Криптофронт, открытый до войны: один поляк и много проводов

Как разгадали шифры «Энигмы»? Наверняка подавляющее большинство в первую очередь вспомнит о Блэтчли парке, Алане Тьюринге, его криптологической бомбе и теми или иными словами помянет очень художественный фильм «Игра в имитацию». «Она не просто сложная, она нерешаемая, — безапелляционно чеканит Тьюрингу коммандер Дэннистон в исполнении Чарльза Дэнса. — Американцы, русские, французы, немцы — все считают, что Энигму нельзя взломать».

«Курва, — могло бы возразить ему спецподразделение польской разведки с говорящим названием «Бюро шифров». — А мы-то вам под Варшавой ликбез проводили и даже Энигму свою подарили… »

Под Варшавой британская и французская делегации в конце июля 1939 года смотрели и слушали, как польские криптологи из Бюро шифров делились своим обширным опытом вполне успешного ломательства шифров Энигмы и чтения пропущенных через неё сообщений. Но открытия на этой встрече для французов и британцев начались с самой Энигмы. Пока в Польше её вовсю дешифровывали, во Франции и Британии лишь гадали, как эта машина устроена. Так что кроме наработок по части дешифровки, поляки передали гостям и сами Энигмы — польские реплики, которые реконструировали в Бюро шифров.

Польская разведка ещё в конце 1920-х проанализировала изменившиеся шифровки немецких военных и поняла, что новые шифры — машинные. Чтобы подобрать команду специалистов, способных работать с подобными шифрами, в 1929 Генеральный штаб Войска Польского организовал в Познаньском университете спецкурс по криптографии, до которого была допущена небольшая (порядка 20-ти человек) группа немецкоговорящих студентов-математиков. Из них трое проявили себя особенно хорошо. Вот они на pic.1 слева направо: Генрих Зыгальский, Ежи Ружицкий и гвоздь сегодняшней программы — уроженец Бромберга, Пруссия (ныне — Быдгощ, Польша) Мариан Реевский, гуляют по парку в пригороде Парижа.

Их сначала привлекли к работе в Познаньском отделении Бюро шифров, но в 1932 оно было распущено и криптологов перевели в Варшаву.

Там Мариану Реевскому поручили работу с шифровками войсковой Энигмы.

Чтобы по достоинству оценить произошедшее дальше придется вникнуть в устройство адской шифровальной машины Рейха.

Это был аппарат 2в1: и для шифрования, и для дешифровки. Вводишь сообщение — получаешь шифровку. Вводишь в так же настроенную Энигму шифровку — получаешь сообщение. Удобно, но эта фича с кольцевой системой образовывала и баги, пригодившиеся дешифровщикам.

Энигма вообще-то имела множество как коммерческих, так и военных модификаций, и их история достойна отдельного рассказа. Но для наших целей будет достаточно разобраться с одной, самой хрестоматийной версией, Энигмой вермахта, она же — войсковая Энигма. (Pic.2)

Передняя поверхность машины — коммутационная панель — панель с 26 буквами латинского алфавита, под каждой из которых находится разъем, похожий на розетку. Через эти разъемы буквы можно соединять между собой попарно с помощью специального кабеля со штепселями с обеих сторон. Между собой никогда не соединялись абсолютно все буквы. Коммерческие варианты этой панели не имели.

Верхняя поверхность Энигмы состоит из трёх частей, если перечислять снизу вверх это: буквенная клавиатура (благодаря ней об Энигме любят говорить «напоминает печатную машинку»), буквенная панель с лампочкой под каждой буквой и роторный механизм. Если корпус аппарата закрыт, то от этого механизма видно три выступающие сквозь прорези в корпусе металлические шестеренки, рядом с которыми сквозь маленькое окошко видна буква. Если открыть корпус аппарата и посмотреть на «голый» механизм, то станет ясно, что роторы — это сложносочиненные диски, насаженные на единый вал. На правой стороне каждого диска — 26 штыревых контактов по кругу, затем зубчатое колесо, уже виденная сквозь прорези шестеренка, кольцо с буквами, кольцо с одним пазом и 26 плоских контактов на выходе с левой стороны. На pic.2 слева от Энигмы выложены два ротора: ближний — левой стороной наверх, дальний — правой.

