Шифровальные устройства
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.
В начале ХХ века было разработано большое количество всевозможных электромеханических шифровальных устройств. Так, например, в 20-е годы французские и американские криптографы разработали шифровальные машины, основанные на более сложном алгоритме, в котором определенные буквы текста последовательно заменялись некоторыми символами, причем каждый раз другими.
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.
Содержание
Механическое шифровальное устройство “KRYHA”, созданное в 1924 году, активно использовалось немецкими дипломатами в годы Второй мировой войны, не знавшими того, что этот шифр был раскрыт американцами. Специальный шифровальный диск приводился в действие при помощи пружинного двигателя.
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.
В основу этого устройства был положен шифровальный диск Леона Батисты Альберти, итальянского ученого и криптографа XV века. Это устройство представляло собой типичную конструкцию конца XIX века и производило простую замену одной буквы другой.
Эдвард Хеберн (1869 — 1952) был американским изобретателем-самоучкой (фото стр. 120). С 1909 года он разработал целую серию электромеханических шифровальных машин с вращающимися дисками. Шифровальные машины Хеберна предназначались для защиты секретной переписки между различными компаниями от возможного перехвата конкурентами. В 1915 году Э.Хеберн предложил конструкцию из двух пишущих машинок, соединенных проводами с центральным диском. Для своего времени это было весьма оригинальное решение. Впоследствии оно было использовано японцами при создании шифровальных машин для защиты дипломатической переписки.
Поначалу руководство американского военно-морского флота с большим вниманием отнеслось к достижениям Э.Хеберна, однако, во время испытания стойкости предложенного шифра, выдающемуся американскому криптографу Уильяму Фридману (1891 — 1969) удалось “взломать” его. Но неутомимый Эдвард разработал новую машину Mark II (SIGABA), которая оказалась самой надежной американской шифровальной системой в годы Второй мировой войны.
Шифровальная машина Конвертер М-209
В 1934 году по заданию французских спецслужб шведский криптограф Борис Хагелин (1892 — 1983) разработал оригинальную шифровальную машину. На ее основе ему удалось создать знаменитый Конвертер М-209. Эта шифровальная машина, выпущенная серией более 140 тысяч экземпляров, использовалась американской армией во время Второй мировой войны. Она представляла собой портативное устройство с набором специальных роторов для зашифровки и расшифровки секретных сообщений. Шифруемое с помощью М-209 сообщение распечатывалось на бумажной ленте в виде пятизначных групп. Затем оно передавалось по радио и расшифровывалось на приемном конце при помощи другой такой же машины.
Разработано Б.Хагелином для французской секретной полиции. Оно было столь миниатюрным, что легко умещалось в кармане и приводилось действие одним большим пальцем, оставляя вторую руку свободной для записи сообщений.
Основой стратегии фашистской Германии во второй мировой войне была ставка на внезапность и высокую мобильность всех видов вооруженных сил в ходе военных действий. Разумеется, это возможно только при наличии надежных быстродействующих каналов связи, хорошо защищенных от перехвата противником.
Первая версия шифровальной машины Enigma предназначалась для защиты коммерческих секретов от промышленного шпионажа. Затем появились модели для использования в армии, службе безопасности и разведке. Уже в ходе войны Enigma подвергалась постоянной модернизации. Только в 1943 году, используя электронно-вычислительную технику, удалось раскрыть применявшийся в ней шифр. По мнению историков этот факт сыграл решающую роль в победе союзников над нацистами во Второй мировой войне. Созданная в 1923 году Enigma представляла собой электромеханическое устройство для зашифровки и расшифровки текстовой информации. Каждая буква сообщения зашифровывалась самостоятельно при помощи целого набора механических роторов и электрических разъемов.
Попытки «взломать» Энигму не предавались гласности до конца 1970-х. После этого интерес к Энигме значительно возрос, и множество шифровальных машин представлено к публичному обозрению в музеях США и Европы.
