Книга шифров. Тайная история шифров и их расшифровки



страница12/32
Дата24.08.2017
Размер4,62 Mb.
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   32

Чтобы расшифровать сообщение, получателю необходимо иметь другую «Энигму» и копию шифровальной книги, в которой указаны начальные положения шифраторов на текущий день. Получатель устанавливает машину в соответствии с книгой, набирает букву за буквой шифртекст, и на панели с лампочками считывает открытый текст. Другими словами, отправитель набирал открытый текст, чтобы получить шифртекст, а здесь получатель набирает шифртекст, чтобы получить открытый текст, то есть зашифровывание и расшифровывание являются зеркальными процессами. Простота расшифровывания обеспечивается благодаря отражателю. Из рисунка 36 можно видеть, что вводя с клавиатуры Ь и двигаясь далее по электрической цепи, мы окажемся у В. Но точно так же, вводя с клавиатуры d двигаясь далее по электрической цепи, мы вернемся к В.

Машина зашифровывает букву открытого текста в букву шифртекста, и до тех пор, пока машина находится в этом же положении, она будет преобразовывать в процессе расшифровывания эту букву шифртекста в первоначальную букву открытого текста.

Ясно, что ни ключ, ни шифровальная книга, в которой он содержится, ни при каких обстоятельствах не должны попасть в руки противника. Вполне может случиться, что противник сумеет заполучить «Энигму», но не зная начальных установок, используемых для зашифровывания, он не сможет дешифровать перехваченное сообщение. Без шифровальной книги криптоаналитик противника должен проверять все возможные ключи, что означает перебор всех 17 576 возможных начальных установок шифраторов. Доведенный до отчаяния криптоаналитик должен будет установить шифраторы на захваченной «Энигме» в некотором положении, ввести короткий фрагмент шифртекста, и посмотреть, будет ли на выходе какой-нибудь осмысленный текст. Если нет, то он должен изменить положение шифраторов и повторить попытку еще раз. Если криптоаналитик смог бы проверять одно положение шифраторов в минуту и работать круглосуточно, то ему потребовалось бы почти две недели, чтобы проверить все установки. Это — средний уровень стойкости. Но если бы противник усадил за проверку дюжину людей, то все положения шифраторов можно было бы проверить за день. Поэтому Шербиус решил повысить стойкость своего изобретения, увеличив число начальных установок и, тем самым, количество возможных ключей.

Он мог бы повысить стойкость, добавив еще шифраторов (каждый новый шифратор увеличивает число ключей в 26 раз), но это привело бы к увеличению размеров «Энигмы». Вместо этого он поступил следующим образом. Прежде всего он просто сделал шифраторы съемными и взаимозаменяемыми. Так, к примеру, первый шифрующий диск мог бы быть установлен на место третьего диска, а третий шифрующий диск — на место первого. Расположение шифраторов влияет на процесс шифрования, поэтому точное расположение важно для зашифровывания и расшифровывания. Имеется шесть различных способов, которыми можно разместить три шифратора, так что число ключей, или количество возможных начальных установок, возрастает в шесть раз.

Кроме того между клавиатурой и первым шифратором он установил штепсельную коммутационную панель. Штепсельная коммутационная панель дает возможность отправителю вставлять кабели, благодаря которым отдельные буквы, перед тем как попасть в шифратор, меняются местами. Например, кабелем можно было соединить гнезда а и b штепсельной коммутационной панели, так что когда криптограф хочет зашифровать букву b, то электрический сигнал в действительности проходит через шифраторы по пути, по которому прежде шел сигнал от буквы а, и наоборот.

У оператора «Энигмы» имелось шесть кабелей, то есть можно было осуществлять перестановку букв в шести парах букв. Переставляемые с помощью штепсельной коммутационной панели буквы являются частью задаваемой начальной установки машины и поэтому должны быть оговорены в шифровальной книге. На рисунке 37 схематично показана компоновка машины с установленной штепсельной коммутационной панелью. Поскольку здесь используется шестибуквенный алфавит, перестановка проводится только для одной пары букв, а и b.

