказалось отсутствие в СССР современной на тот момент электронной техники.

К слову, специальный отдел ВЧК, занимающийся шифровкой и дешифровкой, был созван в СССР 5 мая 1921 года. На счету сотрудников отдела было много не очень, по понятным причинам - отдел работал на разведку и контрразведку, — афишируемых побед. Например, раскрытие уже в двадцатых годах дипломатических кодов ряда стран. Был создан и свой шифр — знаменитый "русский код", который, как говорят, расшифровать не удалось никому.

All specialists unanimously agreed that a reading is impossible.
Admiral Kurt Fricke, Chief of Naval War Command

Энигма - роторная шифровальная машина, использовавшаяся нацистской Германией в годы Второй мировой войны. Благодаря влиянию, оказанному на ход войны, взлом Энигмы стал, возможно, самым ярким моментом в многовековой истории криптоанализа. В этом топике я бы хотел рассказать о методе взлома, использовавшимся в Блетчли-парк, а так же описать устройство самой машины.

Роторные машины

Впервые шифровальные роторные машины начали использоваться в начале 20 века. Основным компонентом таких устройств является диск (он же ротор) с 26 электрическими контактами на обоих сторонах диска. Каждый контакт соответствовал букве английского алфавита. Соединение контактов левой и правой сторон реализовывало шифр простой замены. При вращении диска контакты смещались, изменяя тем самым подстановку для каждой буквы. Один диск обеспечивал 26 различных подстановок. Это означает, что при шифровании одного и того же символа, получаемая в результате последовательность начинает повторяться через 26 шагов.
Для увеличения периода последовательности можно использовать несколько роторов, соединенных последовательно. При совершении полного оборота одного из дисков, следующий диск сдвигается на одну позицию. Это увеличивает длину последовательности до 26 n , где n - количество соединенных последовательно роторов.
В качестве примера рассмотрим следующее изображение упрощенной роторной машины:

Приведенная машина состоит из клавиатуры (для ввода символа), трех дисков, индикатора (для отображения криптотекста) и реализует шифрование 4 символов: A, B, C, D. В начальной позиции первый диск реализует подстановку: A-C; B-A; C-B; D-D. Подстановки второго и третьего дисков равны A-B; B-C; C-A; D-D и A-A; B-C; C-B; D-D соответственно.
При нажатии буквы B на клавиатуре замыкается электрическая цепь, зависящая от текущего положения роторов, и на индикаторе загорается лампочка. В приведенном выше примере буква B будет зашифрована в C. После чего первый ротор сдвинется на одну позицию и настройки машины приобретут следующий вид:

Энигма

Энигма является наиболее популярным представителем мира шифровальных роторных машин. Она использовалась германскими войсками во время второй мировой войны и считалась практически не взламываемой.
Процедура шифрования Энигмы реализована как в приведенном выше примере за исключением некоторых дополнительных штрихов.
Во-первых, число роторов в разных версиях Энигмы могло отличаться. Наиболее распространенной была Энигма с тремя роторами, но использовался так же вариант с четырьмя дисками.
Во-вторых, процесс расшифровки демонстрационной роторной машины, описанной выше, отличается от процесса шифрования. Каждый раз для расшифровки придется менять левый и правый ротор местами, что может быть не совсем удобным. Для решения этой проблемы в Энигме был добавлен еще один диск, который назывался рефлектор. В рефлекторе все контакты были соединены попарно, реализуя тем самым повторное прохождение сигнала через роторы, но уже по другому маршруту. В отличие от остальных роторов рефлектор всегда находился в фиксированном положении и не вращался.

Добавим рефлектор, реализующий замену (A-B; C-D) к нашей демонстрационной шифровальной машине. При нажатии на клавишу B сигнал проходит через роторы и поступает в рефлектор через контакт C. Здесь сигнал «отражается» и возвращается обратно, проходя через роторы в обратном порядке и по другому пути. В результате чего буква B на выходе преобразуется в D.
Обратите внимание, что если нажать клавишу D, то сигнал пойдет по той же самой цепи, преобразовывая D в B. Таким образом наличие рефлектора делало процессы шифрования и дешифрования идентичными.
Еще одно свойство Энигмы, связанное с рефлектором, заключается в невозможности шифрования какой-либо буквы в саму себя. Это свойство сыграло очень важную роль при взломе Энигмы.

Получившееся устройство уже очень похоже на настоящую Энигму. С одной незначительной оговоркой. Стойкость подобной машины упирается в секретность внутренней коммутации роторов. Если устройство роторов будет раскрыто, то взлом сводится к подбору их начальных позиций.
Так как каждый ротор может находится в одной из 26 позиций, для трех роторов получаем 26 3 =17476 вариантов. При этом сами роторы тоже могут располагаться в произвольном порядке, что увеличивает сложность в 3! раз. Т.е. пространство ключей такой машины составит 6*17576=105456. Этого явно не достаточно для того, чтобы обеспечить высокий уровень безопасности. Поэтому Энигма было оснащена еще одним дополнительным инструментом: коммутационной панелью . Соединяя на коммутационной панели буквы попарно можно было добавить еще один дополнительный шаг к шифрованию.

К примеру, предположим что на коммутационной панели буква B соединена с буквой A. Теперь при нажатии на A сперва происходит подстановка A-B, и на вход первого ротора подается буква B.
Аналогичным образом происходит расшифровка сообщения. При нажатии клавиши D роторы и рефлектор производят преобразование D-D-D-D-C-B-A-B. После чего коммутационная панель преобразует B в A.