Чтобы зашифровать или расшифровать букву, нужно нажать на клавишу с этой буквой и посмотреть, лампочка с какой буквой загорится. Под каждой клавишей есть три пластинки: верхняя соединена с блоком питания, средняя — с соответствующей буквой на коммутационной панели и в положении покоя наклонена так, что касается нижней — подключенной к лампочке с соответствующей буквой. При нажатии клавиши верхняя пластина опускается, касается средней и поднимает её от нижней. Электрический ток идет от клавиши на коммутационную панель, после нее — на статичное входное колесо перед роторами, затем проходит через роторы и попадает на отражатель. Это тоже колесо, но 26 контактов в нём замкнуты в 13 пар, то есть от отражателя ток запускается обратно: через три ротора, входное колесо, коммутационную панель и на среднюю пластину под одной из клавиш. При прохождении через каждый элемент ток может перенаправляться на контакт, соответствующий не той букве, от которой он попал на этот элемент, а какой-то другой. Соответственно, возвращается он не к той же клавише, из которой вышел, а к другой, и средняя пластина под ней передает сигнал лампочке. Электрическая схема наглядно показана на pic.3.

Это не все. За роторами находились элементы, в храповом механизме называющиеся собачками. При нажатии клавиши они поднимались вверх, за зубчатое колесо толкая вверх и ротор. Одно нажатие — один поворот первого ротора. Помните то кольцо с одним пазом на левой стороне? Собачка следующего ротора могла достать до его зубчатого колеса только тогда, когда попадет в этот паз, то есть один раз за полный поворот ротора справа. В итоге первый ротор поворачивался при каждом нажатии, второй — один раз за полный поворот первого ротора, третий — раз за полный поворот второго. Кольцо с этим пазом поворачивалось относительно остального механизма, так что паз мог выставляться на любую из 26 возможных позиций. А чтобы ротор поворачивался каждый раз только на один сектор, случайно не проскользнув больше, специальный рычаг за ротором тормозил движение за шестерёнку. Когда ротор был неподвижен, конец рычага располагался между её зубьями, и толчка от собачки хватало только для того, чтобы перескочить лишь один зубец.

Итого до начала работы на Энигме было нужно: установить роторы в правильном порядке, правильно их настроить, попарно подключить нужные буквы на коммутационной панели и выставить роторы в необходимую стартовую позицию — те буквы, которые видны в окошко в корпусе.

К войне немцы меняли настройки всех элементов каждый день, но сначала процедуры были проще. В 1932, например, порядок роторов менялся раз в месяц.

Эти настройки и порядок работы с аппаратом выдавались операторам в бумажном виде.

И человек, к которому они в итоге стекались, по совокупности личных причин решил продать их разведке весьма потенциального противника. Это был Ганс-Тило Шмидт, сотрудник шифрбюро Министерства обороны Германии, как агент разведки получивший кодовое имя «Ashe», то есть «Пепел».

Коды и инструкции, правда, были вышедшими из употребления. Должностными обязанностями Шмидту предписывалось их уничтожать, а не продавать.

Да и разведка, как можно догадаться по кодовому имени агента, была не польская. Шмидт стал продавать коды и инструкции французам, только произошло одно «но».

Кроме полковника Гюстава Бертрана, получившего от агента «Пепел» эти материалы, никто ни во французской, ни в бывшей с французами в контакте британской разведках не увидел в них ценности. Их просто не знали, куда и как приложить, чтоб от этого был толк. Зато поляки, едва получив первые документы, тут же запросили добавки.

Дальнейшая история об уме и сообразительности будет неприлично короткой по сравнению с объемной экспозицией.