Рис. 37 Штепсельная коммутационная панель устанавливается между клавиатурой и первым шифратором. Вставляя кабели, можно переставлять местами пары букв; в нашем случае b меняется местами с а. Теперь зашифровывание b производится по пути, по которому прежде происходило зашифровывание а. При работе на реальной «Энигме», использующей алфавит с 26 буквами, у пользователя имелось шесть кабелей, позволяющих осуществлять перестановку в шести парах букв.

В конструкции машины Шербиуса применяется также кольцо, о котором пока не упоминалось. Хотя кольцо оказывает определенное влияние на процесс шифрования, но это наименее значимая часть «Энигмы», и я решил его здесь не рассматривать. (Читателям, кто хочет узнать о роли кольца, следует обратиться к книгам, приведенным в списке для дальнейшего чтения, например, «Захват Энигмы» Дэвида Кана. Там же указаны и адреса двух веб-сайтов с прекрасными эмуляторами «Энигмы», которые дадут вам возможность поработать с виртуальной «Энигмой»).

Теперь, когда мы познакомились со всеми основными элементами машины «Энигма» Шербиуса, и, зная количество кабелей штепсельной коммутационной панели и количество возможных расположений и ориентации шифраторов, мы сможем определить число ключей.

Ниже перечислены все параметры машины и соответствующее число возможных состояний для каждого:

Ориентация шифраторов. Каждый из 3 шифраторов может быть установлен в одном из 26 положений. Таким образом всего имеется 26 х 26 х 26 начальных установок: 17 576

Расположения шифраторов. Три шифратора (1, 2 и 3) могут располагаться в любом порядке

из указанных ниже шести возможных: 123, 132, 213, 231, 312, 321. 6

Штепсельная коммутационная панель. Количество возможных способов соединений, с помощью которых осуществляются перестановки букв

в шести парах из 26 букв, огромно: 100 391 791 500

Полное число ключей. Полное число ключей получается перемножением этих трех чисел:

17 576 х 6 х 100 391 791 500 ~ 10 000 000 000 000 000

Если и отправитель, и получатель заранее оговорили установку кабельных соединениий на штепсельной коммутационной панели, порядок расположения шифраторов и их ориентацию — все эти параметры определяют ключ, — то они смогут без труда зашифровывать и расшифровывать сообщения. Однако противник, который не знает ключа, должен перебрать все ключи из 10 000 000 000 000 000 возможных, чтобы дешифровать перехваченный шифртекст. Но для выполнения такой работы упорному криптоаналитику, который сумел бы проверять один ключ за минуту, потребовалось бы времени больше, чем возраст Вселенной. (В действительности же, так как я не учитывал в этих подсчетах наличие колец, количество возможных ключей возрастет, а значит, для взлома «Энигмы» потребуется еще больше времени.)Поскольку, без сомнения, самый весомый вклад в увеличение числа ключей вносит штепсельная коммутационная панель, вас может удивить, отчего же Шербиус так беспокоился о шифраторах? Сама по себе эта панель не делает ничего, кроме как реализует одноалфавитный шифр замены, переставляя местами в парах всего лишь 12 букв. Проблема здесь заключается в том, что в процессе зашифровывания перестановка букв в парах остается неизменной, поэтому при использовании одной только этой панели получается шифртекст, который можно дешифровать с помощью частотного анализа. Шифраторы же обеспечивают создание меньшего числа ключей, но их расположение все время изменяется, что означает, что для получающегося шифртекста частотный аналйз использовать не удастся.

Объединив шифраторы со штепсельной коммутационной панелью, Шербиус защитил свою машину от возможности применения частотного анализа и в то же время обеспечил создание огромного количества возможных ключей.

Рис 37. Артур Шербиус

Шербиус получил свой первый патент в 1918 году. Его шифровальная машина помещалась в компактном корпусе размером всего 34 х 28 х 15 см, но весила целых 12 кг. На рисунке 39 показана готовая к работе «Энигма» с открытой крышкой. Видна клавиатура, с которой вводятся буквы открытого текста, а над ней панель с лампочками, где высвечиваются получающиеся буквы шифртекста. Под клавиатурой находится штепсельная коммутационная панель; с помощью этой панели можно осуществлять перестановку букв в более чем шести парах букв, поскольку на этом рисунке изображена «Энигма» более поздней модификации по сравнению с той моделью, о которой рассказывалось в тексте. На рисунке 40 представлена «Энигма» со снятой внутренней крышкой; здесь можно рассмотреть внутреннее устройство машины, в частности видны три шифратора.