Анализ стойкости Энигмы

Реальная Энигма отличалась от описанной демонстрационной машиной только в одном. А именно в устройстве роторов. В нашем примере ротор изменяет свое положение только при совершении полного оборота предыдущим диском. В настоящей Энигме каждый диск имел специальную выемку, которая в определенной позиции подцепляла следующий ротор и сдвигала его на одну позицию.
Расположение выемки для каждого из роторов можно было регулировать с помощью специальных внешних колец. Начальное положение колец не влияло на коммутацию роторов и на результат шифрования отдельно взятой буквы, поэтому кольца не учитываются при расчете пространства ключей Энигмы.
Итак, базовая модель Энигмы имела 3 различных ротора, пронумерованных римскими цифрами I, II, III и реализующих следующие подстановки:
Entry = ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
I = EKMFLGDQVZNTOWYHXUSPAIBRCJ
II = AJDKSIRUXBLHWTMCQGZNPYFVOE
III = BDFHJLCPRTXVZNYEIWGAKMUSQO
При шифровании роторы можно было располагать в любой последовательности, что для трех роторов дает 6 разных комбинаций.
Помимо этого каждый ротор мог быть установлен в одной из 26 возможных стартовых позиций. Т.е. начальное положение роторов имеет всего
6*26 3 =105456 комбинаций.
Количество всех возможных соединений на коммутационной панели вычисляется по формуле n! /((n-2m)! m! 2 m), где n - количество букв алфавита, m - количество соединенных пар.
Для 26 буква английского алфавита и 10 пар это составляет 150738274937250=2 47 различных комбинаций.
Таким образом базовая версия Энигмы с тремя роторами имела солидное даже по современным меркам пространство ключей:
150738274937250*105456=15,896,255,521,782,636,000≈2 64 .
Такое огромное число вариантов внушало обманчивое чувство неуязвимости.

Криптоанализ Энигмы

Большое пространство ключей обеспечивает шифру Энигмы достаточно серьезный уровень стойкости к атакам по известному шифртексту.
Полный перебор 2 64 вариантов даже на современных компьютерах дело не простое.
Однако все меняется если применить атаку с известным открытым текстом. Для такого случая существует весьма хитроумный метод, позволяющих пренебречь настройками коммутационной панели в процессе поиска ключевой комбинации, что сводит пространство ключей Энигмы всего к 105456 комбинациям и делает весь шифр фатально уязвимым.

Метод эксплуатирует наличие в паре открытый-закрытый текст так называемых «циклов». Чтобы объяснить понятие «цикл», рассмотрим следующее открытое сообщение P и соответствующий ему криптотекст C, зашифрованный Энигмой.

P = WETTERVORHERSAGEBISKAYA
C = RWIVTYRESXBFOGKUHQBAISE
Запишем каждый символ из пары в виде таблицы:

Обратите внимание на подстановки, реализуемые энигмой в 14, 15 и 20 позициях. На 14 шаге буква A шифруется в G. Последняя, в свою очередь, шифруется в K на 15 шаге. И затем буква K зашифровывается в A на 20 шаге, закольцовывая тем самым цепочку A-G-K-A. Такие закольцованные цепочки называются циклами. Наличие циклов позволяет разделить задачу взлома Энигмы на две простые составные части: 1) поиск стартового положения роторов и 2) поиск соединений коммутационной панели при известных установках роторов.

Мы знаем, что при шифровании в Энигме происходит несколько преобразований. Сперва сигнал проходит через коммутационную панель. Результат преобразования на коммутационной панели поступает в роторы. После чего сигнал попадает на рефлектор и возвращается через роторы на коммутационную панель, где выполняется последняя подстановка. Все эти операции можно представить математической формулой:
E i = S -1 R -1 TRS, где
S и S -1 , - преобразование на коммутационной панели на входе и выходе соответственно;
R и R -1 - преобразование в роторах на входе и выходе;
T - преобразование на рефлекторе.
Опустив коммутационную панель выразим внутреннее преобразование Энигмы через P i:
P i = R -1 TR
Теперь шифрование можно записать как:
E i = S -1 P i S

Используя формулу перепишем подстановки из примера в 14, 15 и 20 позициях.
S -1 P 14 S(A) = G или что одно и тоже P 14 S(A) = S(G).
P 15 S(G) = S(K)
P 20 S(K) = S(A)
Заменив в последнем выражении S(K) получим:
P 20 P 15 P 14 S(A) = S(A) (1), где S(A) - буква, соединенная с A на коммутационной панели.
Теперь атака сводится к тривиальному перебору всех возможных установок ротора. Для каждой комбинации роторов необходимо проверить выполнение равенства (1). Если равенство выполняется для буквы S, это означает что найдена правильная конфигурация роторов и что буква A соединена на коммутационной панели с буквой S. Поиск остальных пар сводится к по буквенной расшифровке криптотекста и сопоставлению результата с известным открытым текстом.
Следует отметить, что с вероятностью 1/26 равенство может выполняться и при неправильной установке роторов, поэтому для повышения надежности алгоритма желательно использовать несколько «циклов».
Еще один важный момент связан с тем, что атакующему может быть известна только часть зашифрованного сообщения. И в таком случае, прежде всего ему потребуется найти местоположение известного текста в полученной криптограмме. В решении этой задачи очень сильно помогает знание того факта, что Энигма никогда не шифрует букву саму в себя. Т.е. для нахождения правильного смещения нужно найти такую позицию в криптотексте при которой ни одна из букв закрытого текста не дублируется буквой открытого сообщения.

P.S.

Очень медленную, но вполне рабочую реализацию атаки на Python можно посмотреть на