Главный недостаток «Энигмы» — в коде шифруемая буква не могла оставаться самой собой, она обязательно менялась. В статье рассматривается история криптоанализа от его зарождения в средние века до современности.
От манускриптов до шифровальных машин: история криптографии
Дуайт Д. Эйзенхауэр в конце войны сказал: «Ультра оказалась решающей для победы союзников». Сэр Гарри Хинсли, официальный историк британской разведки сказал: «Это сократило войну не менее чем на два, а может и на четыре года». К концу 1940 г. В числе полученной информации были и сведения о подготовке вторжения в СССР, включая состав сил, направления ударов и время начала операции.
Несмотря на риск раскрытия источника, сведения были переданы советскому правительству по дипломатическим каналам. Однако Сталин не поверил в возможность нападения.
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 [Прим. Со временем в Блетчли-Парке было установлено более 200 машин [1] , что позволило довести темп расшифровки до двух-трёх тысяч сообщений в день [9] [Прим. 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 англ.
Впоследствии, когда часть работ была перенесена в США, вместе с технологиями была направлена и часть сотрудниц [1]. 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» [1]. В 1940 году морской флот Германии внёс некоторые изменения в машину. Лишь после захвата 9 мая 1941 года подводной лодки U-110 вместе с несколькими новыми экземплярами машины, британские криптоаналитики смогли разобраться в изменениях [1].
В 1942 году , после ввода в строй четырёхроторной машины, Блетчли-парк не смог расшифровывать сообщения в течение полугода. Лишь 30 октября 1942 года противолодочный корабль Petard ценой жизни двух моряков захватил модернизированную «Энигму» с подводной лодки [1].
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 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. При этом сами роторы тоже могут располагаться в произвольном порядке, что увеличивает сложность в 3! 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. После чего коммутационная панель преобразует B в A.
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[6] : Если сообщений было достаточно, то таблица заполнялась полностью. Особенность полного варианта таблицы заключалась в том, что пока дневной ключ остаётся без изменений, содержимое таблицы также не меняется.
Криптоанализ «Энигмы. Шифровальная служба Советского Союза
Вклад Тьюринга в работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в "Энигме", основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий шифровальной. Вклад Тьюринга в работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в "Энигме", основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий шифровальной. Шифры «Энигмы» считались самыми стойкими для взлома, так как количество ее комбинаций достигало 15 квадриллионов. Чтобы осложнить криптоанализ, сообщения делали не длиннее 250 символов; более многословные разбивали на части, для каждой из которых использовался свой ключ. Алан занимался криптоанализом «Энигмы» в команде с поляками, русскими и британцами.
Криптоанализ «Энигмы. Шифровальная служба Советского Союза
Но время шло, люди становились все более грамотными и возникла потребность в сложных системах шифрования. Сначала люди, особенно военные, маскировали важные данные путем подмены букв алфавита. Например, в 100 году до нашей эры был популярен шифр Цезаря — каждая буква в исходном тексте заменялась на другую, которая стоит в алфавите через определенное число позиций. Шифр Цезаря со сдвигом на три буквы Примерно в XX веке начали появляться первые устройства, которые заменяли одни символы на другие автоматически. Самой известной из них была «Энигма». Аппарат «Энигма» для шифрования секретных сообщений Кто изобрел шифровальную машину «Энигма»? Изобретателем «Энигмы» считается немецкий инженер Артур Шербиус. На ранних этапах своей карьеры он создал асинхронные двигатели, электрические подушки, керамические нагревательные детали и другие электронные устройства.
В 1918 году он подал заявку на патент шифровальной машины «Энигма», который выглядел как 50-килограммовый кассовый аппарат. Впоследствии он создал усовершенствованные варианты, которые стали более портативными — по размерам они были сравнимы с пишущими машинками. Сначала устройство для шифрования секретных сообщений не пользовалось спросом, но в 1926 году им заинтересовался немецкий военно-морской флот. Этот момент можно считать началом использования «Энигмы» в военном деле. Немецкий изобретатель Артур Шербиус Важно отметить, что во времена Второй мировой войны «Энигма» считалась самым сильным криптографическим шифром в мире. Изобретатель Артур Шербиус умер в 1929 году в результате несчастного случая на лошадях.