Рис. 39 Готовая к работе армейская «Энигма».

Рис. 40 «Энигма» со снятой внутренней крышкой; видны три шифратора.

Шербиус верил, что «Энигма» неприступна и что ее криптографическая стойкость породит высокий спрос на нее. Он пытался заинтересовать ею и вооруженные силы, и деловые круги, предлагая для каждого круга потенциальных пользователей различные модификации шифровальной машины. Предприятиям и компаниям он предлагал базовую модификацию «Энигмы», а министерству иностранных дел — роскошную модель с принтером вместо панели с лампочками. По нынешним ценам стоимость одной машины составляла 20 тысяч фунтов стерлингов.

К сожалению, высокая стоимость машины отпугивала возможных покупателей. Предприятия и компании заявляли, что они не в состоянии позволить себе приобрести «Энигму», однако Шербиус полагал, что они не смогут обойтись без нее. Он аргументировал это тем, что важное коммерческое сообщение, перехваченное конкурентами, может стоить компании состояния, но лишь несколько бизнесменов обратили на это внимание. Немецкие вооруженные силы также не проявили энтузиазма, забыв, какой ущерб был понесен в мировой войне из-за нестойких шифров. Так, они продолжали считать, что телеграмма Циммермана была выкрадена американскими шпионами в Мехико, и потому винили в этой неудаче службу безопасности Мексики. Они все еще не осознавали, что на самом деле телеграмма была перехвачена и дешифрована англичанами и что фиаско Циммермана являлось провалом немецкой криптографии.

Разочарование Шербиуса росло с каждым днем, и в этом он был не одинок. Три других изобретателя в трех других странах независимо и почти одновременно натолкнулись на идею шифровальной машины на основе вращающихся роторов. В 1919 году в Нидерландах Александр Кох получил патент № 10700, но он не сумел превратить свою роторную машину в финансовый успех и в конце концов продал этот патент в 1927 году. В Швеции подобный патент был выдан Арвиду Дамму, однако и он не смог найти покупателей вплоть до 1927 года, когда умер. В Америке изобретатель Эдвард Хеберн был — абсолютно уверен в своем изобретении, названном им «сфинксом радиосвязи», но и его постигла неудача, которая оказалась самой значительной изо всех.

В середине 20-х годов Хеберн начал строить завод по производству этих машин, вложив в это дело 380 000 долларов, но, к сожалению, это был период, когда настроение в Америке менялось от паранойи до открытости. В предыдущее десятилетие, после Первой мировой войны, правительство США создало американский «черный кабинет» — эффективно действующее бюро шифров, штат которого составляли двадцать криптоаналитиков под руководством яркой и выдающейся личности — Герберта Ярдли. Позднее Ярдли писал, что «черный кабинет, запрятанный за надежными засовами, невидимый, скрытый, все видит и все слышит. Хоть ставни здесь закрыты, а окна плотно занавешены, его зоркие глаза видят, что творится на секретных совещаниях в Вашингтоне, Токио, Лондоне, Париже, Женеве и Риме. Его чуткие уши улавливают самый слабый шепот в столицах иностранных государств всего мира».

За десять лет американский «черный кабинет» прочел 45 000 криптограмм, но к тому времени, как Хеберн построил свой завод, президентом был избран Герберт Гувер, стремящийся в международных делах проводить новую эру доверия. Он расформировал «черный кабинет», а его государственный секретарь Генри Стимсон заявил, что «джентльмены не должны читать чужую переписку». Если государство считает неправильным читать чужие сообщения, то оно также полагает, что и другие также не будут читать его собственные сообщения, и в этом случае не видно необходимости в придумывании шифровальных машин. Хеберн продал всего лишь двенадцать машин общей стоимостью примерно 1200 долларов, а в 1926 году он был привлечен к суду недовольными акционерами и признан виновным согласно Акту о ценных бумагах корпорации штата Калифорния.