Машина Лоренца (Lorenz-Chiffre, Schlusselzusatz; Lorenz SZ 40 и SZ 42) — немецкая шифровальная машина, использовавшаяся во время Второй Мировой войны для передачи информации по телетайпу. Британские аналитики, которые закодированный немецкий телетайпный трафик называли «Фиш» (рыба), шифры машины Лоренца и её саму называли «Туни» (тунец).
В то время как Энигма использовалась в основном в полевых условиях, машина Лоренца служила для коммуникации высокого уровня, где можно было применять тяжёлое оборудование, обслуживаемое специальным персоналом.
Машина Лоренца напоминала Энигму, поскольку в ней использовался ротор, но работала по другому принципу. Размеры машины составляли 51 см x 46 см x 46 см и была вспомогательным устройством стандартного телетайпа Лоренца. С точки зрения криптографии, машина передавала текущий шифр.
Шифровальная машина “Geheimschreiber”
Электромеханическое устройство с таким зубодробительным названием, которое по-немецки означает всего на всего “некто, пишущий что-то секретное”, обладало 10 или даже 12 шифровальными колесами-роторами. По понятным причинам “взломать” шифр Geheimshreiber'а было исключительно трудно. Эта шифровальная машина была очень громоздкой и устанавливалась только в основных центрах связи Германии на территориях, контролируемых немецкими властями.
“Пурпурная” шифровальная машина
В этом японском шифровальном устройстве две электрические пишущие машинки были соединены при помощи двух специальных переключающих устройств. В то время как исходный текст печатался на первой машинке, на второй появлялось зашифрованное сообщение.
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.
В 1939 году англичане начали работы по вскрытию шифра немецкой шифровальной машины Enigma. Для этого неподалеку от Лондона в местечке Блечли Парк была организована “шифровальная школа” (Code and Cipher School at Bletchly Park) — исследовательское подразделение, где собрали математиков, лингвистов и других специалистов в области криптографии для расшифровки кодов Enigm'ы, а затем и других шифров.
Ученые столкнулись с двумя сложными проблемами: раскрытием начальной установки шифрующих элементов, производимой в начале каждого рабочего дня, и конструктивными отличиями шифровальных машин Enigma, применявшихся в различных ведомствах Германии.
Перед войной польским криптографам удалось расшифровать некоторые сообщения, выполненные с помощью Enigm'ы. Но, увы, немцы постоянно совершенствовали свою шифровальную технику, делая Enigm'у все сложнее. И хотя англичанам удалось развить достижение поляков, они поначалу несколько не поспевали за процессом модернизации Enigm'ы. Наконец, молодому и очень талантливому математику Алану Тёрингу (1912 — 1954) удалось сконструировать специальную релейную схему, которая существенно ускоряла процесс дешифровки (фото стр. 37).Уже в 24 года он изложил в своей работе некоторые принципы действия современных компьютеров. Работая в Блечли Парк, он всерьез увлекся использованием появившихся тогда первых электронно-вычислительных машин для вскрытия шифров. Именно с их помощью удалось взломать шифр даже такой сложной шифровальной машины, как немецкая “Geheimschreiber”.
В ходе работ по вскрытию шифров английские криптографы провели громадную аналитическую работу. Основываясь на догадках и предположениях, строя всевозможные гипотезы, много экспериментируя, они пытались по структуре буквенных сочетаний в зашифрованных сообщениях распознать начальную установку немецких шифровальных машин. Так, например, математик Гордон Уэлчман разработал своеобразный сетевой анализ, помогавший отслеживать, из каких именно организаций противника поступали зашифрованные сообщения. Это позволяло идентифицировать модель Enigm'ы, использовавшейся для зашифровки, и экономить массу времени при вскрытии ее шифра.
Следует отметить, что сообщения немецкого военно-морского флота расшифровывались англичанами на всем протяжении 1941 — 45 годов в основном благодаря захваченным образцам шифровальных машин и документам, содержавшим важную информацию об их работе.
