Криптография – наука о тайнописи. Учебное пособие

ключе отправителю достаточно указать в начале сообщения маркант ключа: номер страницы в шифрблокноте, номер строки на странице и номер первой буквы в строке. Шифрблокнот назван одноразовым, так как любой его фрагмент запрещено использовать более одного раза, иначе это губительно для стойкости шифрования. Для передачи сообщения можно использовать различные каналы связи, в том числе радиоэфир.

После Первой мировой войны пришло время электромеханических шифровальных машин. Наиболее известна среди роторных (дисковых) шифраторов знаменитая «Энигма» гитлеровской Германии, основная шифровальная машина немцев в годы Второй мировой войны. Британские криптографы к лету 1942 г. сумели одолеть дешифрование нескольких модификаций «Энигмы» и начали чтение шифрованных радиограмм Германии, прежде всего, её подводного флота и авиации. Успех британских криптографов являлся величайшей тайной того времени. Насколько это было важно для Германии и для Великобритании вместе с США, имевших внешние экономические связи исключительно по морю, видно из оперативных данных о потерях немецких подводных лодок. Потери составили в 1941, 1942 и 1943 годах, соответственно, 35, 85, 237 субмарин.

Американцы в сотрудничестве с англичанами сумели летом 1942 г. решить задачи чтения зашифрованных японских радиограмм, в результате чего нанесли своему противнику весьма чувствительные удары: японцы в результате потеряли все шесть своих авианосцев.

Отметим, что британским дешифровальщикам удалось эффективно воспользоваться некоторыми нарушениями в режиме использования «Энигмы», допущенными немцами при шифровании своих метеосводок. Эти сведения имели большое значение для оперативной обстановки во время войны.

31

Успех в дешифровании «Энигмы» и японских шифрмашин в значительной степени был связан с созданием сначала польскими криптографами, а затем их британскими и американскими коллегами, математических моделей работы этой шифровальной техники. Для моделирования были сконструированы специальные вычислительные устройства, ориентированные на быстрый перебор большого числа вариантов. Фактически было положено начало истории создания компьютеров. Успехи в криптографии веско подчеркнули важную для дешифрования роль математики и информатики.

В сражениях с Японией на Тихом океане, часто происходивших весьма удаленно от США, американцы нередко испытывали трудности с доставкой ключей для шифрования и со своевременной передачей шифрованных сообщений заинтересованным службам. Оригинальный выход был найден с помощью использования для связи языка одного из малочисленных племен американских индейцев. Ещё в Первую мировую войну идея использовать индейские языки при засекречивании сообщений была опробована впервые, тогда восемь членов племени чокто служили связистами. В 1942 г. для связи решили использовать язык другого племени — навахо. Этот язык тогда ещё не имел письменности и, кроме того, был необычайно труден для освоения. В мае 1942 г. привлекли к разработке кода для связи первую группу индейцев навахо из 29 человек. Многие термины, с которыми радистам приходилось работать, не имели эквивалента в языке навахо. Из-за этого при разработке кода для военной и связной терминологии были созданы около 450 оригинальных кодовых обозначений. Разобраться с радиосвязью на непонятном языке японцы так и не смогли. К 1945 г. в морской пехоте США служили радистами уже около 400 навахо.

Математическая природа науки о шифрах исторически проявилась весьма явственно. Еще в XV-XVIII веках

32

криптология обогатилась замечательными научными трудами известных математиков: Л.Б. Альберти, Б. Виженера, Ф. Виета, Л. Эйлера. Вклад ученых был не только теоретический, но и практический — как в создание шифров, так и в практику дешифрования. Многообразие и системность связей с математикой наиболее отчетливо обозначились в XX в., особенно после выхода в свет в 1949 г. фундаментального труда К. Шеннона.

Выдающийся американский криптограф К. Шеннон построил методами теории вероятностей математические модели шифров и впервые сформулировал понятие совершенно стойкого шифра. Это позволило ему в дальнейшем обосновать высокие криптографические качества шифра Вернама. В 1949 г. был опубликован доклад К. Шеннона по теоретическим основам криптографии. Эта публикация, признанная ученым миром весомым признаком начала «научной эры» в криптографии, оказала огромное влияние на развитие науки.

33

ШИФРОВАЛЬНАЯ И ДЕШИФРОВАЛЬНАЯ СЛУЖБЫ РОССИИ

Первое документальное упоминание об использовании шифрования в дипломатической переписке Русского государства датировано 1590 годом. Впервые обнаружил этот факт и отметил его важность Николай Михайлович Карамзин, создатель известной «Истории государства Российского». Описывая плоды просвещения русского общества в конце XVI столетия, Н.М. Карамзин счёл необходимым подчеркнуть: «Тогда же в Посольских бумагах начали мы употреблять тайные цыфры». Слово «цыфры» здесь означает шифры. Писатель указал в своей «Истории государства Российского» некоторые подробности: «Гонец Андрей Иванов в 1590 году писал из Литвы к царю вязью, литореею и новою азбукою, взятою у Посла Австрийского, Николая Варкоча». «Гонцом» названо лицо дипломатического ранга.

И сам эпизод, и содержание шифрованного письма гонца Иванова отражены в посольской книге того времени. Запись гласит:

«Грамота из Литвы от подьячего от Ондрея Иванова писана новою азбукою, что взята у цесарева посла, у Микалая Варкача».

Хорошо налаженное делопроизводство Посольского приказа сохранило для нас имя впервые упомянутого в документах русского шифровальщика, расшифровавшего письмо в Москве: «а на низу грамоты подписано по-рус- ски вязью, што тое грамоту перевести латынскому пере-

34

водчику Якову Заборовскому, и переводил тое грамоту Яков».

Н.М. Карамзин указал на использование в посланиях Андрея Иванова ещё и литореи: «Другое донесение сего подьячего было писано так называемою литореею». Литорея (от слова литера, буква) это условная азбука, шифр.

Простая литорея составляется так: согласные буквы русского алфавита записывают в таблицу (подстановку) следующего вида (Рисунок 8):

Рисунок 8. Литорея русского алфавита

Шифрованными обозначениями букв первой строки считают подписанные под ними буквы второй строки и наоборот — в первой строке записаны шифрованные обозначения стоящих под ними букв второй строки. Остальные буквы не меняются, т.е. шифрованные обозначения этих букв совпадают с самими буквами.

Легко увидеть закономерность в простой литорее: буквы первой строки таблицы записаны по их порядку в алфавите, а буквы из второй строки — в обратном порядке. Название «литорея» сохраняется и для шифров, отличающихся от данного здесь лишь другой разбивкой согласных на пары.

При шифровании Б переходит в Щ и наоборот, и т.д. Так, шифрование пословицы «РЫБА С ГОЛОВЫ ГНИЕТ»

дает «МЫЩАЛ ЧОСОШ ЫЧПИЕК».

В царствование Михаила Фёдоровича Романова, в 1633 г., был издан указ, согласно современному прочтению которого, «если понадобится государственным послам, посланникам или агентам писать Государю о важ-

35

ных государственных делах, то им писать непременно шифрованным письмом, чтобы содержание не стало известно в тех государствах». Тогда же было составлено и стало использоваться оригинальное учебное пособие по криптографии, первое в отечественной практике. Уже в 1634 г. в Швецию отправился со свитой первый постоянный дипломатический представитель России Дмитрий Франзбеков. Шифровальную азбуку для него разработал сам патриарх Филарет, отец царя.

При царе Алексее Михайловиче, во второй половине XVII столетия, шифрование документов вошло в повседневную практику государственных учреждений. Некоторые документы дипломатической переписки допетровского времени, хранящиеся в архивах и используемые историками, содержат сотни страниц, полностью состоящих из зашифрованного текста. Шифры обычно называли цыфирями.

