Вторая мировая война шифров: взлом «Энигмы» и сражения математиков
10.05.2018
Защита информации от несанкционированного доступа всегда была задачей не только государства, но и многих частных лиц. О защите данных в военное время заботились все и всегда. До второй половины 1940-х гг. это было не столько наукой, сколько искусством и внезапным озарением. Уже тогда защита и сохранность информации было отраслью знаний со сложнейшим и весьма абстрактным математическим аппаратом на стыке с лингвистикой и другими гуманитарными дисциплинами.
Коды и шифры
Из детективных книг и сериалов известно, что с целью предотвращения несанкционированного доступа производится кодирование и шифрование. В обычных условиях их воспринимают как синонимы, хотя между ними есть существенная разница.
Кодирование — преобразование информации для удобства ее хранения или передачи. В обычных условиях кодирование не предполагает закрытие информации. Когда, например, набирается текст на компьютере, в текстовом редакторе буквенные символы преобразуются в цифровую форму. При этом, она остается доступной очень многим.
Второй пример — азбука Морзе. Здесь буквы, цифры и другие знаки кодируются наборами точек и тире для передачи по каналу связи. Как кабельному, так и эфирному.
В произведении Конан Дойля великий Шерлок Холмс легко разгадывает таинственные, на первый взгляд, рисунки с набором пляшущих человечков. Это тоже кодирование, хоть и несколько экзотическое.
Шифрование принципиально отличается от кодирования тем, что информация преобразуется, чтобы затруднить или сделать невозможным ее понимание или изменение в случае несанкционированного доступа, то есть перехвата.
В фильме «Семнадцать мгновений весны» пастор Шлаг посылает в Стокгольм телеграмму: «Тетя Эльза гостила у нас в Берне и Лозанне. Чувствует себя хорошо, только очень скучает. Каждую неделю пишет письма домой». По этому тексту очень сложно предположить, что это шифрованное послание, в котором речь идет о тайных переговорах, и связь будет осуществляться по установленному каналу связи.
Шифрование обычно предполагает кодирование и здесь грань между ними становится несколько неопределенной.
Защитой и засекречиванием информации занимается наука криптология (гр. kryptos тайный, скрытый), которая состоит из двух частей — криптографии и криптоанализа. Первая занимается математическим аппаратом преобразования и кодирования информации. Другими словами, эта наука изучает и создает шифры и коды.
Криптоанализ занимается противоположным. Математическими и другими методами исследуются возможности дешифровки и декодирования информации. Их возможность определяет так называемую стойкость кода и шифра. Попытка раскрытия шифра или кода называется криптографической атакой. Если она удалась, то происходит взлом или вскрытие шифра.
История шифров и кодов насчитывает тысячелетия. Юлий Цезарь, ко всем своим достоинствам, успешно занимался и криптографией. Он изобрел код, носящий его имя. Это был весьма нестойким, но для современников он казался недоступным. Цезарь использовал так называемый подстановочный код, в котором буквы заменялись другими со сдвигом. Он же изобрел и способ механизации кодирования и обратной операции с помощью конусообразного шеста.
Французский математик Франсуа Виет, теорему которого о корнях квадратного уравнения изучают в школе, сумел взломать, на жаргоне расколоть, шифр иезуитов и испанских агентов во Франции. За что предположительно был отравлен солдатами Христа. Во всяком случае, испанский король Филипп II обвинял его в использовании черной магии.
Криптография стала наукой после публикации в 1949 году статьи американского инженера и математика Клода Шеннона «Теория связи в секретных системах». В ней он доказал принципиальную возможность построения абсолютно устойчивых, то есть недоступных для взлома, шифров. Одна проблема — ими очень сложно и просто технически неудобно пользоваться. К тому же время передачи таких шифрованных текстов очень долгое.
Операция «Ультра»
Это в книгах и сериалах агенты быстро шифруют и дешифруют тексты. На самом деле, это достаточно длительный и трудоемкий процесс. Даже незначительные ошибки могут настолько исказить послание, что его просто невозможно дешифровать или понять.
Вот почему довольно давно инженеры и математики занимались созданием устройств механизации шифрования и дешифровки. В феврале 1918 года немецкий инженер Артур Шербиус выкупил голландский патент на шифровальную машину, получившую название Enigma — «Энигма». По-гречески — тайна, загадка. С 1925 года ее использовали сначала в военно-морском флоте, потом в других видах вооруженных сил Германии. В дальнейшем машины были переданы Японии и Италии.
Первые попытки взломать код «Энигмы» предприняли польские дешифровщики. В межвоенный период там сформировалась сильная группа математиков-криптоаналитиков. Они взломали шифр Красной Армии во время советско-польской войны 1919-1921 гг. и тем самым предопределили ее поражение. В 1939 году они перебрались во Францию, а затем в Великобританию. Ими была переданы образцы машины и разработки по ее дешифровке.
В Англии работа была сосредоточена в GC&CS — Government Code and Cypher School — Правительственная школа кодов и шифров, которая позже получила название GCHQ — Government Communications Headquarters — Центр правительственной связи. Школа размещалась в огромном замке Блетчли–парк в 50 милях от Лондона. Ее возглавил ветеран военной разведки сэр Алистер Деннистон. Работой по дешифровке руководил лингвист и криптоаналитик Альфред Нокс, а научную работу возглавлял профессор математики Гордон Уэлчмен.
Так началась операция «Ультра». Она поставляла огромный объем информации высшей категории секретности из Германии и Италии для высших английских руководителей, а потом и для командующих союзными войсками в Европе.
Для работы в Блетчли-партке набирали не только математиков, а также лингвистов, шахматистов, египтологов, чемпионов по решению кроссвордов. Всего в «Ультра» участвовало около 12 тыс человек.
Главную роль в дешифровке шифров не только «Энигмы», но и других немецких шифровальных машин сыграл выдающийся математик Алан Тьюринг. В середине 1930 гг. он создал математическую модель, на основе которой строятся все компьютеры (машина Тьюринга). Именно он разработал главные алгоритмы дешифровки и теоретические основы создания компьютера Colossus (Колосс). С введением его в строй время расшифровки сообщений сократилось до нескольких часов. Он считается первым программируемым компьютером в истории вычислительной техники.
В Школе Тьюринга называли Bletchley Park genius loci — безумный гений из Блетчли-парка. Он часто молча ходил без носков по тихим коридорам. О нем составляли многочисленные анекдоты. Однако именно этот чудак разработал шифры для переписки Черчилля и Рузвельта, за что был удостоен звания кавалера Ордена Британской империи четвертой степени.
Интересно, что определенную помощь в дешифровке оказало пристрастие немецких шифровальщиков использовать в передаче ненормативные выражения, что очень развлекало женщин работавших в Блетчли-парке.
Свою роль во взломе «Энигмы» сыграли метеопрогнозы. Немцы методично начинали их с одного и того же слова, а заканчивали восхвалением Гитлера. Зная, откуда пришел метеопрогноз и какая была погода, можно было составить представление о характере открытого текста. Помогала и особенность грамматики немецкого языка, а также захваты шифровальных книг на немецких кораблях и подводных лодках.
Перед английским руководством по мере роста дешифрованной информации стала задача сохранения секретности. Хотя в операции «Ультра» участвовало несколько тысяч человек, они более 30 лет хранили это в секрете и только со второй половины 1970-х гг. не очень охотно стали рассказывать о своей деятельности. Книга Тьюринга об алгоритмах взлома шифров «Энигмы» была рассекречена только в 1996 году.
Важнейшей была задача не допустить, чтобы немцы, а потом и японцы догадались о взломе шифровальной машины. Для этого предпринимались самые разные действия, иногда драматичные.
Зная по информации «Ультра» о прохождении в Средиземном море конвоев, которые везли африканскому корпусу Роммеля горючее и боеприпасы, английские адмиралы перед атакой на конвой посылали разведывательный самолет. Как считал противник, именно он и наводил английские корабли.
Однажды конвой был фактически потоплен в сильном тумане и хитрость с самолетом не получалась. Тогда из Лондона в Неаполь была послана радиограмма с простым шифром, в которой выражалась благодарность мифическому агенту. Начальника порта Неаполя отстранили от работы.
Во время «битвы за Англию» между британской и немецкой авиацией летом-осенью 1940 года произошло и трагическое событие. Город Ковентри 15 ноября был серьезно разрушен массированной бомбардировкой. При этом немцы потеряли всего один самолет.
За две недели до этого Черчилль ходил очень мрачный и задумчивый. Он получил информацию от «Ультра», что запланирован налет на Ковентри. О ней в Германии знал очень ограниченный круг людей и, в случае принятия каких-либо действенных мер противодействия, в Берлине могли догадаться, что тайны «Энигмы» больше не существует и операцию «Ультра» пришлось бы свернуть.
Решение о бездействии принял лично Черчилль. В том налете погибли около 600 человек, центр города был сильно разрушен. Хотя не все историки придерживаются мнения, что Черчилль сознательно допустил такую бомбардировку ради сохранения тайны операции «Ультра», но косвенно это подтверждает личная переписка английского премьера и американского президента Рузвельта. Последний писал: «Война заставляет нас все чаще действовать как Бог. Не знаю, как бы я поступил…»
Еще один трагический эпизод. Всемирно известный английский актер и режиссер Лесли Говард, который сыграл роль Эшли Уилкса в фильме «Унесенные ветром», и одновременно являлся сотрудником одной из спецслужб Англии. Он получил задание передать важные секретные документы. Он должен был вылететь рейсом 777 Лиссабон-Лондон. Германская разведка агентурным путем узнала об этом, и немцы приняли решение сбить самолет. Англичане от «Ультра» узнали о намерении противника, но не отменили его полет.
Самолет был сбит 1 июня 1943 года над Бискайским заливом немецким истребителем. Так хранили тайну операции «Ультра».
После окончания войны в Европе операция «Ультра» была прекращена, все модели дешифровальных машин и специализированных компьютеров были уничтожены, как и документация по ним.
В феврале 1992 года Блетчли-парк объявлен историческим заповедником. В нем размещается музей операции «Ультра». Через 60 лет общество Enigma & Friends восстановило Colossus. Изготовление комплектующих заняло два года, а сборка компьютера — десять лет.
Во время войны за Фолклендские острова в 1982 году аргентинской авиацией был потоплен английский эсминец «Ковентри». В чем-то он повторил судьбу города, в честь которого был назван. Как корабль назовешь — так он и поплывет.
Юрий Райхель
