Немецкие шифровальные машины Второй мировой войны
- Тип
- комплекс электромеханических и механических систем шифрования
- Период
- 1930-е — 1945 год
- Происхождение
- Германия
Немецкие шифровальные машины Второй мировой войны образовывали не одну систему, а несколько технологически различных семейств, предназначенных для разных уровней и видов связи. Наиболее массовой стала Enigma, использовавшаяся прежде всего в радиосетях вооружённых сил. Для высокоуровневой телетайпной связи применялись Lorenz SZ 40/42 и Siemens & Halske T52. В конце войны предпринималась попытка внедрить механическую SG-41 как более стойкую систему для части полевой связи.[1]
Различие между этими машинами принципиально для истории криптоанализа. Британская Bombe создавалась для Enigma; электронный Colossus — прежде всего для потока Lorenz, известного британцам как Tunny. Siemens T52 представляла собой отдельное семейство шифрующих телетайпов и имела собственную историю анализа. Объединять Bombe и Colossus как устройства, «ломавшие Enigma», исторически неверно.
Уровни защищённой связи
Германская система связи требовала разных решений для разных условий. Полевым частям нужна была относительно компактная машина, которую можно перевозить вместе со штабом и использовать при работе по радио. Для связи между высшими штабами, где существовали телетайпные линии или устойчивые радиотелетайпные каналы, допускались более тяжёлые и сложные устройства.
Поэтому технологическая сложность машины часто соответствовала месту в системе командования:
- Enigma — широко распространённая роторная система для тактической и оперативной радиосвязи;
- Lorenz SZ 40/42 — шифрующий приставной аппарат для высокоуровневой телетайпной связи;
- Siemens T52 — интегрированное семейство шифрующих телетайпов;
- SG-41 — механическая клавиатурная машина позднего периода, предназначавшаяся для части связи, где требовалось заменить менее стойкие системы.
Этот список не исчерпывает германскую криптографию. Параллельно существовали кодовые книги, ручные шифры, таблицы и специализированные устройства. Но именно четыре перечисленных семейства показывают основные направления машинного шифрования.
Enigma
Enigma возникла как коммерческая роторная машина, но в 1920–1930-е годы была существенно переработана для военного применения. В наиболее распространённой армейской версии сигнал проходил через штекерную панель, три ротора и отражатель, после чего возвращался через роторы обратно.
Главным преимуществом была практичность: машина была сравнительно компактной, работала автономно и позволяла быстро шифровать текст в полевых условиях. Разные рода войск использовали собственные ключевые сети и варианты. Kriegsmarine применял более сложные процедуры, а в 1942 году ввёл для части подводной связи четырёхроторную M4.
Массовое применение Enigma одновременно создавало огромный объём материала для противника. Каждая отдельная ошибка оператора могла быть малозначительна, но тысячи ежедневных радиограмм позволяли союзникам систематически искать повторения и эксплуатационные слабости.
Польское Бюро шифров вскрыло германскую военную Enigma ещё в 1932 году, а в 1939 году передало свои результаты Великобритании и Франции. Во время войны британцы и американцы превратили работу против Enigma в промышленную систему с тысячами сотрудников и большим парком машин Bombe.[2]
Lorenz SZ 40/42
Lorenz SZ 40 и SZ 42 предназначались для шифрования пятибитного телетайпного кода. В отличие от Enigma, оператор обычно не набирал текст непосредственно на отдельной шифровальной клавиатуре: устройство включалось в телетайпную линию и комбинировало информационные импульсы с генерируемой машиной ключевой последовательностью.
Система использовала двенадцать колёс. Пять так называемых χ-колёс и пять ψ-колёс формировали компоненты ключевой последовательности, а два моторных колеса управляли нерегулярным движением части механизма. Такая схема создавала значительно более длинные и сложные последовательности, чем обычное шагание Enigma.[3]
Британцы не располагали самой машиной, когда начали изучать её трафик. Важнейший прорыв произошёл после серьёзной ошибки германского оператора 30 августа 1941 года: длинное сообщение было передано повторно с практически той же ключевой последовательностью. Сравнение двух шифртекстов позволило Джону Тилтману восстановить значительную часть открытого текста, а Билл Тьют затем логически реконструировал структуру неизвестной машины.
Работа против Lorenz стала отдельным направлением Блетчли-парка. Для автоматизации статистической обработки сначала использовался Heath Robinson, а затем Томми Флауэрс создал электронный Colossus.
Именно здесь особенно заметно различие между историей Enigma и историей ранних компьютеров: Colossus предназначался для анализа Lorenz/Tunny, а не Enigma.
Siemens & Halske T52
Siemens T52, известная также как Geheimschreiber, представляла собой шифрующий телетайп. Её развитие началось ещё до войны. В отличие от Lorenz, где шифратор был отдельной приставкой к телетайпу, T52 создавалась как интегрированная машина.[4]
Система преобразовывала пятибитные телетайпные знаки с помощью последовательностей, создаваемых несколькими колёсами. Разные варианты T52 — a/b, c, d и e — заметно отличались схемой движения и криптографическими свойствами.
История T52 интересна тем, что уязвимости машины изучались не только противником, но и германскими специалистами. Послевоенные материалы TICOM показывают, что криптоаналитики OKW/Chi и армейских служб проверяли собственные устройства и обнаруживали слабости ранних моделей. Это приводило к изменениям конструкции, хотя инженерные и производственные ограничения не всегда позволяли реализовать наиболее желательные решения.[5]
Некоторые варианты T52 были вскрыты шведским математиком Арне Бёрлингом и другими специалистами шведской радиоразведки. Поздние версии усиливались, но семейство оставалось отдельной задачей от Lorenz и Enigma.
SG-41
Schlüsselgerät 41, или SG-41, было разработано под руководством Фрица Менцера. В отличие от роторной Enigma машина использовала принцип, родственный механическим шифраторам Бориса Хагелина: pin-and-lug mechanism с несколькими колёсами и системой штифтов и планок.[6]
Первоначально требовалась прочная и достаточно лёгкая машина для полевых частей ниже уровня дивизии. На практике дефицит лёгких металлов привёл к тому, что SG-41 оказалась значительно тяжелее задуманного. По данным исследования NSA, серийное производство остановилось примерно после тысячи экземпляров; значительная часть была передана Абверу и использовалась с 1944 года.[7]
SG-41 интересна не как «преемница Enigma», успевшая заменить её, а как свидетельство того, что германские криптографические службы понимали проблему повышения стойкости полевой машинной связи. Война закончилась раньше, чем новая система могла получить широкое распространение.
Почему не существовало одной «немецкой шифровальной машины»
Разные системы защищали разные потоки связи. Enigma могла быть достаточно удобна для дивизионного или авиационного штаба, но высокое командование нуждалось в телетайпной связи на больших расстояниях. Для этого создавались Lorenz и T52.
Различались и модели угроз. Радиосообщение Enigma перехватывалось любым противником, находившимся в зоне приёма. Телетайпные системы первоначально могли работать по проводам, но расширение фронта и применение радиотелетайпа делало их поток доступным радиоразведке.
Поэтому стойкость нельзя сравнивать только по формальному числу ключей. Значение имели:
- объём перехватываемого трафика;
- вероятность повторного использования ключевой последовательности;
- дисциплина операторов;
- предсказуемость содержания;
- наличие трофейных документов;
- возможность построить специализированные аналитические машины.
Германская проверка собственных шифров
В германских учреждениях существовала развитая криптоаналитическая экспертиза. OKW/Chi и другие службы не только вскрывали иностранные системы, но и тестировали собственные.
Фриц Менцер, Эрих Хюттенхайн и другие специалисты исследовали стойкость машин и предлагали изменения. Послевоенные отчёты TICOM содержат сведения о том, что ранние T52 признавались уязвимыми при определённых условиях, а конструкции последовательно перерабатывались.[5]
Это важный корректив к популярному сюжету о «самоуверенных немцах, считавших все свои машины неуязвимыми». Такая уверенность действительно существовала у части пользователей Enigma, но германская профессиональная криптологическая среда знала, что машинные системы имеют различную стойкость и требуют постоянной проверки.
Что читали союзники
Союзный успех также не был одинаковым для всех систем.
Военная Enigma читалась с переменным успехом и зависела от конкретной сети. Некоторые армейские и авиационные ключи регулярно восстанавливались, а военно-морская связь могла исчезать из поля зрения на месяцы.
Lorenz был реконструирован без первоначального доступа к машине, а его анализ постепенно привёл к созданию Colossus. Работа против T52 шла отдельными линиями, включая шведскую крипторазведку. SG-41 появилась слишком поздно и в слишком малом количестве, чтобы стать столь же крупной союзной криптоаналитической задачей.
Таким образом, термин «взлом немецких шифров» объединяет несколько совершенно разных технологических историй.
Машины и уровень командования
В разведывательном отношении ценность системы определялась не только её сложностью, но и тем, кто ею пользовался. Массовая Enigma давала огромное количество тактических и оперативных сообщений. Lorenz мог давать значительно меньше трафика, но отдельные сообщения отражали решения более высокого командного уровня.
Это различие объясняет, почему союзники вкладывали огромные ресурсы одновременно в несколько криптоаналитических направлений. Тысяча относительно простых сообщений дивизий и одна стратегическая телетайпная директива отвечали на разные разведывательные вопросы.
Связь с историей вычислительной техники
Каждая система породила собственные средства анализа.
Против Enigma появились польский циклометр и bomba kryptologiczna, затем британские и американские Bombe. Это были специализированные электромеханические системы, быстро проверявшие логические ограничения.
Против Lorenz возникла другая линия: статистический анализ телетайпного потока → Heath Robinson → электронный Colossus. Поэтому Блетчли-парк дал несколько параллельных линий механизации криптоанализа.
С этой точки зрения германские шифровальные машины оказались непреднамеренным стимулом для развития автоматизированной обработки информации. Но прямое утверждение, будто «Enigma создала компьютер», слишком упрощает историю: разные машины и разные криптоаналитические задачи привели к различным техническим решениям.
Литература
- Bauer F. L. Decrypted Secrets: Methods and Maxims of Cryptology. 4th ed. Springer, 2007.
- Deavours C. A., Kruh L. Machine Cryptography and Modern Cryptanalysis. Artech House, 1985.
- Copeland B. J. (ed.). Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Code-breaking Computers. Oxford University Press, 2006.
См. также
- Роторные шифровальные машины после Второй мировой войны
- Роторные шифровальные машины
- Энигма
- Криптоанализ Enigma
- Блетчли-парк и Enigma
- ULTRA
- Морская Enigma и Битва за Атлантику
- Клод Шеннон и математическое моделирование языка
- Портал: История науки
Примечания
- ↑ Mowry D. P. German Cipher Machines of World War II. Center for Cryptologic History, National Security Agency.
- ↑ National Security Agency. Marian Rejewski.
- ↑ Proese F. Chiffriermaschinen und Entzifferungsgeräte im Zweiten Weltkrieg. 2004.
- ↑ Mache W. The Siemens Cipher Teleprinter T52.
- ↑ 5,0 5,1 National Security Agency. European Axis Signal Intelligence in World War II. Vol. III: The Signal Intelligence Agency of the Supreme Command, Armed Forces.
- ↑ Kopacz K., Reuvers P. SG-41 — Schlüsselgerät 41. Crypto Museum, 2023.
- ↑ Mowry D. P. Regierungs-Oberinspektor Fritz Menzer: Cryptographic Inventor Extraordinaire. National Security Agency.