Вэпоху Петра I стали использовать шифры простой замены, в которых буквам соответствовали не только буквы, но и слоги, слова или другие знаки, применялись также «пустышки», не соответствующие какой-либо букве.

Вэпоху Елизаветы Петровны (середина XVIII в.) в Европе активно практиковалась перлюстрация писем иностранных дипломатов, то есть тайное вскрытие и прочтение их переписки. Императрица требовала регулярных докладов о результатах прочтения. «Непонятные» места в письмах, закрытые шифрами, в докладах не фигурировали. Это не устраивало Елизавету Петровну и стимулировало ее к принятию решения о создании дешифровальной службы для раскрытия иностранной переписки. Канцлер А.П. Бестужев-Рюмин пригласил в 1742 г. на службу в коллегию иностранных дел академика Петербургской Академии наук Х. Гольдбаха, математика по образованию

ироду занятий. С этого момента поступило распоряжение тщательно копировать письма при перлюстрации, не

36

опуская ни одной кажущейся мелочи. Результат не заставил долго себя ждать: Х. Гольдбах дешифровал 61 письмо министров прусского и французского дворов только за июль-декабрь 1743 г. Для дешифровальной службы России переписка иностранных послов перестала быть тайной. За успешную работу Гольдбах был пожалован в тайные советники с большим по тем временам окладом в 4500 руб. в год.

Гольдбах возглавлял всю криптографическую службу до 1764 г. Затем его сменил немец Ф. Эпинус, прослуживший на высокой должности с 1765 по 1797 г. Эпинус был еще и известным физиком и давал уроки математики и физики самой императрице Екатерине II, желавшей иметь представление о занятиях ученых. И Гольбах, и Эпинус имели много общего: по характеру оба были исключительно организованы и педантичны, активно сотрудничали с великим Леонардом Эйлером (1707—1783), сами оставили след в науке, способствовали развитию государственной системы образования в России.

ВXIX веке свои шифровальные службы были созданы, кроме МИД, ещё в Военном ведомстве и в МВД. Надо сказать, что, развивая контакты между подразделениями криптографической службы различной ведомственной принадлежности, российские криптографы в целом успешно справлялись со своими обязанностями. Они создавали надёжные шифры и предоставляли политическому руководству страны необходимый фактический материал для анализа действительного положения и выработки дальнейших внешнеполитических шагов. В годы Первой мировой войны такой опыт был востребован и пригодился на театре военных действий.

Вгоды Революции и Гражданской войны многие российские специалисты по шифровальным делам отказались от сотрудничества с советской властью. Криптографическая служба, которая стала именоваться Специ-

37

альной службой, была воссоздана указом В.И. Ленина в 1921 г. Время её становления совпало с переходом к эпохе шифровальных машин. В 30-е годы ХХ столетия появились первые отечественные шифровальные машины.

Криптографы СССР в самый тяжёлый, начальный период войны, перед Московской битвой, сумели наладить дешифрование японских правительственных телеграмм. Такой успешный результат на криптографическом фронте был достигнут Борисом Алексеевичем Аронским, Сергеем Семёновичем Толстым и их помощниками. Знание содержания дешифрованных телеграмм позволило руководству СССР принять решение о переброске под Москву крупных воинских сил в октябре-ноябре 1941 г. Среди этих войск были 10 хорошо обученных и не знавших горечи отступления дивизий с Дальнего Востока и из Забайкалья, по тысяче танков и самолётов. Это перемещение войск одновременно является и подвигом железнодорожников: гитлеровцы были уверены в неосуществимости столь быстрой массовой переброски войск через всю страну.

В полевой боевой обстановке противник применял более простые криптографические средства: кодирование, простую замену. В этих условиях трудно переоценить роль основных формирований фронтовой радиоразведки — радиодивизионов ОСобого НАЗначения. В их состав входили и дешифровальные отделения. Именно им удалось своевременно обнаружить выход итальянских и румынских частей на замену немецких войск северо-за- паднее и южнее Сталинграда. Там и началось 19 ноября 1942 г. победное контрнаступление Красной Армии, решившее исход битвы за Сталинград и ставшее переломным моментом во всей Второй мировой войне. К концу ноября 1942 г. дешифровальщики сумели прочитать свыше 50000 одних только немецких шифртелеграмм.

Следует упомянуть и об аппаратуре засекречивания телефонных переговоров, недоступной для дешифрова-

38

ния противником и впервые широко применённой на полях Курской битвы в 1943 г. Тогда командующие фронтами и армиями смогли в полевых условиях связываться и с друг другом, и со Ставкой, сообщая при этом секретную информацию. Это было выдающееся научно-техническое достижение, связанное с именем замечательного учёного и организатора Владимира Александровича Котельникова. В аппаратуре засекречивания «Соболь-П» впервые осуществили перестановку частотных полос речевого сигнала в сочетании с перестановками отрезков речи по 100 миллисекунд. Такие преобразования менялись 10 раз в секунду под шифрованным управлением на передаче и приеме.

Впервые аппаратура «Соболь-П» заработала уже в конце 1942 г. на радиосвязи Москва-Тбилиси, заменяя нарушенную немцами на Волге проводную связь Ставки со штабом Закавказского фронта. Позже такая аппаратура использовалась на всех фронтах, а также во время проведения Тегеранской, Ялтинской и Потсдамской конференций.

Ещё в конце войны в криптографии утвердились принципиально новые, физические методы анализа аппаратуры. Они появились именно при криптоанализе собственной аппаратуры засекречивания телефонных переговоров. Созданный учеными анализатор спектра речи помог восстановить исходную картину спектрограммы, т.е. дешифровать передачу, по энергетическим следам в отдельных полосах спектра за короткие временные промежутки передачи. Вскоре было активизировано создание стойкой к дешифрованию секретной телефонии, высокоскоростных шифраторов, а затем и постепенный выход советской криптографии на передовые позиции в мире. Поле деятельности криптографов резко расширилось уже в первые послевоенные годы в связи с появлением технических возможностей для установления радио и электронного контроля всей земной поверхности.

39

Надо сказать, что и во время Второй мировой войны криптографический фронт начинался за тысячи километров от линий боевого соприкосновения. Криптографы противоборствовавших сторон проделали гигантскую работу по обеспечению безопасности проводной связи и радиосвязи для военных и гражданских нужд в масштабах значительной части земного шара. Ведь шифрование применялось даже в такой неожиданной области, как передача метеосводок. Как и во всех воевавших государствах, в СССР связь по линии Гидрометеослужбы была засекреченной, поскольку эта информация представляла большую ценность. Легко представить себе, как значимы были метеопрогнозы, особенно в суровых условиях Арктики. От метеосводок зависело и движение арктических конвоев союзников, и снабжение тружеников Крайнего Севера по всему Северному Морскому Пути, и боевая деятельность советского Северного флота. Зашифрованные метеосводки регулярно передавали по радио полярные станции, которых было немало. Германский флот очень интересовали метеосводки и скрывавшие их шифрдокументы. Немцы даже предпринимали попытки захвата таких документов на полярных станциях. Так, в сентябре 1944 г. они высадили десант с двух подводных лодок и захватили полярную станцию на западном побережье Таймыра. Это в глубине Арктики, за тысячи километров от линии фронта. Они потребовали от полярников код «Полюс» и забрали все находившиеся на станции шифрдокументы и документы связи. Отметим, что дешифровальщики Северного флота сумели вскрыть немецкую систему шифрования метеодонесений. Поэтому служба погоды и ВВС СФ получали точные данные о метеообстановке у полярного побережья Норвегии.

После Великой отечественной войны было положено начало существенному укреплению Специальной службы СССР. В последующие десятилетия были привлечены значительные силы математиков и инженеров, расшири-

40