Реевский посмотрел на имеющуюся у поляков коммерческую Энигму, покурил полученные от французов мануалы и перехваченные немецкие шифровки. И буквально за несколько недель реконструировал проводку армейской Энигмы.

Особенно замечательная история вышла со входным колесом: в коммерческой Энигме то, что попадало на него как QWERTZU (порядок раскладки в немецкой клавиатуре) на первый ротор отправлялось как ABCDEFG, в алфавитном порядке. То есть внутри колеса провод от Q шел к А и т.д. Наш герой (на этом моменте все рассказчики любят напоминать,что он прилежно учился в немецкой гимназии и азбуку впитал заодно с немецкой логикой) сообразил, что в войсковой машине элемент, как и остальные, передает символы иначе и предположил: а что, если прям напрямую?

И угадал. В войсковой Энигме то, что входило в это колесо, то из него и выходило. Через почти 7 лет на встрече под Варшавой эта новость изрядно удивит британцев: их специалисты даже не пытались проверить подобный вариант, посчитав его слишком простым.

Справедливости ради, процесс реконструкции не был просто чередой удачных догадок. Реевский, зная, что немцы начинают каждое сообщение с ключа из трёх произвольных букв, повторенного дважды, сначала для сообщений одного дня определял характерные циклы перестановок символов, как показано на pic.4. Если каждое сообщение начинается с шестизначного ключа вида ABCABC, выходит, в получившейся после шифрования абракадабре будет определённая взаимосвязь между первым и четвертым, вторым и пятым и третьим и шестым символами. Поскольку за день передавалось много сообщений, можно было отследить циклы перестановок для всех букв алфавита.

На основе этих циклов он составил для описания проводки Энигмы систему из шести (по количеству возможных способов расположения на валу трех роторов) уравнений с разными неизвестными. Уже после войны Реевский скажет, что такую систему возможно решить без привлечения дополнительных данных, но этот способ зависит от удачи, к тому же, он муторный и долгий. Исследование 2005 года показало, что на него ушло бы не менее 4-х лет.

Но Реевский положился не на удачу, а на инструкции и коды к Энигме. Благодаря им исключил из конструкции перестановки от коммутационной панели, и все стало намного проще. Криптолог исходил из того, что второй и третий роторы поворачиваются не каждый раз, соответственно, существуют ситуации, когда шесть нажатий подряд поворачивался только крайний правый ротор, а остальная система оставалась статичной. Это было верно не всегда, но рассмотрение именно такого случая позволило вычислять схему проводки в роторе, установленном крайним справа. Сначала выходила белиберда, но как только Реевского осенило насчет входного колеса, все стало складываться.

Настройки, переданные французской разведкой, охватывали период, когда в крайнем правом положении был сначала один, а потом другой ротор. Последовательно вычислить проводку во всех элементах при таких вводных было делом недолгим, и под конец 1932 года поляки знали все о проводах в Энигме.

Эта реконструкция была, хоть и очень важным, лишь первым шагом в плодотворной работе польских криптологов с шифровальной машиной. До 1939, когда франзуы и британцы наконец познакомятся с устройством войсковой Энигмы, специалисты Бюро шифров разработают способы и аппараты для дешифровки немецких машинных шифров, не один раз переработают их в связи с модернизациями Энигмы, будут читать три четверти нацистских шифровок и будут готовы продолжать в том же духе.

Но осенью 1939 Бюро уничтожит все свои наработки, чтобы сохранить успехи в тайне от вторгшейся в Польшу Германии. Впереди у польских криптологов, в частности — героя этой заметки, Мариана Реевского, будет череда эвакуаций, а порой и откровенных бегств. Они по-прежнему будут работать с шифрами, но инициатива по дешифровке Энигмы теперь будет за британцами, и они разработают свой, отличный от польского, способ взлома немецких шифров.

Впрочем все это — уже совершенно отдельная история.

Источник: vk.com

Комментарии: