Правда и вымысел о Энигме

Немецкая шифровальная машинка была названа "Загадкой" не для красного словца. Вокруг истории ее захвата и расшифровки радиоперехватов ходят легенды, и во многом этому способствует кинематограф. Мифы и правда о немецком шифраторе — в нашем материале.

Перехвату противником сообщений, как известно, можно противопоставить только их надежную защиту или шифрование. История шифрования уходит корнями вглубь 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.

Машинка Enigma, использовавшаяся Германией в годы Второй мировой войны, была не уникальна. 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.

Начнем с того, что первый патент на конструкцию «Enigma» получил голландец Хьюго Коч в 1917 году. Это был механизм, позволявший, за счет вращения роторов, заменять одни буквы другими. В следующем году Коч продал свое изобретение немцу Артуру Шербиусу, который увидел в механизме перспективу для коммерческого производства. Немецкий инженер доработал конструкцию, а чуть позже добавил рефлектор, находившийся за последним ротором. Рефлектор позволял избегать перестановки крайних роторов для дешифровки и гарантировал инволюцию: расшифровка и шифрование – одинаковы по сути и взаимообратимы.

Артур Шербиус и его партнер Рихард Риттер основали компанию «Chiffriermaschinen AG» и стали продвигать свои устройства: электромеханические роторные шифровальные машины «Enigma». Модели «А» и «В» были большими и неудобными (модели были без рефлектора). Начиная с модели «С» механизмы стали мобильнее и надежнее. Модель «D», появившаяся в 1927 году, была закуплена многими странами: Польшей, Англией, Голландией, Италией… Всего, по различным источникам, было изготовлено около ста тысяч разных модификаций «Энигмы».

Модели отличались размерами, количеством используемых роторов, количеством используемых букв (выемок и контактов на роторах). Наиболее «исторически известная» немецкая военная модификация «Энигмы» использовала двадцать шесть контактов на каждой из сторон ротора. Каждый контакт соответствовал букве алфавита. Для символов использовались сочетания букв. То есть каждый ротор мог обеспечить двадцать шесть разных подстановок каждой буквы – элементарный шифр подмены, не слишком сложный. Но использование нескольких роторов позволяло значительно усложнить его.

Первая трехроторная машинка обеспечивала 17576 вариантов подстановки символа. Используя в следующих моделях три из пяти роторов в случайном порядке, это число возросло до 1054560 вариантов, а после добавления четвертого ротора, переваливает за миллиард. Эта высокая степень вариативности и значительная трудность для дешифровки убедило военное ведомство Германии использовать «Загадку» для передачи шифрованных сообщений в боевых действиях.

До появления таких устройств, передачи шифровали «вручную», используя таблицы. «Энигма» (и похожие устройства которые, разумеется, были изобретены) автоматизировали процесс. Кодировщику даже не надо было знать весь процесс шифрования: он нажимал буквы на клавиатуре (типа пишущей машинки), а на выходе получал набор символов, расшифровать который мог только тот, кто имел точно такую же машинку, с таким же количеством роторов, расположенных в тех же местах, в таком же порядке, что и у кодировщика.

А для еще большего усиления шифра в военные модели добавилась коммутационная панель, позволявшая подменивать пары букв до роторов и после. То есть, даже имея «синхронизированную» машинку, невозможно было узнать первоначального послания, не зная положения кабелей в коммутационной панели.

Историю декодирования машины Enigma мы знаем в основном по голливудским блокбастерам о подводных лодках. Однако фильмы эти, по мнению историков, имеют мало общего с реальностью.
Например, в картине 2000 года «U-57» рассказывается о секретном задании американских моряков захватить шифровальную машинку Enigma, находящуюся на борту немецкой субмарины U-571. Действие разворачивается в 1942 году в Северной Атлантике. Несмотря на то, что фильм отличается зрелищностью, история, рассказанная в нем, совершенно не отвечает историческим фактам. Подводная лодка U-571 действительно состояла на вооружении нацистской Германии, но была потоплена в 1944 году, а машинку Enigma американцам удалось захватить лишь в самом конце войны, и серьезной роли в приближении Победы это не сыграло. К слову, в конце фильма создатели сообщают исторически верные факты о захвате шифратора, однако появились они по настоянию консультанта картины, англичанина по происхождению. С другой стороны режиссер фильма Джонатан Мостов заявил, что его лента "представляет собой художественное произведение".

Европейские же фильмы стараются соблюсти историческую точность, однако доля художественного вымысла присутствует и в них. 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. Конечно, в реальной жизни на расшифровку кодов ушло гораздо больше времени. Сначала этим занималась криптологическая служба Польши. 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. Для этого потребовалось четыре года напряженной работы, помощь французских разведданных (в лице «купленного» Ганса-Тило Шмидта, из минобороны Германии, который «слил», пусть и устаревшие, коды трехроторной «Энигмы», которые позволили понять принципы шифрования) и счастливой догадки самого Реевского о способе соединения проводов внутри роторов. Бывшие у поляков коммерческие модели соединяли пары букв «по расположению на клавиатуре», а немецкие военные – в алфавитной последовательности. Это был только шаг к разгадке: взломщики поняли, как работает шифровальная машина, но ключи для «Энигмы» менялись очень часто, фактически ежедневно.

И талантливыми поляками был создан механизм, называемый ими «Криптологической Бомбой». «Бомба» состояла из шести «Enigma» и позволяла за два часа перебирать 17576 положений трех роторов и проверить все возможные варианты ключей. Это давало возможность читать порядка восьмидесяти процентов шифрованных сообщений. А после модернизации «Энигмы» (немцы в 1937 заменили рефлекторы на своих машинах, а для ВМФ стали применять четыре ротора), процент дешифрованных сообщений еще понизился.

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 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. В этих условиях Великобритании и другим странам антигитлеровской коалиции обязательно нужно было проникнуть в загадку Enigma.

За тридцать семь дней до Второй мировой польские инженеры сделали союзникам Польши подарок – подарили по одной «КриптоБомбе». Французы не смогли воспользоваться подарком, зато англичане развернули на базе польского устройства целую программу противодействия «Энигме», с кодовым названием «Ультра», действовавшую под грифом «Ультра секретно» (что было выше «Сов.Секретно»!). А в мае 1941 года в разгадке тайны «Enigma»: была захвачена немецкая подводная лодка U-110, на борту которой были «Энигма М3», комплект роторов, ключей на апрель-июнь, инструкции по шифрованию…

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.

Максимально одновременно работало двести одиннадцать «бомб Тьюринга», расшифровывавших до трех тысяч шифрованных сообщений. В Station X за время войны было доставлено сто семьдесят «Энигм» (из них – четыре модели «М4»). Весной 1944-го года часть работ перенесли в Америку, и, можно сказать, дешифровка превратилась в рутину. «Enigma» была разгадана.

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.
К слову, специальный отдел ВЧК, занимающийся шифровкой и дешифровкой, был созван в СССР 5 мая 1921 года. На счету сотрудников отдела было много не очень, 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.

Стоит отметить, что «вскрыть» самый секретный механизм Германии помогли несколько гениальных людей и идей, сыгравших немалую роль и в дальнейшем развитии криптошифрования. Конечно, с сегодняшних позиций криптографии шифр «Энигмы» был не слишком сложным. Да и влияние на ход войны "взлом" устройства тоже вызывает много вопросов... Но то, что это удивительное противостояние умов, загаданное «Enigma», представляет ценность для истории,  криптоаналитикам сомневаться не приходиться.