Криптография Второй мировой войны
Криптография Второй мировой войны
Перед началом Второй мировой войны ведущие мировые державы имели электромеханические шифрующие устройства, результат работы которых считался невскрываемым. Эти устройства делились на два типа — роторные машины и машины на цевочных дисках. К первому типу относят «Энигму», использовавшуюся сухопутными войсками Германии и её союзников, второго типа — американская M-209.[19] В СССР производились оба типа машин.[19]
Германия: «Энигма», «Fish»
Трёхроторная военная немецкая шифровальная машина «Энигма» (версия с метками)
История самой известной электрической роторной шифровальной машины — «Энигма» — начинается в 1917 году — с патента, полученного голландцем Хьюго Кохом. В следующем году патент был перекуплен Артуром Шербиусом (англ.), начавшим коммерческую деятельность с продажи экземпляров машины как частным лицам, так и немецким армии и флоту.[85]
Германские военные продолжают совершенствовать «Энигму». Без учёта настройки положения колец (нем. Ringstellung), количество различных ключей составляло 1016.[71] В конце 1920-х — начале 1930 годов, несмотря на переданные немецким аристократом Хансом Тило-Шмидтом данные по машине, имевшиеся экземпляры коммерческих вариантов, британская и французская разведка не стали браться за задачу криптоанализа. Вероятно, к тому времени они уже сочли, что шифр является невзламываемым. Однако группа из трёх польских математиков так не считала, и, вплоть до 1939 года, вела работы по «борьбе» с «Энигмой», и даже умела читать многие сообщения, зашифрованными «Энигмой» (в варианте до внесения изменений в протокол шифрования от декабря 1938 года). У одного из них, Мариана Реевского зародилась идея бороться с криптографической машиной с помощью другой машины. Идея озарила Реевского в кафе, и он дал машине имя «Бомба» по названию круглого пирожного.[71] Среди результатов, переданных британским разведчикам перед захватом Польши Германией, были и «живые» экземпляры «Энигмы», и электромеханическая машина «Bomba», состоявшая из шести[86][87] спаренных «Энигм» и помогавшая в расшифровке (прототип для более поздней «Bombe» Алана Тьюринга), а также уникальные методики криптоанализа.[85]
Дальнейшая работа по взлому была организована в Блетчли-парке, сегодня являющемся одним из предметов национальной гордости Великобритании. В разгар деятельности центр «Station X» насчитывал 12 тысяч человек, но, несмотря на это, немцы не узнали о нём до самого конца войны.[85] Сообщения, расшифрованные центром, имели гриф секретности «Ultra» — выше, чем использовавшийся до этого «Top Secret» (по одной из версий отсюда и название всей британской операции — «Операция Ультра»). Англичане предпринимали повышенные меры безопасности, чтобы Германия не догадалась о раскрытии шифра. Ярким эпизодом является случай с бомбардировкой Ковентри 14 февраля 1940 года, о которой премьер-министру Великобритании Уинстону Черчиллю было известно заранее благодаря расшифровке приказа. Однако Черчилль, опираясь на мнение аналитиков о возможности Германии догадаться об операции «Ультра», принял решение о непринятии мер к защите города и эвакуации жителей.[88]
Война заставляет нас все больше и больше играть в Бога. Не знаю, как бы я поступил…
Оригинальный текст (англ.)
War is forcing us more and more to play God. I don’t know what I should have done.