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. 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. Помимо этого каждый ротор мог быть установлен в одной из 26 возможных стартовых позиций. Количество всех возможных соединений на коммутационной панели вычисляется по формуле n! 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 264 вариантов даже на современных компьютерах дело не простое.
Все это предполагалось использовать для шифровки бизнес-переписки. Несмотря на многочисленные усовершенствования приборов, ясно было, что надежной является шифровка только коротких текстов. В конце первой мировой войны и в первые годы после нее возникает несколько изобретений, созданных любителями, для которых это было своеобразным хобби. Назовем имена двух из них: Хеберн Hebern и Вернам Vernam , оба американцы, ни один из них о науке криптологии, скорее всего, вообще не слышал. Последний из двух даже реализовал некоторые операции Булевой логики, о которой тогда вообще мало кто знал, кроме профессиональных математиков. Дальнейшим усовершенствованием этих шифровальных машин занялись профессиональные криптологи, это позволило усилить их защищенность от взлома. С 1919г. Были разработаны четыре варианта близких по конструкции машин, но коммерческого интереса к ним проявлено не было, вероятно потому, что машины были дорогими и сложными в обслуживании. Ни ВМФ, ни МИД не приняли предложений изобретателя, поэтому он попробовал предложить свою шифровальную машину в гражданские секторы экономики. В армии и МИДе продолжали пользоваться шифрованием по книгам. Артур Шербиус перешел работать в фирму, купившую его патент на шифровальную машину. Эта фирма продолжала совершенствовать Энигму и после смерти ее автора. Во втором варианте Enigma B машина представляла собой модифицированную электрическую пишущую машинку, с одной стороны ее было устроено шифровальное устройство в виде 4 сменных роторов. Фирма широко выставляла машину и рекламировала ее как не поддающуюся взлому. Ею заинтересовались офицеры Рейхсвера. Дело в том, что в 1923 году вышли воспоминания Черчилля, в которых он рассказал о своих криптологических успехах. Это вызвало шок у руководства немецкой армии. Немецкие офицеры узнали, что большая часть их военных и дипломатических сообщений была расшифрована британскими и французскими экспертами! И что этот успех во много определялся слабостью дилетантской шифровки, изобретенной любителями-шифровальщиками, так как военной немецкой криптологии просто не существовало. Естественно, они начали искать надежные способы шифрования для военных сообщений. Поэтому у них возник интерес к Энигме. Энигма имела несколько модификаций: А,В,С и т. Модификация С могла выполнять как шифровку, так и дешифровку сообщений; она не требовала сложного обслуживания. Но и ее продукция еще не отличалась стойкостью к взлому, потому что создателей не консультировали профессиональные криптологи. Она использовалась в немецком военно- морском флоте с 1926 по 1934 гг. Следующая модификация Энигма D имела и коммерческий успех. Впоследствии, с1940 г. В 1934г. Любопытно, что расшифровкой немецких радиосообщений, засекреченных этой машиной, пытались заниматься польские криптологи, причем результаты этой работы становились каким-то образом известны немецкой разведке. Поначалу поляки добились успеха, но «наблюдавшая» за ними немецкая разведка сообщила об этом своим криптологам, и те поменяли шифры. Когда выяснилось, что польские криптологи не смогли взломать зашифрованные Энигмой -1 сообщения, эту машину начали применять и сухопутные войска - Вермахт. После некоторого совершенствования именно эта шифровальная машина стала основной во Второй Мировой войне. С 1942 года подводный флот Германии принял «на вооружение» модификацию Энигма - 4. Постепенно к июлю 1944 г. В Германии конструкции машин постоянно совершенствуются. Основная трудность при этом была вызвана невозможностью выяснить, удается ли противнику расшифровывать тексты, зашифрованные данной машиной. Хемнице: в октябре 1945г. Телеграф, историческая справка. Появление электрического тока вызвало бурное развитие телеграфии, которое не случайно происходило в 19-м веке параллельно с индустриализацией. Движущей силой являлись железные дороги , которые использовали телеграф для нужд железнодорожного движения, для чего были развиты всевозможные приборы типа указателей. А изобретенное в 1855г. Худжесом Hughes печатающее колесо после ряда усовершенствований служило еще и в 20-м веке. Следующее важное изобретение для ускорения переноса информации - было создано в 1867 году Витстоуном Wheatstone : перфолента с кодом Морзе, которую прибор ощупывал механически. Дальнейшему развитию телеграфии препятствовало недостаточное использование пропускной способности проводов. Первую попытку сделал Мейер B. Meyer в 1871 году, но она не удалась, потому что этому препятствовали различная длина и количество импульсов в буквах Морзе. Но в 1874 году французскому инженеру Эмилю Бодо Emile Baudot удалось решить эту проблему. Это