Однако, к счастью для Шербиуса, благодаря двум британским документам немецкие вооруженные силы в конце концов были вынуждены признать ценность его «Энигмы». Первым документом явился «Мировой кризис» Уинстона Черчилля, опубликованный в 1923 году, в котором содержалось сенсационное сообщение о том, как Британия получила доступ к ценнейшим немецким криптографическим материалам:

В начале сентября 1914 года в Балтийском море был потоплен немецкий легкий крейсер «Магдебург». Несколькими часами позже русские моряки подобрали тело утонувшего немецкого унтер-офицера, к груди он крепко прижимал судорожно сжатыми после смерти руками шифровальные и сигнальные книги немецких военно-морских сил и точные карты Северного моря и Гельголандской бухты. 6 сентября русский военно-морской атташе пришел повидаться со мной. Он получил сообщение из Петрограда о том, что произошло и что русское Адмиралтейство с помощью этих шифровальных и сигнальных книг смогло дешифровать часть депеш немецкого флота. Русские посчитали, что и британскому Адмиралтейству следует иметь эти книги и карты. Если мы пошлем судно в Александров, то русские офицеры доставят их в Англию.

Эти материалы помогли криптоаналитикам из «Комнаты 40» регулярно вскрывать немецкие зашифрованные сообщения. В конце концов, спустя почти десятилетие, немцы осознали, что их средства связи не обеспечивают безопасность. Наряду а этим в 1923 году Британские королевские военно-морские силы обнародовали свою официальную историю Первой мировой войны, в которой еще раз был упомянут тот факт, что перехват и криптоанализ сообщений немцев дал союзникам явное преимущество.

Эти похвальные достижения британской разведывательной службы явились результатом некомпетентности тех, кто нес ответственность за обеспечение безопасности и кто потом вынужден был признать в своем докладе что «немецкое военно-морское командование, чьи радиосообщения были перехвачены и дешифрованы англичанами, играло, если можно так выразиться, открытыми картами против британского командования».

Немецкие вооруженные силы задались вопросом, как в дальнейшем избежать повторения криптографического фиаско Первой мировой войны, и пришли к выводу, что наилучшим решением станет использование «Энигмы». К 1925 году Шербиус наладил массовое производство шифровальных машин «Энигма», которые начали поступать в армию уже в следующем году, а впоследствии использовались правительством и государственными организациями и предприятиями, к примеру, железнодорожными службами. Эти машины отличались от тех машин, которые Шербиус ранее продавал для коммерческого применения, — в них у шифраторов внутренняя проводка была иной. Поэтому владельцы коммерческого варианта «Энигмы» доподлинно не знали о правительственной и армейской модификациях.

За последующие два десятилетия немецкие вооруженные силы приобрели свыше 30 000 шифровальных машин «Энигма». Благодаря изобретению Шербиуса немецкие вооруженные силы получили самую надежную систему криптографии в мире, и накануне Второй мировой войны их связь была защищена не имеющим себе равных уровнем шифрования. Подчас казалось, что в победе нацистов «Энигма» будет играть главенствующую роль, но вместо этого она в конечном итоге привела к падению Гитлера. Шербиус прожил достаточно долго, чтобы самому увидеть успехи и провалы своей шифровальной системы. В 1929 году, катаясь на лошадях, он потерял управление повозкой и врезался в стену; умер он 13 мая от повреждений внутренних органов.

4 Взлом «Энигмы»

После Первой мировой войны британские криптоаналитики в «Комнате 40» продолжали как и прежде внимательно следить за немецкими коммуникациями. С 1926 года криптоаналитики начали перехватывать сообщения, которые ставили их в тупик. У противника появилась «Энигма», и по мере увеличения количества этих шифровальных машин возможности «Комнаты 40» по сбору разведывательных данных быстро шли на убыль. Раскрыть шифр «Энигмы» старались также американцы и французы, но и их попытки оказались безуспешными, так что вскоре они оставили надежду взломать его. Теперь у Германии стала самая безопасная в мире связь.

