Сражение с «Загадкой»

Вторая мировая война. Упорная борьба шла не только на фронтах почти всего мира. Не менее упорно на невидимых полях ожесточённых сражений противостояли друг другу шифровальные службы. Вторая мировая стала гигантской битвой интеллектов.

У немцев есть огромный козырь - легендарная шифровальная машина «Энигма», что в переводе с греческого означает «загадка». Так она была названа не для красного словца. Она обладала какой-то чудовищной вариативностью. Чтобы проверить все возможные ключи «Энигмы», потребуется время, превышающее срок существования Вселенной. Естественно, перебрать такое количество вариантов не представляется возможным.

«Свора гончих»

Противоборство с «Энигмой» потребовало огромных интеллектуальных усилий. Пришлось срочно мобилизовать все силы. Для решения этой сложнейшей задачи создали команду крипто­аналитиков нового типа.

Руководителем проекта «Ультра» стал ветеран военной разведки Алистер Деннистон.

К подбору команды он подошёл нестандартно, привлекая в первую очередь людей с высоким интеллектом, независимо от профессии.

Деннистон начал набирать штат криптоаналитиков по принципу умственных способностей. В газете «Дейли Телеграф» поместили объявление, в котором читателям был задан вопрос, сможет ли кто-нибудь решить опубликованный кроссворд менее чем за 12 минут. Те, кто решили кроссворд за заданное время, были приняты на службу в Блетчли-Парк.

В августе 1939 года в имение Блетчли-Парк в 50 милях от Лондона под видом компании охотников въехала группа специалистов по взлому кодов. Команда была причудливой смесью людей: в его штате были математики, лингвисты и шахматные гроссмейстеры, чемпионы по решению кроссвордов, египтологи и даже палеонтологи. Но ключевую роль сыграли, естественно, математики - и в первую очередь, гениальный Алан Тьюринг, работавший там с самого начала.

Выполняя свою крошечную часть работы, никто не знал, чем они занимаются в целом, и слово «Энигма» никогда не слышал.

Гордон Уэлчман, являвшийся руководителем казармы 6, говорил о своей команде как о «своре гончих, старающихся отыскать запах». Трудноразрешимая задача передавалась из казармы в казарму, пока не находился тот, кто мог её решить, или хотя бы тот, кто сумеет решить её частично, после чего её передавали дальше.

В разгар деятельности центр насчитывал 12 тысяч человек.

Погоня за ошибками

На первый взгляд, «Энигма» выглядит неуязвимой, но криптоаналитиков это не обескуражило. Они были готовы проверить каждую тропку, чтобы отыскать её слабое место. Взламывание сложного шифра напоминает восхождение по обрывистой отвесной скале. На первый взгляд, поверхность скалы кажется совершенно ровной. Криптоаналитик стремится отыскать любую трещинку или выступ, которые могли бы дать хоть сколь-нибудь мельчайшую зацепку.

Перебор всех возможных комбинаций для подбора ключа не подходил. Полный перебор 264 вариантов даже на современных компьютерах дело не простое. Однако всё меняется, если применить подсказки.

Тьюринг предложил более простой и менее трудозатратный способ расшифровки. Он был основан на понимании Тьюрингом того, что можно использовать связь между известной или угаданной частью открытого текста, называемого подсказкой, и зашифрованного текста. Его методы основывались на предположении, что в каждом сообщении часть исходного текста известна. Упор при дешифровке стал делаться именно на поиске наиболее часто повторяющихся комбинаций символов и анализ того, что это могут быть за слова.

Если удаётся угадать даже самое короткое слово, дальнейшее уже дело техники.

Часть открытого текста сопоставлялась с частью шифротекста, и такое сочетание помогало расшифровке.

Использование в паре под­сказки-шифротекст для проверки на несоответствия - фундаментальная концепция для атаки Тьюринга на «Энигму». Это сразу исключает из рассмотрения колоссальное количество вариантов шифрования.

Подсказки, которые неизбежно были, позволили перейти к неприступной задаче разгадать «Энигму».

Теперь необходимо было найти подсказки в достаточном количестве.

Это могло быть что угодно. Позывные, даты, географические названия или координаты каких либо объектов и так далее. В качестве подсказок использовались одни и те же стереотипные фразы, с помощью которых общались немцы, а также любые повторяющиеся тексты.

Дополнительным облегчением было и то, что в шифре Энигмы ни одна из букв исходного сообщения не шифровалась той же самой буквой. Например, буква «R» никогда не могла стать буквой «R».

Ещё одной известной к тому времени уязвимостью являлось то, что «Энигма» шифровала первые три буквы повторно. Это позволяло найти шаблоны шифра.

Тьюринг подметил, что цифра «один» (Eins) встречается в 90% сообщений. На этой основе был построен особый метод дешифровки – «eins»-алгоритм.

В качестве подсказки использовалось даже то, что немцы в каждом сообщении передают нацистское приветствие – «Хайль Гитлер!».

Ещё: немцы часто употреб­ляли слова «фатерланд» и «рейх». Самой распространённой фразой во время войны было сообщение: keine besonderen ereignisse - нечего докладывать. У англичан были сотрудники с родным немецким языком, они перебрали массу шифровок на наличие подсказок и приблизили победу над «Энигмой».

В том, что шифр «Энигмы» был расшифрован, были косвенно повинны метеорологи. Ключом к разгадке стало слово «погода». Тьюринг знал, что немцы ежедневно в 6 утра посылали обычную зашифрованную сводку погоды. В сообщениях всегда содержалось слово wetter - немецкое слово «погода», которое по правилам немецкой грамматики всегда стояло в определённом месте в предложении.

Ясно, что буквам открытого текста wetter соответствуют первые шесть букв некоторого зашифрованного текста.

Подсказка была:

«Прогноз погоды»

Рассмотрим следующее открытое сообщение P и соответствующий ему криптотекст C, зашифрованный «Энигмой».

P = WETTERVORHERSAGEBISKAYA

C = RWIVTYRESXBFOGKUHQBAISE

Чтобы определить, какая буква подсказки соответствует какой букве зашифрованного текста, мы сопоставляем её с ним до тех пор, пока не найдём соответствие. Если подсказка правильно сопоставлена с зашифрованным текстом, мы можем его расшифровать.

Таким образом Тьюринг нашёл иголку в стоге сена, или, может быть, правильнее сказать, ключ к Третьему рейху. Подсказки стали манной небесной: все двери стали открываться, и это подняло моральный дух дешифровальщиков.

Возделывание

Когда информации оказывалось недостаточно для разгадки шифра, то противника на неё провоцировали. Британские войска прибегали к приёму под названием «гарденинг» (возделывание). Для этого британские ВМС на виду у немцев проводили демонстративные минирования отдельных участков моря, вынуждая немецкие суда посылать предупреждения другим кораблям. Эти зашифрованные с помощью «Энигмы» сообщения обязательно содержали координаты места на карте, которые были известны англичанам, а потому их можно было применять в качестве подсказки.

Использовалась «принудительная информация». Так, англичане бомбили порт Кале, и немцы давали шифровку, а в ней - уже известные слова!

Следовало предпринять меры предосторожности, поскольку внезапный необъяснимый рост успешных действий англичан мог бы дать немцам понять, что их сообщения читаются. В одном случае в Блетчли дешифровали сообщение «Энигмы», в котором было указано точное местоположение группы кораблей. Адмиралтейство решило не топить все корабли, поскольку полное уничтожение всей группы могло бы вызвать у немцев подозрение.

«Бомба» для Третьего рейха

То, что делалось до сих пор, являлось подготовкой к завершающему логическому прыжку, благодаря которому задача одним махом стала в сотню триллионов раз легче.

