энигма шифровальная машина кто разгадал код

Правда и вымысел о Энигме

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 вглубь 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.

Начнем с того, что первый патент на конструкцию «Enigma» получил голландец Хьюго Коч в 1917 году. Это был механизм, позволявший, за счет вращения роторов, заменять одни буквы другими. В следующем году Коч продал свое изобретение немцу Артуру Шербиусу, который увидел в механизме перспективу для коммерческого производства. Немецкий инженер доработал конструкцию, а чуть позже добавил рефлектор, находившийся за последним ротором. Рефлектор позволял избегать перестановки крайних роторов для дешифровки и гарантировал инволюцию: расшифровка и шифрование – одинаковы по сути и взаимообратимы.

Артур Шербиус и его партнер Рихард Риттер основали компанию «Chiffriermaschinen AG» и стали продвигать свои устройства: электромеханические роторные шифровальные машины «Enigma». Модели «А» и «В» были большими и неудобными (модели были без рефлектора). Начиная с модели «С» механизмы стали мобильнее и надежнее. Модель «D», появившаяся в 1927 году, была закуплена многими странами: Польшей, Англией, Голландией, Италией… Всего, по различным источникам, было изготовлено около ста тысяч разных модификаций «Энигмы».

Модели отличались размерами, количеством используемых роторов, количеством используемых букв (выемок и контактов на роторах). Наиболее «исторически известная» немецкая военная модификация «Энигмы» использовала двадцать шесть контактов на каждой из сторон ротора. Каждый контакт соответствовал букве алфавита. Для символов использовались сочетания букв. То есть каждый ротор мог обеспечить двадцать шесть разных подстановок каждой буквы – элементарный шифр подмены, не слишком сложный. Но использование нескольких роторов позволяло значительно усложнить его.

Первая трехроторная машинка обеспечивала 17576 вариантов подстановки символа. Используя в следующих моделях три из пяти роторов в случайном порядке, это число возросло до 1054560 вариантов, а после добавления четвертого ротора, переваливает за миллиард. Эта высокая степень вариативности и значительная трудность для дешифровки убедило военное ведомство Германии использовать «Загадку» для передачи шифрованных сообщений в боевых действиях.

До появления таких устройств, передачи шифровали «вручную», используя таблицы. «Энигма» (и похожие устройства которые, разумеется, были изобретены) автоматизировали процесс. Кодировщику даже не надо было знать весь процесс шифрования: он нажимал буквы на клавиатуре (типа пишущей машинки), а на выходе получал набор символов, расшифровать который мог только тот, кто имел точно такую же машинку, с таким же количеством роторов, расположенных в тех же местах, в таком же порядке, что и у кодировщика.

А для еще большего усиления шифра в военные модели добавилась коммутационная панель, позволявшая подменивать пары букв до роторов и после. То есть, даже имея «синхронизированную» машинку, невозможно было узнать первоначального послания, не зная положения кабелей в коммутационной панели.

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-57» 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. Для этого потребовалось четыре года напряженной работы, помощь французских разведданных (в лице «купленного» Ганса-Тило Шмидта, из минобороны Германии, который «слил», пусть и устаревшие, коды трехроторной «Энигмы», которые позволили понять принципы шифрования) и счастливой догадки самого Реевского о способе соединения проводов внутри роторов. Бывшие у поляков коммерческие модели соединяли пары букв «по расположению на клавиатуре», а немецкие военные – в алфавитной последовательности. Это был только шаг к разгадке: взломщики поняли, как работает шифровальная машина, но ключи для «Энигмы» менялись очень часто, фактически ежедневно.

И талантливыми поляками был создан механизм, называемый ими «Криптологической Бомбой». «Бомба» состояла из шести «Enigma» и позволяла за два часа перебирать 17576 положений трех роторов и проверить все возможные варианты ключей. Это давало возможность читать порядка восьмидесяти процентов шифрованных сообщений. А после модернизации «Энигмы» (немцы в 1937 заменили рефлекторы на своих машинах, а для ВМФ стали применять четыре ротора), процент дешифрованных сообщений еще понизился.

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.

За тридцать семь дней до Второй мировой польские инженеры сделали союзникам Польши подарок – подарили по одной «КриптоБомбе». Французы не смогли воспользоваться подарком, зато англичане развернули на базе польского устройства целую программу противодействия «Энигме», с кодовым названием «Ультра», действовавшую под грифом «Ультра секретно» (что было выше «Сов.Секретно»!). А в мае 1941 года в разгадке тайны «Enigma»: была захвачена немецкая подводная лодка U-110, на борту которой были «Энигма М3», комплект роторов, ключей на апрель-июнь, инструкции по шифрованию…

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.

Максимально одновременно работало двести одиннадцать «бомб Тьюринга», расшифровывавших до трех тысяч шифрованных сообщений. В Station X за время войны было доставлено сто семьдесят «Энигм» (из них – четыре модели «М4»). Весной 1944-го года часть работ перенесли в Америку, и, можно сказать, дешифровка превратилась в рутину. «Enigma» была разгадана.

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.

Стоит отметить, что «вскрыть» самый секретный механизм Германии помогли несколько гениальных людей и идей, сыгравших немалую роль и в дальнейшем развитии криптошифрования. Конечно, с сегодняшних позиций криптографии шифр «Энигмы» был не слишком сложным. Да и влияние на ход войны «взлом» устройства тоже вызывает много вопросов. Но то, что это удивительное противостояние умов, загаданное «Enigma», представляет ценность для истории, криптоаналитикам сомневаться не приходиться.

Источник

Как секрет Третьего рейха стал ключом к его поражению? История шифровальной машины «Энигма».

— Фредерик Уильям Уинтерботэм, офицер Королевских ВВС, отвечавший за распространение сообщений «Ультра»

К началу Второй мировой войны Германия была мировым лидером по производству и эксплуатации специальной техники в области разведки: различных подслушивающих устройств, микрофонов, а главное шифраторов. Одним из козырей немецкой разведывательной службы являлась шифровальная машина «Энигма» (с др.-греч. «загадка»), значение взлома которой трудно переоценить. Благодаря успеху криптоаналитиков, разгадавших немецкие шифры, страны антигитлеровской коалиции получили жизненно важную информацию, которая сыграла свою роль в ключевых сражениях войны.

История создания

Первым вариантом «Энигмы» считается разработка инженера-электрика и доктора технических наук Артура Шербиуса. В годы Первой мировой войны, незадолго до капитуляции Германской империи, он завершил создание шифровальной машины, принцип работы которой основывался на вращающихся проводных колёсах — роторах. Эта роторная машина получила название «модель А» и была весьма громоздка: её вес достигал 50 килограммов. Позже доктор Шербиус её усовершенствовал, сделав более компактной: третий вариант — «модель С» — и последующие были размером с печатную машинку.

Артур Шербиус, получив патент, совместно с инженером Эрнстом Р. Риттером основал фирму по производству шифровальных машин. Поначалу Шербиус и Риттер пытались заключить сделку с военно-морским флотом Германии на поставку шифраторов, однако первую половину 20-х годов «Энигма» оставалась невостребованной в военной сфере из-за высокой стоимости.

Стоит отметить, что подобные разработки существовали не только в Германии. Так, в 1917 году американский криптограф и инженер Эдвард Хепберн создал свою шифровальную машину. Его система представляла собой две пишущие машинки, которые соединялись проводами. При нажатии клавиши первой машинки на второй печаталась буква шифротекста. Несмотря на относительно слабый метод шифрования, данная система заинтересовала американские спецслужбы.

Первые немецкие шифраторы более компактных и дешёвых моделей поступили в армию и флот Германии лишь в 1926 году. Вместе с этим началась работа по модернизации существующих вариантов шифровальной машины. Спустя два года сухопутная армия получила новую «Энигму G», которая впоследствии активно использовалась во время войны вермахтом и различными немецкими службами и организациями. Одним из главных отличий нового варианта «Энигмы» от первой коммерческой модели являлось улучшенное качество шифрования.

В 1934 году на вооружение военно-морского флота была принята новая «Энигма М», качество шифрования которой благодаря дополнительным роторам значительно возросло. Позже защита шифрования данной модели была ещё раз усилена.

На следующий год шифровальные машины поступили и в Люфтваффе. Немецкая военная разведка Абвер использовала свою модель шифратора. Всего было выпущено около 100 тысяч машин «Энигма», большинство из которых были уничтожены немцами для сохранения секретности.

Конструкция и принцип работы

«Энигма» — это роторная машина, состоящая из механических и электрических систем. К главным деталям, осуществляющим непосредственно шифрование и дешифрование, относятся вращающиеся диски — роторы, ступенчатый механизм, рефлектор и электрическая схема.

Ротор представлял собой зубчатый диск диаметром 10 см, максимальное число которых в немецких шифраторах достигало восьми. Каждый диск имеет 26 сечений, одно на каждую букву латинского алфавита, и 26 контактов для взаимодействия с другими роторами. Один ротор производит шифрование путём обычной замены. Однако при использовании двух и более роторов надёжность шифра возрастает по мере увеличения числа дисков, так как производится многократная замена: на первом роторе «A» заменялась на «G», на втором — «G» на «F», на третьем — «F» на «K». После всех замен на панели загорается лампочка с буквой «K». Процесс повторяется с каждым нажатием на клавишу клавиатуры, но замена производится абсолютно по-иному. Само движение роторов обеспечивает ступенчатый механизм.

Главной особенностью «Энигмы» является наличие рефлектора. Рефлектор замыкает цепь, благодаря чему электрический ток, пройдя через все роторы, идёт в обратном направлении. Но при этом роторы вновь смещаются относительно друг друга, тем самым меняя его маршрут. Есть и существенный недостаток данного механизма, который впоследствии помог взломать код «Энигмы» — рефлектор не позволяет зашифровать букву на саму себя, то есть буква «E» заменяется на любую другую, кроме самой «E».

Усложнение шифра достигалось путём добавления дополнительного ротора или коммутационной панели. Взлом «Энигмы», имеющей коммутационную панель, требовал специальных вычислительных машин, а её ручной взлом считался крайне сложным. Данная панель являлась ещё одной системой защиты — оператор мог заменить сигнал одной буквы на сигнал другой. Например, при нажатии на «С» сигнал от клавиши направлялся через подключенный кабель сначала на другую букву, к примеру, «Y». Лишь после прохождения электрического импульса через «Y» сигнал направлялся в роторы, где буква «Y» проходила многократную замену.

Благодаря такой конструкции общее количество конфигураций, например, пятироторной «Энигмы» с коммутационной панелью, исчисляется числом с восемнадцатью нулями. Чтобы расшифровать сообщение требовался шифровальный ключ. В его состав входили схемы с расположением роторов и данные с настройками каждого алфавитного кольца и коммутационной панели. С точки зрения же современной криптографии шифр «Энигмы» считается довольно простым.

Польская школа криптоанализа

В январе 1929 года коммерческая модель шифровальной машины оказалась в руках поляков. Обнаружив ранее неизвестную немецкую систему шифров, подразделение польской военной разведки «Бюро шифров» начало исследование захваченной «Энигмы». Впрочем, взломщики не успели изучить шифратор: по требованию Германии образец пришлось вернуть.

С этого момента Польша всерьёз заинтересовалась криптоанализом, и уже через несколько лет польские криптоаналитики и криптографы считались лучшими в мире. Первые успехи в расшифровке «Энигмы» достигли студенты-математики Генрик Зигальский, Ежи Рожицкий и Мариан Реевский, работавшие в «Бюро шифров».

Это стало возможно благодаря «Аше» — агенту французской разведки Гансу Шмидту. Работая в шифровальном бюро в Германии, «Аше» имел доступ к недействительным кодам «Энигмы I». Французская разведка скептично отнеслась к находке Шмидта, и французы даже не попытались взломать немецкие шифры, так как считали это пустой тратой времени. Материалы, захваченные французами, были переданы Польше. Теперь польские криптоаналитики знали состав шифровального ключа.

Имея на руках кодовые книги с дневными ключами, польские криптоаналитики сумели восстановить систему роторов и даже воссоздать военную модель «Энигмы». Проанализировав дневные ключи, они нашли некоторые закономерности в построенных ими таблицах соответствий. Информация о количестве дисков в «Энигме I» и её начальных настройках, переданная агентом «Аше», помогла рассчитать количество комбинаций — их оказалось чуть более ста тысяч. Используя построенные шифраторы, Мариан Реевский составил каталог всех возможных цепочек.

В 1938 году немцы, справедливо опасаясь взлома, сменили процедуру шифрования. В ответ на это поляки создали «криптологическую бомбу» — аппарат, состоявший из двух шифраторов. Благодаря этой «бомбе» анализ немецких шифров ещё представлялся возможным.

Однако перед началом войны немецкие шифровальные машины получили дополнительные роторы, возросло также и число соединений коммутационной панели. Таким образом количество вариантов кода увеличилось в разы. Несмотря на титанические усилия польских криптоаналитиков, их метод из-за развития технологии «Энигмы» не позволял своевременно дешифровать новые немецкие коды. Накануне Второй мировой войны «Бюро шифров», полностью осознавая намерения Германии в отношении Польши, передало всю информацию и наработки союзникам — Великобритании и Франции.

«Ультра» и «Бомба Тьюринга»

На основе работ Реевского и его коллег англичане начали разработку новой методики дешифрования кода «Энигмы».

Главное шифровальное подразделение Великобритании расположилось в особняке Блетчли-парк в городе Милтон Кейнс в 80 км от Лондона. Команда состояла из шахматистов, лингвистов и математиков, среди которых выделялся молодой профессор из Кембриджа — Алан Тьюринг. Он был одним из немногих криптоаналитиков Блетчли-парка, который не знал немецкого, хотя это было обязательным требованием. Довольно забавно, что для расшифровки «Энигмы» по ошибке был приглашён и биолог, изучающий криптогамы — группу бесцветковых растений.

Так как британцы уже имели точную копию «Энигмы», работа по дешифровке поступающих сообщений сводилась к подбору расположения роторов и иных настроек шифратора. Установка роторов являлась сложной задачей, так как их расположение менялось ежедневно.

Предпосылкой к созданию принципиально новой методики криптоанализа являлась стоимость дальнейшего усовершенствования польской разработки: для полного перебора каждого сообщения требовалось несколько десятков машин. К тому же польский метод был основан на уязвимости в процессе шифрования, которую немцы устранили в 1940 году.

Будучи одним из главных теоретиков Блетчли-парка, Алан Тьюринг разработал новый метод, который основывался на переборе последовательностей символов. В этом ему помогли, как ни странно, сами немцы. Дело в том, что немецкие шифры часто содержали одинаковые стереотипные словосочетания — например, приветствия, различные ругательства и числа. А слово «Eins» (с нем. «один») встречалось почти во всех сообщениях. Большое внимание британцы уделили и немецким ежедневным метеорологическим сводкам, которые отправлялись в определённый час.

На основе вводных данных Тьюринг вместе с коллегами разработал специальный метод криптоанализа, так называемый «Eins-алгоритм». Работу по перебору букв алфавита облегчил и недостаток рефлектора.

В августе 1940 года команда криптоаналитиков Блетчли-парка построила собственную «криптологическую бомбу». Теперь вместо перебора целого сообщения достаточно было узнать небольшой фрагмент. Машина сверяла известные фрагменты текста с положением роторов, после чего из множества комбинаций оставляла несколько логических продолжений искомых фрагментов. С помощью «бомбы Тьюринга» удалось довести темп криптоанализа немецких шифров до нескольких тысяч сообщений в день. Немецкое командование до конца войны не подозревало о взломе «Энигмы» и не меняло систему шифрования.

Для получения известных фрагментов текста британцы использовали хитрость — атаку на основе подобранного открытого текста. Англичане провоцировали немцев использовать определённые слова — в данном случае координаты. Они демонстративно минировали определённую акваторию и ожидали немецкие сообщения о минных заграждениях. Аналитики же, сверяя свои координаты с зашифрованными, получали искомые символы для дальнейшей расшифровки.

Весной 1942 года Блетчли-парку удалось расшифровать армейскую «Энигму». А после того, как англичане захватили подлодку U-110 вместе с секретной документацией, были взломаны шифры немецких подводных лодок и кораблей — атлантический «Тритон», средиземноморские коды «Медуза» и «Зюйд» и код для надводных кораблей «Нептун». Все расшифрованные немецкие радиосообщения получили наивысший уровень секретности (Ultra secret). Поэтому с июня 1941 года важные сообщения противника обозначались как «Ультра».

Успех англичан в сфере контрразведки и криптоанализа превзошёл все ожидания. Сотрудники Блетчли-парка, взломав шифр «Энигмы», сделали невозможное и спасли тысячи жизней. Целый ряд операций Абвера окончился провалом, результативность немецких подводников заметно упала, а информация об операциях вермахта и Кригсмарине стала одним из решающих факторов в победе Союзников во Второй мировой войне.

Материал подготовлен волонтёрской редакцией WoWS

Источник

Как секрет Третьего рейха стал ключом к его поражению? История шифровальной машины «Энигма» (10 фото)

«В скоротечной войне от быстроты и точности информации о намерениях противника вполне может зависеть, потерпит страна скорое поражение или добьётся победы.»

— Фредерик Уильям Уинтерботэм, офицер Королевских ВВС, отвечавший за распространение сообщений «Ультра».

К началу Второй мировой войны Германия была мировым лидером по производству и эксплуатации специальной техники в области разведки: различных подслушивающих устройств, микрофонов, а главное шифраторов. Одним из козырей немецкой разведывательной службы являлась шифровальная машина «Энигма» (с др.-греч. «загадка»), значение взлома которой трудно переоценить. Благодаря успеху криптоаналитиков, разгадавших немецкие шифры, страны антигитлеровской коалиции получили жизненно важную информацию, которая сыграла свою роль в ключевых сражениях войны.

История создания

Первым вариантом «Энигмы» считается разработка инженера-электрика и доктора технических наук Артура Шербиуса. В годы Первой мировой войны, незадолго до капитуляции Германской империи, он завершил создание шифровальной машины, принцип работы которой основывался на вращающихся проводных колёсах — роторах. Эта роторная машина получила название «модель А» и была весьма громоздка: её вес достигал 50 килограммов. Позже доктор Шербиус её усовершенствовал, сделав более компактной: третий вариант — «модель С» — и последующие были размером с печатную машинку.

Трёхроторная шифровальная машина «Энигма» с коммутационной панелью (под клавиатурой) и роторами. Над лампочками можно заметить три установленных ротора

Артур Шербиус, получив патент, совместно с инженером Эрнстом Р. Риттером основал фирму по производству шифровальных машин. Поначалу Шербиус и Риттер пытались заключить сделку с военно-морским флотом Германии на поставку шифраторов, однако первую половину 20-х годов «Энигма» оставалась невостребованной в военной сфере из-за высокой стоимости.

Стоит отметить, что подобные разработки существовали не только в Германии. Так, в 1917 году американский криптограф и инженер Эдвард Хепберн создал свою шифровальную машину. Его система представляла собой две пишущие машинки, которые соединялись проводами. При нажатии клавиши первой машинки на второй печаталась буква шифротекста. Несмотря на относительно слабый метод шифрования, данная система заинтересовала американские спецслужбы.

Первые немецкие шифраторы более компактных и дешёвых моделей поступили в армию и флот Германии лишь в 1926 году. Вместе с этим началась работа по модернизации существующих вариантов шифровальной машины. Спустя два года сухопутная армия получила новую «Энигму G», которая впоследствии активно использовалась во время войны вермахтом и различными немецкими службами и организациями. Одним из главных отличий нового варианта «Энигмы» от первой коммерческой модели являлось улучшенное качество шифрования.

Немецкий пункт связи. Слева — шифровальная машина «Энигма»

В 1934 году на вооружение военно-морского флота была принята новая «Энигма М», качество шифрования которой благодаря дополнительным роторам значительно возросло. Позже защита шифрования данной модели была ещё раз усилена.

На следующий год шифровальные машины поступили и в Люфтваффе. Немецкая военная разведка Абвер использовала свою модель шифратора. Всего было выпущено около 100 тысяч машин «Энигма», большинство из которых были уничтожены немцами для сохранения секретности.

Конструкция и принцип работы

«Энигма» — это роторная машина, состоящая из механических и электрических систем. К главным деталям, осуществляющим непосредственно шифрование и дешифрование, относятся вращающиеся диски — роторы, ступенчатый механизм, рефлектор и электрическая схема.

Ротор представлял собой зубчатый диск диаметром 10 см, максимальное число которых в немецких шифраторах достигало восьми. Каждый диск имеет 26 сечений, одно на каждую букву латинского алфавита, и 26 контактов для взаимодействия с другими роторами. Один ротор производит шифрование путём обычной замены. Однако при использовании двух и более роторов надёжность шифра возрастает по мере увеличения числа дисков, так как производится многократная замена: на первом роторе «A» заменялась на «G», на втором — «G» на «F», на третьем — «F» на «K». После всех замен на панели загорается лампочка с буквой «K». Процесс повторяется с каждым нажатием на клавишу клавиатуры, но замена производится абсолютно по-иному. Само движение роторов обеспечивает ступенчатый механизм.

Главной особенностью «Энигмы» является наличие рефлектора. Рефлектор замыкает цепь, благодаря чему электрический ток, пройдя через все роторы, идёт в обратном направлении. Но при этом роторы вновь смещаются относительно друг друга, тем самым меняя его маршрут. Есть и существенный недостаток данного механизма, который впоследствии помог взломать код «Энигмы» — рефлектор не позволяет зашифровать букву на саму себя, то есть буква «E» заменяется на любую другую, кроме самой «E».

Схема пути электрического импульса от нажатия клавиши «А» до преобразования сигнала в букву «G». Серым цветом обозначены некоторые возможные варианты шифрования

Усложнение шифра достигалось путём добавления дополнительного ротора или коммутационной панели. Взлом «Энигмы», имеющей коммутационную панель, требовал специальных вычислительных машин, а её ручной взлом считался крайне сложным. Данная панель являлась ещё одной системой защиты — оператор мог заменить сигнал одной буквы на сигнал другой. Например, при нажатии на «С» сигнал от клавиши направлялся через подключенный кабель сначала на другую букву, к примеру, «Y». Лишь после прохождения электрического импульса через «Y» сигнал направлялся в роторы, где буква «Y» проходила многократную замену.

Трёхроторный шифратор. Слева находится рефлектор, обозначенный буквой «С», а между алфавитными кольцами располагаются роторы с характерными зубцами

Благодаря такой конструкции общее количество конфигураций, например, пятироторной «Энигмы» с коммутационной панелью, исчисляется числом с восемнадцатью нулями. Чтобы расшифровать сообщение требовался шифровальный ключ. В его состав входили схемы с расположением роторов и данные с настройками каждого алфавитного кольца и коммутационной панели. С точки зрения же современной криптографии шифр «Энигмы» считается довольно простым.

Польская школа криптоанализа

В январе 1929 года коммерческая модель шифровальной машины оказалась в руках поляков. Обнаружив ранее неизвестную немецкую систему шифров, подразделение польской военной разведки «Бюро шифров» начало исследование захваченной «Энигмы». Впрочем, взломщики не успели изучить шифратор: по требованию Германии образец пришлось вернуть.

С этого момента Польша всерьёз заинтересовалась криптоанализом, и уже через несколько лет польские криптоаналитики и криптографы считались лучшими в мире. Первые успехи в расшифровке «Энигмы» достигли студенты-математики Генрик Зигальский, Ежи Рожицкий и Мариан Реевский, работавшие в «Бюро шифров».

Ключ к «Энигме» на октябрь 1944 года. Римскими цифрами обозначались роторы в порядке их расположения. Подобные ключи имелись как у оператора, так и у получателя. Для расшифровки получатель выставлял исходное положение роторов — такое же, как у «Энигмы» оператора

Это стало возможно благодаря «Аше» — агенту французской разведки Гансу Шмидту. Работая в шифровальном бюро в Германии, «Аше» имел доступ к недействительным кодам «Энигмы I». Французская разведка скептично отнеслась к находке Шмидта, и французы даже не попытались взломать немецкие шифры, так как считали это пустой тратой времени. Материалы, захваченные французами, были переданы Польше. Теперь польские криптоаналитики знали состав шифровального ключа.

Имея на руках кодовые книги с дневными ключами, польские криптоаналитики сумели восстановить систему роторов и даже воссоздать военную модель «Энигмы». Проанализировав дневные ключи, они нашли некоторые закономерности в построенных ими таблицах соответствий. Информация о количестве дисков в «Энигме I» и её начальных настройках, переданная агентом «Аше», помогла рассчитать количество комбинаций — их оказалось чуть более ста тысяч. Используя построенные шифраторы, Мариан Реевский составил каталог всех возможных цепочек.

Польские криптоаналитики Генрик Зигальский, Мариан Реевский и Ежи Рожицкий

В 1938 году немцы, справедливо опасаясь взлома, сменили процедуру шифрования. В ответ на это поляки создали «криптологическую бомбу» — аппарат, состоявший из двух шифраторов. Благодаря этой «бомбе» анализ немецких шифров ещё представлялся возможным.

Однако перед началом войны немецкие шифровальные машины получили дополнительные роторы, возросло также и число соединений коммутационной панели. Таким образом количество вариантов кода увеличилось в разы. Несмотря на титанические усилия польских криптоаналитиков, их метод из-за развития технологии «Энигмы» не позволял своевременно дешифровать новые немецкие коды. Накануне Второй мировой войны «Бюро шифров», полностью осознавая намерения Германии в отношении Польши, передало всю информацию и наработки союзникам — Великобритании и Франции.

«Ультра» и «Бомба Тьюринга»

На основе работ Реевского и его коллег англичане начали разработку новой методики дешифрования кода «Энигмы».

Главное шифровальное подразделение Великобритании расположилось в особняке Блетчли-парк в городе Милтон Кейнс в 80 км от Лондона. Команда состояла из шахматистов, лингвистов и математиков, среди которых выделялся молодой профессор из Кембриджа — Алан Тьюринг. Он был одним из немногих криптоаналитиков Блетчли-парка, который не знал немецкого, хотя это было обязательным требованием. Довольно забавно, что для расшифровки «Энигмы» по ошибке был приглашён и биолог, изучающий криптогамы — группу бесцветковых растений.

Так как британцы уже имели точную копию «Энигмы», работа по дешифровке поступающих сообщений сводилась к подбору расположения роторов и иных настроек шифратора. Установка роторов являлась сложной задачей, так как их расположение менялось ежедневно.

Английские криптоаналитики работают над дешифровкой перехваченных немецких сообщений. Блетчли-парк, 1943 год

Предпосылкой к созданию принципиально новой методики криптоанализа являлась стоимость дальнейшего усовершенствования польской разработки: для полного перебора каждого сообщения требовалось несколько десятков машин. К тому же польский метод был основан на уязвимости в процессе шифрования, которую немцы устранили в 1940 году.

Будучи одним из главных теоретиков Блетчли-парка, Алан Тьюринг разработал новый метод, который основывался на переборе последовательностей символов. В этом ему помогли, как ни странно, сами немцы. Дело в том, что немецкие шифры часто содержали одинаковые стереотипные словосочетания — например, приветствия, различные ругательства и числа. А слово «Eins» (с нем. «один») встречалось почти во всех сообщениях. Большое внимание британцы уделили и немецким ежедневным метеорологическим сводкам, которые отправлялись в определённый час.

На основе вводных данных Тьюринг вместе с коллегами разработал специальный метод криптоанализа, так называемый «Eins-алгоритм». Работу по перебору букв алфавита облегчил и недостаток рефлектора.

В августе 1940 года команда криптоаналитиков Блетчли-парка построила собственную «криптологическую бомбу». Теперь вместо перебора целого сообщения достаточно было узнать небольшой фрагмент. Машина сверяла известные фрагменты текста с положением роторов, после чего из множества комбинаций оставляла несколько логических продолжений искомых фрагментов. С помощью «бомбы Тьюринга» удалось довести темп криптоанализа немецких шифров до нескольких тысяч сообщений в день. Немецкое командование до конца войны не подозревало о взломе «Энигмы» и не меняло систему шифрования.

Для получения известных фрагментов текста британцы использовали хитрость — атаку на основе подобранного открытого текста. Англичане провоцировали немцев использовать определённые слова — в данном случае координаты. Они демонстративно минировали определённую акваторию и ожидали немецкие сообщения о минных заграждениях. Аналитики же, сверяя свои координаты с зашифрованными, получали искомые символы для дальнейшей расшифровки.

Связист с трёхроторным шифратором «Энигма», субмарина U-124, март 1941 года

Весной 1942 года Блетчли-парку удалось расшифровать армейскую «Энигму». А после того, как англичане захватили подлодку U-110 вместе с секретной документацией, были взломаны шифры немецких подводных лодок и кораблей — атлантический «Тритон», средиземноморские коды «Медуза*» и «Зюйд» и код для надводных кораблей «Нептун». Все расшифрованные немецкие радиосообщения получили наивысший уровень секретности (Ultra secret). Поэтому с июня 1941 года важные сообщения противника обозначались как «Ультра».

Успех англичан в сфере контрразведки и криптоанализа превзошёл все ожидания. Сотрудники Блетчли-парка, взломав шифр «Энигмы», сделали невозможное и спасли тысячи жизней. Целый ряд операций Абвера окончился провалом, результативность немецких подводников заметно упала, а информация об операциях вермахта и Кригсмарине стала одним из решающих факторов в победе Союзников во Второй мировой войне.

Материал подготовлен волонтёрской редакцией WoWS

Источник