То, как быстро криптоаналитики союзников оставили надежду взломать «Энигму», резко контрастировало с их настойчивостью, которую они проявляли всего лишь десятилетием раньше, в Первую мировую войну. Стоящие перед перспективой поражения, криптоаналитики войск союзников не смыкая глаз трудились над тем, чтобы проникнуть в тайну немецких шифров. Создавалось впечатление, что страх являлся главной движущей силой, и что драматические события — это один из непременных факторов успешного дешифрования. Точно так же не что иное, как страх и неблагоприятная обстановка во Франции, столкнувшейся в конце девятнадцатого века с растущей мощью Германии, возродили к жизни криптоанализ. Однако после Первой мировой войны союзники больше уже никого не опасались. Вследствие разгрома Германия значительно ослабла, союзники заняли доминирующее положение, и, как следствие, их криптоаналитический пыл, казалось, угас. Численность криптоаналитиков союзников сократилась, а качество их работы ухудшилось.

Только одно государство не могло позволить себе расслабиться. После Первой мировой войны Польша возродилась как независимое государство, но ее вновь обретенному суверенитету грозили опасности. К востоку лежала Россия, государство, жаждущее распространить свой коммунизм, а на западе — Германия, отчаянно стремящаяся вновь заполучить территорию, отошедшую после войны к Польше. Для поляков, зажатых между этими двумя врагами, жизненно важна была разведывательная информация, и они создали новое шифровальное бюро — польское Бюро шифров.

Если необходимость — мать изобретения, то неблагоприятная обстановка и драматические события — это, пожалуй, мать криптоанализа. Успешность работы польского Бюро шифров иллюстрируется его достижениями во время русско-польской войны 1919–1920 гг. В августе 1920 года, когда армия большевиков стояла у ворот Варшавы, Бюро дешифровало 400 сообщений противника. Столь же результативным было и слежение за немецкими линиями связи — вплоть до 1926 года, когда Бюро также столкнулось с сообщениями, зашифрованными с использованием «Энигмы».

За дешифрование немецких сообщений отвечал капитан Максимилиан Чецкий[16], верный патриот, выросший в городе Шамотулы, центре польского национализма. Чецкий имел доступ к коммерческой модели «Энигмы», в которой были заложены все основные принципы изобретения Шербиуса. Но, к сожалению, в том, что касалось распайки проводов внутри шифраторов, коммерческая модель существенно отличалась от модели для вооруженных сил. Не зная, как идут провода в армейской модификации, у Чецкого не было шансов на дешифрование депеш, посылаемых немецкой армией. Совершенно отчаявшись, он, чтобы извлечь хоть какой-то смысл из перехваченных шифровок, как-то даже привлек к работе человека, обладающего даром ясновидения. Ничего удивительного, что и ясновидящий не сумел решить эту задачу, в чем так нуждалось Польское Бюро шифров. Это выпало на долю немцу, Ханс-Тило Шмидту, который сделал первый шаг во взломе шифра «Энигмы».

Ханс-Тило Шмидт родился в 1888 году в Берлине и был вторым сыном знаменитого профессора и его жены из аристократической семьи. Шмидт начинал свою карьеру в немецкой армии и принимал участие в Первой мировой войне, но вследствие резкого сокращения численности вооруженных сил по Версальскому договору его не посчитали нужным оставить на службе. После этого он попытался сделать себе имя в сфере предпринимательства, однако из-за послевоенной депрессии и гиперинфляции принадлежащую ему фабрику по производству мыла пришлось закрыть, а он сам и его семья разорились.

Унижение Шмидта из-за неудач усугубилось успехами его старшего брата Рудольфа, который также воевал, а впоследствии был оставлен в армии. В 20-х годах Рудольф продвигался по службе, достигнув в итоге положения начальника штаба войск связи. Он отвечал за обеспечение защищенности связи, и фактически именно Рудольф официально санкционировал применение в армии «Энигмы».

После краха своего предприятия Ханс-Тило был вынужден просить своего брата о помощи, и Рудольф устроил его на работу в Берлин в Chiffrierstelle, — в ведомство, которое осуществляло контроль и управление зашифрованной связью в Германии. Это был командный пункт шифровальных машин «Энигма», сверхсекретное подразделение, имеющее дело с особо важной и секретной информацией. Когда Ханс-Тило отправился к своему новому месту работы, он оставил свою семью в Баварии, где стоимость жизни была не слишком высока. В Берлине он жил одиноко, замкнуто и практически без средств, завидуя благополучию своего брата и обиженный на государство, которое отвергло его. Результат был предсказуем. Продавая секретную информацию об «Энигме» иностранным государствам, Ханс-Тило Шмидт смог бы заработать денег и отомстить, подорвав безопасность своей страны и нанеся вред организации брата.

Рис 41. Ханс-Тило Шмидт

8 ноября 1931 года Шмидт прибыл в Гравд Отель в бельгийском городке Вервье на связь с французским тайным агентом Рексом. В обмен на 10000 марок (что соответствует нынешним 20 000 фунтов стерлингов) Шмидт позволил Рексу сфотографировать два документа: ‘Gebrauchsanweisung für die Chiffriermaschine Enigma’ и ‘Schlusselanleitung für die Chiffriermaschine Enigma’. Эти документы являлись по сути инструкциями по пользованию «Энигмой», и хотя в них не было точного описания того, как в шифраторах выполнена проводка, однако имелась информация, позволяющая сделать о ней определенные выводы.

Так, вследствие предательства Шмидта, союзники теперь могли создать точную копию армейской «Энигмы». Этого, однако, было недостаточно, чтобы дешифровать зашифрованные «Энигмой» сообщения. Стойкость шифра зависит не от того, чтобы держать машину в секрете, а от того, чтобы хранить в тайне ее начальные установки (ключ). Если криптоаналитик хочет дешифровать перехваченное сообщение, то ему потребуется иметь точную копию «Энигмы», но помимо этого он по-прежнему должен будет отыскать тот ключ из триллионов возможных, который был применен для зашифровывания. В немецком меморандуме по этому поводу было сказано так: «При оценке стойкости криптосистемы предполагается, что противник имеет шифровальную машину в своем распоряжении».

Французская секретная служба, безусловно, оказалась на высоте, найдя такой источник развединформации в лице Шмидта и получив документы, в которых сообщалось о расположении внутренней проводки в армейской «Энигме». Французские же криптоаналитики оказались несостоятельны, и, похоже, не желали и не были способны применить эту полученную информацию. После окончания Первой мировой войны они стали чересчур уж самонадеяны и у них не было стимулирующих факторов. Французское Бюро шифров даже не побеспокоилось изготовить точную копию армейской «Энигмы», поскольку были абсолютно уверены в невозможности отыскания ключа, необходимого для дешифровки зашифрованного с помощью «Энигмы» сообщения.

Между прочим, десятью годами ранее, французы подписали соглашение о военном сотрудничестве с Польшей. Поляки проявили горячий интерес ко всему, что связано с «Энигмой», поэтому в соответствии с этим соглашением десятилетней давности французы просто передали фотографии документов, полученных от Шмидта, своим союзникам, предоставив заниматься безнадежной задачей по взлому «Энигмы» польскому Бюро шифров. В Бюро быстро осознали, что эти документы являются всею лишь отправной точкой, но, в отличие от французов, их еще подгонял страх вторжения. Поляки посчитали, что должен существовать ускоренный способ поиска ключа к зашифрованному «Энигмой» сообщению, и что если они приложат достаточно усилий, изобретательности и ума, то смогут отыскать его.

В документах, полученных от Шмидта, наряду с расположением внутренней проводки в шифраторах, также подробно объяснялась структура шифровальных книг, используемых немцами. Ежемесячно операторы «Энигмы» получали новую шифровальную книгу, где указывалось, какой ключ должен применяться на каждый текущий день. К примеру, для первого дня месяца шифровальная книга могла задавать следующий ключ текущего дня:



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   32


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница