Шифровальная машина Энигма - принцип работы

Рейтинг: 5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Вторая мировая война была не только войной явной, где сражались танки и самолёты, корабли и подводные лодки, а также миллионы людей с той и другой стороны.

Шифровальная машина Энигма - принцип работы
Была у этой войны и другая сторона, скрытая от взглядов непосвящённых, — война разведок. Одним из главных фронтов этой невидимой войны была война криптографов. Пока одна сторона придумывала способ, как зашифровать свои сообщения, другая всеми силами пыталась проникнуть в тайну переписки противника.
Одним из самых известных эпизодов этой войны была попытка союзников взломать код немецкой шифровальной машины под названием «Энигма».

Дисковые шифраторы

Немцы заметно преуспели в шифровании, широко используя (для этой цели машину «Энигма» — переводится как «головоломка» или «загадка». Образ этой машины изрядно мифологизирован, и причина тому не в самой машине — она вовсе не уникальна, существовало множество аналогичных разработок, — а в тех усилиях, которые были направлены на беспрецедентную борьбу с её массовым применением. Прежде всего нужно отметить, что «Энигма» — вполне обычный представитель приборов своего времени, с поправкой на уровень развития немецкого точного приборостроения. «Энигма» — одна из возможных реализаций электромеханического дискового шифратора, в отличие от других выпущенная примерно в 100 тыс. экземпляров и в нескольких модификациях.
Сама по себе идея шифрования, по которой построена «Энигма», известна со времён Античности, когда был изобретён шифр Цезаря, основанный на замене одной буквы другой по определённому правилу. Примерно на тех же принципах в 20-е годы прошлого века японцы построили и свою шифровальную машину Purple, которая использовалась для дипломатической переписки. Секрет Purple был раскрыт выдающимся криптоаналитиком и не менее известным игроком в покер Гербертом Ярдли, но это совершенно отдельная история, к тому же окрашенная трагическими тонами в связи с нападением на Перл-Харбор.
Если вернуться к американцам, то и у них во время Второй мировой войны была собственная очень мощная версия 15-дискового шифратора Sigaba, который не только отличался числом дисков, но и более сложной внутренней механикой.
В Великобритании производился шифратор Typex, собственный аналог «Энигмы». И в СССР велись работы по созданию механизированных шифраторов, но они отличались своеобразием: считалось (и современные специалисты подтверждают это), что образцы советской техники гарантировали нераскрываемость текста. Безуспешность попыток расшифровать сообщения из Советского Союза привела к тому, что к 1942 году противник вовсе отказался от перехвата. К началу Великой Отечественной войны на вооружение советских спецслужб было принято свыше 150 комплектов K-37 и 96 комплектов М-100.

Польские математики против Третьего рейха

Почему же на фоне других машин именно к «Энигме» приковано столь заметное внимание? Это связано в первую очередь с массовостью её применения: все остальные машины оставались, по сути, штучными или в лучшем случае малосерийными, а «Энигма», нацеленная на блицкриг, использовалась повсеместно. Машина была проста, надёжна, могла работать в полевых условиях, на подводных лодках, в бронетранспортёре, практически где угодно. Количество перешло в качество. Не слишком сложная машина превратилась в опасное оружие, и противодействие именно ему приобрело принципиально иное, гораздо более существенное значение, нежели перехват отдельной, пусть очень секретной, но все же не массовой переписки.
Собственная история «Энигмы» началась с патента, полученного голландцем Хьюго Кочем в 1917 году. А затем, всего через несколько месяцев, в 1918 году, патент на неё был перекуплен Артуром Шербиусом, который с помощью «Энигмы» начал собственную предпринимательскую деятельность. Поначалу в открытую продажу поступала коммерческая версия, в таком виде её использовали немецкая армия и флот. Но уже в 1930 году немцы стали разрабатывать специальные военные версии «Энигмы»; эта работа продолжалась вплоть до окончания Второй мировой войны. Год от году конструкторы добавляли дополнительные элементы, обеспечивающие большую защищённость сообщений. В результате Шербиусу удалось утвердить немецких военных в качестве шифрования и стимулировать массовое производство «Энигмы».
Хотя отдельные экземпляры коммерческой версии «Энигмы» попадали и в эти страны, но, как это ни странно, всерьёз ею заинтересовались лишь только польские разведчики. Специально для борьбы с «Энигмой» в 1929 году было образовано Польское шифровальное бюро, входившее в состав военной разведки. Польшу никогда не рассматривали в качестве серьёзной военной силы.
Для работы в Бюро первыми были отобраны три студента-математика; это были выпускники Познаньского университета, не имевшие какого-либо опыта в криптографии. Один из них, Мариан Режевский, прошёл дополнительное годичное обучение в Гёттингене. По возвращении вместе с Ежи Рошильским и Хенриком Зыгальским он начал систематическую работу, направленную против «Энигмы». В их распоряжении была коммерческая, существенно более простая, чем военная, «Энигма», и скоро стало ясно, что одного энтузиазма для реальной расшифровки этого недостаточно. Нужна ещё удача, и она явилась в образе разорившегося немецкого аристократа Ханса Тило-Шмидта. По протекции собственного брата, служившего в вермахте, Тило-Шмидт тоже поступил на работу в немецкую спецслужбу, в его задачу входило уничтожение вышедших из употребления кодов для «Энигмы». Однако он решил распорядиться этим сокровищем по своему усмотрению, предложив свои услуги французской разведке.
Так Тило-Шмидт стал агентом Аше, но из всей французской разведки им всерьёз заинтересовался лишь полковник Гюстав Бертран, который передал имевшиеся в его распоряжении сведения об «Энигме» полякам. В результате уже к 1934 году сотрудникам Бюро удалось построить несколько копий «Энигмы» на польских заводах.
В то же время есть вполне достоверные сведения, что шифраторы были получены в результате филигранно проведённой специальной операции по захвату грузовика, перевозившего «Энигму». Польский период дешифровки «Энигмы» продолжался до лета 1939 года, после чего поляки сочли необходимым передать все свои результаты французам и англичанам; на этом, по существу, деятельность группы на этом завершилась.
Одним из важнейших результатов работы Режевского и коллег была и машина, предназначенная для механизации процесса раскодирования. Она называлась Bomba и состояла из двух спаренных машин «Энигма». Польская Bomba послужила прототипом для более известной машины Bombe, построенной Аланом Тьюрингом. Кроме того, англичане получили в своё распоряжение уникальные методики, разработанные Хенриком Зыгальским.
Вся последующая работа по борьбе с «Энигмой» сосредоточилась в поместье Блетчли-Парк, в 80 километрах от Лондона, где находилась штаб-квартира английской контрразведки Station X.
История контрразведывательного центра Station X в Блетчли-парке, созданного по непосредственному указанию Уинстона Черчилля, была столь богата событиями, что необходимо хотя бы кратко пересказать её. В разгар войны число работающих в центре составляло12 тысяч человек. Обстановка секретности была такова, что немцы так до конца войны и не узнали об этом центре. Есть мнение, что бомбардировка Ковентри удалась люфтваффе только потому, что английское правительство, зная о ней заблаговременно, не приняло предупредительных мер, чтобы только не выдать факт существования Station X и результаты деятельности.
А вот для СССР события в Station X секрета не представляли. Во-первых, в Блетчли-парке работал один из членов шпионской «кембриджской пятёрки» Энтони Блант; он сообщил в Москву о том, что секрет «Энигмы» раскрыт. А далее основным поставщиком информации был пятый член «пятёрки» Джон Кернкросс. Он служил переводчиком, имел непосредственный доступ к секретным данным и сообщал в Москву сведения о военно-стратегических планах германского верховного командования. В 1943 году им была передана информация о ходе подготовки, проводимой немцами к операции «Цитадель» на Курском направлении.
И вот уже английские математики перехватили эстафету у поляков. Но их усилия не могли бы привести к успеху, если бы на задачу снабжения их необходимой информацией не были направлены существенные силы, в основном британского военно-морского флота, который устроил настоящую охоту за подводными лодками, на которых можно было найти сами устройства и сопровождающую их информацию. Победы над лодками U-110 и U-559 сравнивают по важности с Трафальгарской битвой. Однако решающее преимущество, и позволившее в конечном счёте победить «Энигму», обеспечили, конечно же, теоретики. Безусловно, самой известной личностью из числа работавших здесь учёных был Алан Тьюринг.
Всё происходившее на Station X до середины 80-х годов оставалось тайной, но потом завеса постепенно стала приподниматься. Сегодня музейный комплекс Блетчли-парк открыт для свободного посещения, но до сих пор атмосфера таинственности буквально висит в воздухе.

Конструкция «Энигмы»

С «электрической» точки зрения конструкция «Энигмы» достаточно проста. В ней имеется клавиатура, состоящая из 26 кнопок и 26 лампочек, на которых нанесены буквы, включаемые с помощью клавиатуры, и батарея. Процедура работы такова: оператор нажимает на клавишу, соответствующую очередному символу зашифровываемого или расшифровываемого сообщения, в ответ загорается одна из регистра лампочек, та, которая в данный момент соответствует вводимому символу. Оператор считывает букву на трафарете и вписывает в формируемое сообщение.
Механизм шифрования «Энигмы» в конечном счёте представляет собой сложную систему коммутации, врезанную в цепь между кнопкой и лампочкой, которая обеспечивает в каждый данный момент времени передачу тока по одному из огромного числа потенциально возможных соединений. Коммутацию этого псевдослучайного соединения обеспечивают несколько элементов конструкции, прежде всего роторы. Между собой роторы были связаны примерно так, как шестерни в одометре (счётчик пробега в автомобильном спидометре). Изюминкой «Энигмы», отличающей её от других механических устройств шифрования, было наличие отражателя, представлявшего собой статически закреплённый ротор, который получал сигнал, прошедший через вращающиеся роторы и направлял его обратно. Таким образом, в трёхроторной машине сигнал проходил семикратное преобразование.
Примерно такой функциональностью обладала коммерческая версия «Энигмы» и потом её варианты. Позже военную версию оснастили ещё одним, на первый взгляд, несложным устройством. В систему коммутации к роторам добавили коммутационную панель, которая делала простую подстановку, т.е, в чистом виде код Цезаря. По сути, это ещё один не вращающийся ротор, но не с прошитой на заводе коммутацией, а, если можно так сказать, с «программируемой». Такую коммутацию можно сделать в большей степени случайной, чем роторную, и менять намного чаще. Идея включения коммутационной панели появилась у немцев, когда им самим удалось расшифровать сообщения, переданные из испанской республиканской армии, которая использовала коммерческую версию «Энигмы». В 1942 году на смену трехроторной машине пришла морская четырёхроторная; в результате сложность задач, возникших перед криптоаналитиками, возросла на порядки.
Дальнейшие усовершенствования «Энигмы» касались увеличения числа роторов, чаще всего до пяти, но были и «монстры», имевшие до пятнадцати дисков; использовались смененные рефлекторы и многое другое. В итоге этой эволюции была создана машина Lorenz, для противодействия ей потребовались принципиально иные технологические средства.

Взлом «Энигмы»

Польский опыт показал, что эффективность контрмер обеспечивается комплексом мер, в том числе учётом пороков и слабостей в конструкции шифратора, учётом возможных ошибок операторов, работой аналитиков, наконец, эффективностью информационной поддержки со стороны военных и разведчиков. Получив начальные сведения от поляков, Алан Тьюринг и Гордон Велчман приступили к поиску собственных решений. Тьюринг понял, что идти в лоб по польскому пути, методом полного перебора, бесперспективно. Он решил, что стоит работать по тому же переборному принципу, но не с индикаторами, а с предполагаемыми последовательностями символов.
И, тем не менее, британские «дедуктивные» методы дешифровки оказывались бессильны, когда немцы вносили существенные конструктивные изменения. В таких случаях нужна была живая информация. В 1940 году немецкий военно-морской флот внёс именно такие изменения. В результате до тех пор, пока не была захвачена лодка U-110, союзники не имели данных о действиях подводных сил противника, и конвои несли значительные потери. На U-110 было обнаружено значительное количество шифровальных данных и комплектная машина «Энигма» в нужном морском исполнении. К счастью для союзников, командующий немецким флотом адмирал Дениц недооценил потерю, и на некоторое время англичане получили возможность беспрепятственно читать радиограммы немецких моряков.
Но в начале 1942 года тот же Дениц своим приказом ввёл в обращение новую четырёхроторную версию «Энигмы». Положение касалось безвыходным; более полугода радиограммы не расшифровывались. Возникший кризис был разрешён только в октябре, когда противолодочный корабль Petard сумел вынудить подняться на поверхность подводную лодку U-559. Ценой жизней двух моряков новая «Энигма» была доставлена на борт Petard. В декабре 1942 года Блетчли-парк снова начал бесперебойную поставку информации.
Всё, что было связано с операцией по расшифровке кода «Энигма», десятилетиями оставалось под грифом секретности. Рассекречивание началось только в 1974 году, несколько позже в этот процесс включилась и Англия. Образцы американского оборудования хорошо сохранились, а вот к оборудованию, которое работало в Блетчли-парке, судьба оказалась не так благосклонна. По какой-то причине его большая часть была уничтожена, и гриф секретности был снят намного позже. К сожалению, это удел большинства бойцов невидимого фронта — их победы и поражения остаются неизвестными широкой публике.

Журнал: Историческая правда №5, май 2020 года
Рубрика: Тайны спецслужб
Автор: Алексей Тихомиров

Метки: Германия, война, Вторая мировая война, машина, информация, шифр, Историческая правда, текст, код, Тьюринг, Кернкросс, Энигма, криптография



Telegram-канал Багира Гуру


Исторический сайт Багира Гуру, история, официальный архив (многое можно смотреть онлайн, не Википелия); 2010 — . Все фото из открытых источников. Авторские права принадлежат их владельцам.