Правы были создатели «Загадки»: расшифровать её сообщения вручную невозможно в принципе. Против машинного шифрования «ручные» методы не годились. Они были слишком трудоёмкими и в условиях войны неприемлемыми. Нужно было разработать совершенно новые способы. А что, если противник противопоставит этой машине свою? А ведь он так и поступил, создав свою «антиЭнигму».

Тьюринг сконструировал и начал взламывать сообщения «Энигмы» с помощью своего собственного «компьютера», что позволило ему исключить из рассмотрения миллиарды возможных вариантов.

В Блетчли идею Тьюринга претворили в работающие устройства, способные расшифровать сигналы «Энигмы». Эти устройства были названы «бомбами». «Бомбы» успешно механизировали процесс дешифрования.

В марте 1940-го Фирма British Tabulating Machines построила первую дешифровочную машину - имитатор «Энигмы» - «бомбу Тьюринга». Это был шкаф весом около тонны, длиной три метра, высотой два с небольшим метра и шириной чуть больше полуметра. У неё было 19 км проводов(!) и 97 000 различных деталей. Сто восемь электромагнитных барабанов соответствовали ста восьми роторам «Энигмы».

При вскрытии шифра в «Бомбу» осуществлялся ввод «подстрочников», которые были взяты из немецких сводок погоды и других подсказок. «Бомба» проверяла все возможные варианты расположения дисков в «Энигме». Процесс повторялся до тех пор, пока не был найден правильный ответ.

Теперь вместо перебора целого сообщения машина сверяла известные фрагменты текста с положением роторов, после чего из множества комбинаций оставляла несколько логических продолжений искомых фрагментов.

Вращаясь со скоростью 120 оборотов в минуту, они перебирали приблизительно 17 500 возможных позиций, пока из «каши символов» не находилось совпадение с известным фрагментом открытого текста (подсказкой).

Когда найдено правильное положение шифраторов, загорается лампочка. Таким образом, из огромного множества вариантов оставались лишь несколько логически непротиворечивых, на основе которых машина и подбирала шифр. Зная положение роторов, было легко прочесть и неизвестные части сообщений.

212 машин работали круглосуточно, ежедневно взламывая около трёх тысяч шифровок. Они были размещены в разных местах по всей Британии, на случай возможных взрывов, которые могли уничтожить эти очень сложные и дорогие образцы. Их посменно обслуживали 1675 женщин-операторов и 265 механиков. К концу войны она справилась с 2,5 миллиона сообщений.

«Энигма» была взломана окончательно, и шифровки вермахта и люфтваффе стали ложиться на стол британского штаба почти одновременно с немецкими.

Впервые в истории шифры, массово создаваемые машиной, ею же и разгадывались. Возникла целая фабрика по дешифровке. Противоборство с «Энигмой» стало рутиной. Собственно, на этом борьба с ней и закончилась.

Успех команды А.Тьюринга в разгадке сообщений «Энигмы» помог союзникам одерживать победы как на море, так и на суше. Так, например, с помощью этих машин союзникам стали известны мельчайшие детали расположения немецких войск на побережье Франции перед долгожданным и неоднократно откладывавшимся открытием Второго фронта. В 1944 году англичане точно знали, что немцы ждут высадки союзников у Па-де-Кале - и поэтому высадились в Нормандии, где их не ждали.

Война велась так, что один противник постоянно мог читать самые важные сообщения армии и флота другого. По сути, англичане были зрячими, ведущими войну против слепых.

Сотрудники Блетчли-парка, взломав шифр «Энигмы», совершили невозможное. По разным оценкам, её взлом сократил войну на два года и сохранил миллионы жизней.

О значении программы дешифровки «Энигмы» исчерпывающе сказал премьер-министр Великобритании Уинстон Черчилль: «Именно благодаря «Ультре» мы выиграли войну».

В Советском Союзе о фундаменте общей победы, наверняка, думали иначе, но свержение с пьедестала неприступной «Энигмы» действительно было очень большим и чрезвычайно важным делом в масштабах всей Второй мировой войны.