— Президент США Франклин Рузвельт о бомбардировке Ковентри[88][89][90]
Хотя для СССР существование и даже результаты работы «Station X» секрета не представляли. Именно из результатов сообщений, дешифрованных в «Station X», СССР узнал о намечающемся «реванше» Гитлера за Сталинградскую битву и смог подготовиться к операции на Курском направлении, получившем названии «Курская дуга».[85]
С современной точки зрения шифр «Энигмы» был не очень надёжным, но только сочетание этого фактора с наличием множества перехваченных сообщений, кодовых книг, донесений разведки, результатов усилий военных и даже террористических атак позволило «вскрыть» шифр.[85]
Германская криптомашина Lorenz
Однако с 1940 года высшее германское командование начало использовать новый метод шифрования, названный британцами «Fish». Для шифрования использовалось новое устройство «Lorenz SZ 40», разработанное по заказу военных. Шифрование основывалось на принципе одноразового блокнота (шифр Вернама, одна из модификаций шифра Виженера, описанная в 1917 году) и при правильном использовании гарантировало абсолютную криптостойкость (что было доказано позже в работах Шеннона). Однако для работы шифра требовался «надёжный» генератор случайной последовательности, который бы синхронизировался на передающей и принимающей стороне. Если криптоаналитик сумеет предсказать следующее число, выдаваемое генератором, он сможет расшифровать текст.[91] К сожалению для Германии, генератор, используемый в машинах «Lorenz SZ 40» оказался «слабым»[91]. Однако его взлом всё равно нельзя было осуществить вручную — криптоаналитикам из Блетчли-парка потребовалось создать устройство, которое бы перебирало все возможные варианты и избавляло бы криптоаналитиков от ручного перебора. Таким устройством стала одна из первых программируемых вычислительных машин «Colossus», созданная Максом Ньюменом (англ. Max Newman) и Томми Флауэрсом (англ. Tommy Flowers) при участии Алана Тьюринга в 1943 году (хотя некоторые источники[92][93] указывают, что она была сделана для взлома «Энигмы»). Машина включала 1600 электронных ламп и позволила сократить время, требуемое на взлом сообщений, с шести недель[91] до нескольких часов.[94] Япония На вооружении Японии стояло несколько систем шифром разной степени сложности, наиболее изощрённая система, введённая в действие в 1939 году «Пурпурный код» (PURPLE) использовала электромеханическую машину, как и у немцев. Необычайным усилием и практически в одиночку американский криптограф русского происхождения Уильям Фридман смог взломать японский код и реконструировать саму японскую машину. Сведения из расшифрованной переписки получили кодовое название «Мэджик». Одним из первых важных сообщений через «Мэджик» было, что японцы собираются напасть на США, к чему последние не успели подготовиться. В дальнейшем ходе войны американцы получали с помощью «Мэджик» много полезных сведений, в том числе и о состоянии дел у союзников японцев — нацистской Германии.[95] Непомерное напряжение подорвало здоровье Фридмана, и в 1941 году он вынужден был демобилизоваться, хотя продолжил работу и далее как гражданское лицо, а после войны снова стал военным. СССР
В армии и флоте СССР использовались шифры с кодами различной длины — от двух символов (фронт) до пяти (стратегические сообщения). Коды менялись часто, хотя иногда и повторялись на другом участке фронта. По ленд-лизу СССР получил несколько M-209, которые использовались как основа для создания своих собственных шифровальных машин, хотя об их использовании неизвестно.[96] Также для связи высших органов управления страной (в том числе Ставки Верховного Главнокомандования) и фронтами использовалась ВЧ-связь. Она представляла собой технические средства для предотвращения прослушивания телефонных разговоров, которые модулировали высокочастотный сигнал звуковым сигналом от мембраны микрофона. Уже во время Второй мировой войны механизм заменили на более сложный, который разбивал сигнал на отрезки по 100—150 мс и три-четыре частотных полосы, после чего специальный шифратор их перемешивал. На приёмном конце аналогичное устройство производило обратные манипуляции для восстановления речевого сигнала. Криптографической защиты не было, поэтому используя спектрометр можно было выделить используемые частоты и границы временных отрезков, после чего медленно, по слогам, восстанавливать сигнал.[97] Во время советско-финской войны (1939—1940) Швеция успешно дешифровывала сообщения СССР и помогала Финляндии. Так, например, во время битвы при Суомуссалми успешный перехват сообщений о продвижении советской 44-й стрелковой дивизии помог Карлу Маннергейму вовремя выслать подкрепления, что стало залогом победы. Успешное дешифрование приказов о бомбовых ударах по Хельсинки позволяло часто включить систему оповещения о воздушном ударе ещё до того, как самолёты стартуют с территории Латвии и Эстонии.[96] 30 декабря 1937 года был образовано 7-е отделение (в дальнейшем — 11-й отдел) Управления разведки Наркомата ВМФ, задачей которого являлось руководство и организация дешифровальной работы. В годы войны на дешифровально-разведочной службе СССР состояло не более 150 человек, однако всё равно, по мнению Вадима Тимофеевича Кулинченко — капитана 1 ранга в отставке, ветерана-подводника, ДРС показала «удивительную результативность и эффективность». В 1941—1943 годах ДРС Балтийского флота было взломано 256 германских и финляндских шифров, прочитано 87 362 сообщения. ДРС Северного флота (всего — 15 человек) взломала 15 кодов (в 575 вариантах) и прочитала более 55 тыс. сообщений от самолётов и авиабаз противника, что, по оценке Кулинченко, «позволило полностью контролировать всю закрытую переписку ВВС Германии». ДРС СФ также раскрыто 39 шифров и кодов используемых аварийно-спасательной, маячной и радионавигационной службами и береговой обороны противника и прочитано около 3 тыс. сообщений. Важные результаты были получены и по другим направлениям. ДРС Черноморского флота имело информацию и о текущей боевой обстановке, и даже перехватывало некоторые стратегические сообщения.[98] Если бы не было разведки Черноморского флота, я не знал бы обстановки на Юге. — Верховный главнокомандующий Сталин, лето 1942 года[98] Успешные результаты по чтению зашифрованной японской дипломатической переписки позволили сделать вывод о том, что Япония не намерена начинать военные действия против СССР. Это дало возможность перебросить большое количество сил на германский фронт.[99] В передачах радиосвязи с советскими ядерными шпионами в США (см. создание советской атомной бомбы) Центр в Москве использовал теоретически неуязвимую криптографическую система с одноразовым ключом. Тем не менее, в ходе реализации глубоко засекреченного проекта «Венона» контрразведке США удавалось расшифровать передачи, в некоторые периоды около половины из них. Это происходило оттого, что в военные годы из-за недостатка ресурсов некоторые ключи использовались повторно, особенно в 1943—1944 годах. Кроме того, ключи не были по-настоящему случайными, так производились машинистками вручную.[100][101] США
Криптографическая машина M-209
Американская шифровальная машина M-209 (CSP-1500) являлась заменой M-94 (англ.) (CSP-885) для передачи тактических сообщений. Была разработана шведским изобретателем российского происхождения Борисом Хагелиным в конце 1930-х годов. Несколько экземпляров было приобретено для армии США, после чего дизайн был упрощён, а механические части — укреплены. Впервые машина была использована в Североафриканской кампании во время наступления в ноябре 1942 года. До начала 1960-х годов компанией Smith Corona (англ.) было изготовлено около 125 тысяч устройств.[102] Машина состояла из 6 колёс, комбинация выступов которых давала значение сдвига для буквы текста.[19] Период криптографической последовательности составлял 101 405 850 букв. Хотя машина не могла использоваться для шифрования серьёзного трафика (не была криптографически стойкой), M-209 была популярна в армии из-за малого веса, размера и лёгкости в обучении.[102] Также США во время Второй мировой войны набирали связистов из индейского племени Навахо, язык которого за пределами США никто не знал.[103] При этом была учтена проблема, возникшая ещё во время Первой мировой войны с использованием языка племени Чокто для похожих целей — в обоих языках просто не было достаточного количества военных терминов. Поэтому был составлен словарь из 274 военных терминов, а также 26 слов алфавитного кода. Последний был впоследствии расширен для предотвращения частотных атак. Как указывает Сингх, именно отсутствие знания языка племени Навахо стало причиной того, что данный код так и остался нерасшифрован японцами. Информация об использовании столь экзотического средства шифрования радиопереговоров была рассекречена лишь в 1968 году.[104] Крупным успехом американских криптоаналитиков явился проект «Венона» (англ. Venona project) по расшифровке переговоров советской разведки со своими агентами в ядерном «проекте Манхэттен». Первые сведения о проекте для публики появились ли в 1986 и окончательно в 1995 годах. Поэтому результаты перехвата не могли быть использованы на таких судебных процессах как дело Розенбергов. Некоторые шпионы так и остались безнаказанными.[100][101] Расшифровка стала возможной из-за несовершенств реализации протокола — повторное использование ключа и неполная случайность при создании ключа. Если бы ключ отвечал бы всем требованиям алгоритма, взлом кода был бы невозможен.[100][101]