решение стало стандартом на следующие 100 лет. Метод Бодо имел две важные особенности. Во-первых, он стал первым шагом на пути к использованию двоичного исчисления. И во-вторых, это была первая надежная система многоканальной передачи данных. Дальнейшее развитие телеграфии упиралось в необходимость доставки телеграмм с помощью почтальонов. Требовалась другая организационная система, которая бы включала: прибор в каждом доме, обслуживание его специальным персоналом, получение телеграмм без помощи персонала, постоянное включение в линию, выдача текстов постранично. Такое устройство имело бы виды на успех только в США. В Европе до 1929 года почтовая монополия препятствовала появлению любого частного устройства для передачи сообщений, они должны были стоять только на почте. Первый шаг в этом направлении сделал в 1901 году австралиец Дональд Муррей Donald Murray. Он, в частности, модифицировал код Бодо. Эта модификация была до 1931 года стандартом. Коммерческого успеха он не имел, так как патентовать свое изобретение в США не решился. Впоследствии они объединились в одну фирму в Чикаго, которая начала в 1024 году выпускать аппаратуру, пользовавшуюся коммерческим успехом. Несколько их машин импортировала немецкая фирма Лоренц, установила их в почтамтах и добилась лицензии на их производство в Германии. С1929 года почтовая монополия в Германии была отменена, и частные лица получили доступ к телеграфным каналам. Введение в 1931 г. Такие же аппараты стала производить с 1927 года фирма Сименс и Гальске. Объединить телеграф с шифровальной машиной впервые удалось 27-летнему американцу Гильберту Вернаму Gilbert Vernam , работнику фирмы АТТ. В 1918г. Большой вклад в криптологию внес американский офицер Вильям Фридман, он сделал американские шифровальные машины практически неподдающимися взлому. Когда в Германии появились телеграфные аппараты Сименса и Гальске, ими заинтересовался военно-морской флот Германии. Но его руководство все еще находилось под впечатлением о том, что англичане во время первой мировой войны разгадали германские коды и читали их сообщения. Поэтому они потребовали соединить телеграфный аппарат с шифровальной машиной. Это было тогда совершенно новой идеей, потому что шифрование в Германии производилось вручную и только потом зашифрованные тексты передавались. В США этому требованию удовлетворяли аппараты Вернама. В Германии за эту работу взялась фирма Сименс и Гальске. Первый открытый патент по этой теме они подали в июле 1930г. К 1932г. С 1936г. С 1942г. Немцы продолжали совершенствовать различные модели шифровальных машин, но на первое место они ставили усовершенствование механической части, относясь к криптологии по-дилетантски, фирмы-производители не привлекали для консультаций профессиональных криптологов. Большое значение для всей этой проблематики имели работы американского математика Клода Шеннона который начитная с 1942г. Еще до войны он был известен доказательством аналогии между булевой алгеброй и релейными соединениями в телефонии. Именно он открыл «бит» как единицу информации. После войны, в 1948г. Шеннон написал свой основной труд « Математическая теория коммуникаций». После этого он стал профессором математики в университете. Шеннон первый начал рассматривать математическую модель криптологии и развивал анализ зашифрованных текстов информационно-теоретическими методами. Фундаментальный вопрос его теории звучит так: «Сколько информации содержит зашифрованный текст по сравнению с открытым? Проведенный там анализ был первым и единственным для количественной оценки надежности метода шифрования. Проведенный после войны анализ показал, что ни немецкие, ни японские шифровальные машины не относятся к тем, которые невозможно взломать. Кроме того, существуют другие источники информации например, разведка , которые значительно упрощают задачу дешифровки. Положение Англии заставляло ее обмениваться с США длинными зашифрованными текстами, именно большая длина делала возможной их дешифровку. Американский метод шифрования для министерства иностранных дел был немецкими специалистами взломан и соответствующие сообщения были дешифрованы. Узнав об этом, США в 1944г. Примерно в то же время немецкий вермахт, флот и МИД тоже поменяли шифровальную технику на вновь разработанную. Недостаточной надежностью отличались и советские методы шифрования, из-за чего они были американскими службами взломаны и многие советские разведчики, занимавшиеся шпионажем американской атомной бомбы , были выявлены операция Venona - breaking. Теперь расскажем о ВЗЛОМЕ англичанами немецких шифровальных машин, то есть машинном разгадывании способа шифрования текстов в них. Немашинные методы дешифровки были слишком трудоемкими и в условиях войны неприемлемыми. Как же были устроены английские машины для дешифровки, без которых союзники не могли бы добиться преимущества перед немецкими шифровальщиками? В какой информации и текстовом материале они нуждались? И не было ли здесь ошибки немцев, и если была, то почему она произошла?
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. 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. Помимо этого каждый ротор мог быть установлен в одной из 26 возможных стартовых позиций. Количество всех возможных соединений на коммутационной панели вычисляется по формуле n! 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.
Операция «Ультра», или История о том, как поляки с британцами «Энигму» взломали. Части 1-3
В начале 1940-х работа по взлому «Энигмы» проходила в секретном центре британской разведки Station X, известном впоследствии как Блетчли-парк. Благодаря «Бомбе» весь процесс дешифрования сообщения стал занимать всего 20 минут. А использование нескольких таких машин позволяло обрабатывать тысячи зашифрованных сообщений в день. В ней принимали участие тысячи специалистов: одни занимались радиоперехватом, другие — конструкторы и инженеры — создавали аппаратуру, криптоаналитики разрабатывали алгоритмы взлома и искали уязвимости в системе, операторы расшифровывали сообщения и т. И многие из них даже не подозревали о существовании такой машины как «Энигма», они просто выполняли свою часть работы.
Как рассказывал один из бывших сотрудников британской разведки МИ5 Тони Сейл, при приеме на работу в Блетчли-парк на столе у офицера обычно лежал револьвер, и он откровенно предупреждал претендента, что его просто застрелят, если он кому-то расскажет о своей работе. В эту категорию входила даже родная мать. Лишняя болтовня могла стоить жизни целому городу. Секретность операции «Ультра» сохранялась до середины 1970-х годов, а некоторые ее документы до сих пор остаются засекреченными.
В целом о шифровальной аппаратуре было не принято открыто говорить, и «Энигма» никак не выделялась на фоне остальных. Например, машины Hagelin, разработанные шведским изобретателем Борисом Хагелином, были в то время не менее, а может и более известны. По мнению Девида Кана, одного из самых известных историков криптографии, после Второй мировой войны Великобритания собрала несколько десятков тысяч «Энигм», сколько смогла найти, а затем продала их нескольким развивающимся странам, которые использовали их до середины 1970-х годов. Фредерик Уинтерботэм Фредерик Уильям Уинтерботэм — сотрудник британской разведки, который впервые открыто рассказал об операции «Ультра» и взломе «Энигмы».
Он сам участвовал в этой операции и отвечал за набор и обучение персонала, который распространял полученные сведения. В ней Уинтерботэм рассказал не только о существовании этой операции, но и о том, как были использованы полученные данные, как они повлияли на ход войны и насколько важную и сложную задачу выполнили его коллеги. В книжном обзоре «Нью-Йорк таймс» было написано, что эта книга раскрывает величайшую после появления атомной бомбы тайну Второй мировой войны. Книга стала бестселлером.
Его книга была санкционирована и тщательно изучена британскими спецслужбами перед публикацией. Считается, что британская разведка этой публикацией хотела показать, насколько продвинутой была страна в области коммуникационных технологий еще в 1940-е. А также сказать о том, что разведка — это не только шпионы и агенты, но и серьезная научная работа ведущих мировых специалистов в математике, лингвистике, радиотехнике и других областях знаний. В 1974 году, почти через 30 лет с момента окончания операции, сотни или даже тысячи сотрудников Блетчли-парка были еще живы.
Они были освобождены от обязанности хранить эту тайну, однако многие восприняли книгу негативно и предпочли и дальше сохранять молчание. Публикация книги Уинтерботэма стала поворотным моментом в истории криптографии XX века.
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. При этом сами роторы тоже могут располагаться в произвольном порядке, что увеличивает сложность в 3! 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. 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.
Google Sites.
В День шифровальщика рассказываем о некоторых образцах шифровальной техники, которые помогали хранить важные тайны. Диск Джефферсона: первый в Новом времени Самые первые шифры, с помощью которых можно было скрыть послание, как правило, не требовали специальных устройств — создателю и адресату достаточно было обладать ключом, то есть знать метод шифровки и дешифровки написанного. На Руси буквы заменялись цифрами или другими символами — так появились шифры цифирь и тарабарщина. В эпоху Возрождения шифровальное мастерство выходит на новый уровень: выпускаются научные труды по криптографии, появляются шифры с многоалфавитной заменой, основанные на принципах комбинаторики. Промышленная революция стала стимулом для появления первых устройств, значительно упрощавших шифровальные процессы.
Его автором был Томас Джефферсон, выдающийся политик и философ, один из основателей американского государства. Интересно, что сам изобретатель не был уверен в надежности устройства, хотя позже оно было признано достаточно устойчивым к криптоанализу. Работал шифровальный цилиндр следующим образом. На каждый из 36 дисков, надетых на одну ось и вместе составляющих цилиндр, в случайном порядке нанесены все буквы английского алфавита. Вдоль выбранной на поверхности цилиндра линии из букв выстраивается нужное сообщение. Затем переписываются буквы на дисках, отстоящие от нашего сообщения на определенное число линий. Это и есть наш шифротекст.
Криптоанализ - это наука изучения шифров
Польские математики, которые вместе с Реевским трудились над проектом, успели передать в Великобританию только технологию, но не сами устройства. По современным меркам циклометр очень сложная и нерационально дорогая в производстве машина, так как в ней нет цифровых технологий, только аналоговые механизмы. И потому большинство исследователей ограничивалось программными эмуляторами, но Эванс еще на четвертом курсе обучения увлекся работами Мариана Реевского и загорелся идеей построить его циклометр. В Кембридже его поддержали и даже выделили финансирование, потому что технологии Раевского легли в основу разработок Алана Тьюринга, выпускника этого же университета. Тьюринг вошел в историю как создатель «Bombe» — машины для взлома немецкого шифровального устройства «Энигма».
А через три года, 15 июля 1928-го, в немецкой армии внедрили чисто военную разработку Enigma G. Так началось её триумфальное шествие по всем фронтам и родам войск. С учётом различных модификаций было выпущено около 100 000 экземпляров «Энигмы».
Даже после окончания войны страны-победители продавали трофейные немецкие «Энигмы» в растущие армии третьего мира. Эти машинки по-прежнему считались надёжными и применялись чуть ли не до конца ХХ века. Что неудивительно: «Энигма» при всей внешней простоте и удобстве эксплуатации обладала какой-то чудовищной по тем временам вариативностью комбинаций и долго казалась недоступной для расшифровки. Электрика, механика и никакого мошенства По сути, любая «Энигма» была комбинацией механических и электрических систем. Механическая часть состояла из клавиатуры, набора роторов, расположенных вдоль вала, и ступенчатого механизма, приводящего в движение один или несколько роторов при нажатии клавиш. Электрическая схема соединяла клавиатуру, коммутационную панель, лампочки и, с помощью скользящих контактов, роторы. Общий для всех моделей принцип работы приведён на упрощённой диаграмме снизу на самом деле механизм состоял из 26 лампочек, клавиш, разъёмов и электрических схем внутри роторов.
Схема «Энигмы» Иллюстрация: Wikimedia Commons Ток от источника питания 1 через переключатель на клавиатуре 2 поступал в разъём коммутационной панели 3, где происходила перекоммутация между клавиатурой и неподвижным входным колесом 4. Далее через схему соединений трёх в армейской модели или четырёх в морской роторов 5 ток входил в рефлектор 6, откуда возвращался обратно через роторы и входное колесо, но уже по другому пути следите за красной стрелочкой. Потом он шёл через разъём S, соединённый с разъёмом D, через другой переключатель 9, и зажигалась лампочка. Так буква «А» превращалась в букву «D». Слово из трёх букв Чтобы расшифровать закодированное таким образом сообщение, «Энигмы» отправителя и получателя нужно было настроить одинаково. Иными словами, требовалось обеспечить полную идентичность следующих параметров: порядок расстановки роторов; их начальные позиции; соединения коммутационной панели. Перечисленные настройки так называемые дневные ключи шифрования оговаривались заранее и записывались в специальных кодовых книгах.
При этом, даже если разведчикам удавалось узнать хранимые в секрете дневные ключи что само по себе было практически невозможно , шифр всё равно оставался нечитаемым. А если вдруг в ваших руках оказались бы все настройки, оно сократилось бы до 76 бит, или 1023. Что, конечно, неплохо, но попробуйте посчитать сами, сколько времени потребуется, чтобы вручную перебрать все комбинации. Вдобавок к этому весь код «Энигмы» состоял только из 26 букв латинского алфавита.
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 заинтересовалась устройством машины.
С этой целью были закуплена партия машин у германской компании Chiffrier-maschinen AG, производившей «Энигму».
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 заинтересовались 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.
На счету сотрудников отдела было не очень много, 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. Немецкая шифровальная машинка была названа "Загадкой" не для красного словца.
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. 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.
С другой стороны режиссер фильма Джонатан Мостов заявил, что его лента "представляет собой художественное произведение". 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. 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. 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.
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. Помимо группы Тьюринга, в Блетчли-парке трудились 12 тысяч сотрудников.
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. В "Игре в имитацию" затронута и тема взаимоотношений британских и советских криптографов. 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. 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.
На счету сотрудников отдела было много не очень, по понятным причинам - отдел работал на разведку и контрразведку, — афишируемых побед. Был создан и свой шифр — знаменитый "русский код", который, как говорят, расшифровать не удалось никому. 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. 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?
Взлом «Энигмы»: история, которую мы не должны были узнать
«Энигма» — шифровальный аппарат, который активно использовался в середине XX века для передачи секретных сообщений. Благодаря большому труду математиков, он был взломан. Криптоанализ морской «Энигмы» был еще больше затруднен благодаря внимательной работе операторов, которые не посылали стереотипных сообщений, лишая тем самым Блечли крибов. а после некоторого совершенствования именно. Важную роль сыграли криптографы, которые осуществили криптоанализ немецкой шифровальной машины «Энигма». Вскоре немцы добавили в конструкцию Энигмы коммутирующее устройство, существенно расширив этим количество вариантов кода. Криптоанализ «Энигмы» — мероприятия по чтению сообщений Германии, зашифрованных с помощью электромеханической машины «Энигма» во время Второй мировой войны.
Победа и "Энигма"
На самом деле криптоанализ «Энигмы» представлял сложную работу, в которой помогали и английские математики во главе с Аланом Тьюрингом. Первым вариантом «Энигмы» считается разработка инженера-электрика и доктора технических наук Артура Шербиуса. Описание строения Энигмы можно прочитать в первой части, а про работу польских криптографов – во второй После того как польские криптографы передали результаты. Главный по новостям, кликбейту и опечаткам.
«Энигма» была легендарной шифровальной машиной. Ее взлом спас тысячи жизней
The rst stage in cryptanalysis is to look for sequences of letters that appear more than once in the ciphertext. Another paper that builds on Jim Gillogly's paper is Applying Statistical Language Recognition Techniques in the Ciphertext only Cryptanalysis of Enigma by Heidi Williams. The rst stage in cryptanalysis is to look for sequences of letters that appear more than once in the ciphertext. Создание криптоаналитической машины «Бомба», которая и позволила поставить взлом сообщений «Энигмы» на поток, стало результатом сочетания не только колоссальной научной. Вклад Тьюринга в работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в "Энигме", основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий шифровальной. Криптоанализ морской «Энигмы» был еще больше затруднен благодаря внимательной работе операторов, которые не посылали стереотипных сообщений, лишая тем самым Блечли крибов.