Глава 9. Шифрмашина "Энигма" Историческая справка

В Главе 2 мы познакомились с шифрами простой замены и узнали, как их можно вскрыть при помощи подсчета частот, при условии, что имеется "достаточное" количество текста. Какое количество букв будет "достаточным" во всех случаях –это спорный вопрос, но скорее всего двухсот букв обычно бывает достаточно, а пятидесяти может оказаться мало. Для наших целей допустим, что при наличии только 25 букв шифрованного текста этот шифр будет стойким. Поскольку ограничение длины сообщения 25 буквами является для нас слишком жестким, можно сделать вывод, что использовать шифр простой замены нецелесообразно. Однако стойкость системы можно повысить, если использовать не один, а несколько различных алфавитов простой замены, переходя от одного алфавита к другому при зашифровании очередной буквы. Приблизительной оценкой стойкости системы может служить следующее правило: если использовать N различных алфавитов, то вполне возможно сделать шифр стойким относительно дешифрования отдельных сообщений длиной до 25N букв шифрованного текста. Однако это простое правило требует уточнения. Если алфавиты замены некоторым образом связаны друг с другом, то восстановление одного из них может привести к вскрытию остальных. С другой стороны, в некоторых системах стойкость шифрованных сообщений, длина которых гораздо больше, чем 25N знаков, обеспечивается дополнительными мерами. Так, например, при использовании цилиндра Джефферсона, как шифрмашины особого типа, отправитель и получатель могли бы

• либо договориться о том, что шифрованный текст считывается со строки, находящейся на определенном расстоянии от букв открытого текста (это расстояние можно задавать с помощью индикатора определенного вида);

• либо, если индикатора нет, использовать новое значение расстояния для зашифрования каждой следующей строки.

И хотя в последнем случае получателю придется перебрать все 25 строк цилиндра, чтобы найти среди них ту, которая имеет смысл, стойкость системы значительно возрастет. В системе с "фиксированным расстоянием" и цилиндром, скажем, из 40 дисков, буквы шифрованного текста, отстоящие друг от друга на 40 позиций, получаются с помощью одинаковых алфавитов простой замены. Отсюда следует, что совокупность сообщений, суммарная длина которых составляет, скажем, более 2000 знаков, уязвима относительно метода дешифрования, основанного на подсчете частот монографов, поскольку все сообщения будут "одноключевыми", и каждый алфавит будет представлен выборкой из 50 знаков шифрованного текста. В системе с переменным расстоянием сообщения не имеют "общего ключа"; для дешифрования такой системы могут понадобиться еще несколько тысяч знаков шифрованного текста; очевидно, количество необходимого материала будет зависеть от того, насколько случайно выбираются переменные расстояния.

Очевидно, что система, основанная на N алфавитах замены, обладает уровнем стойкости, который повышается с ростом N. Однако, с другой стороны, если шифрование производится вручную, то вместе с N возрастает также сложность применения системы и вероятность появления ошибок. Поэтому в данном случае (как это часто случается в жизни) перед нами противоречивые требования: с одной стороны, нам бы хотелось, чтобы N было большим для увеличения стойкости системы, но с другой, нам бы хотелось, чтобы N было маленьким, ради простоты ее использования. Удовлетворить оба эти требования одновременно мы не можем.

Во время войны 1914-1918гг военные подразделения стали пользоваться радиосвязью для обмена сообщениями друг с другом и со штабами. Радиопередачи обладали преимуществом мгновенной связи с подразделениями, расположенными на значительных расстояниях от базы, в том числе с кораблями и подводными лодками, находящимися в море. В то же время их недостаток заключался в возможности перехвата сообщений противником. Поэтому такие сообщения необходимо было шифровать с помощью стойкой системы. Были разработаны довольно сложные системы шифрования. К несчастью, чем сложнее система, тем сильнее была нагрузка на шифровальщиков, и тем больше риск возникновения ошибок, что могло привести к трагическим последствиям. Возникла потребность иметь очень стойкие системы шифрования, которые удовлетворяли бы этим противоречивым требованиям и в то же время щадили бы пользователей.

После Первой мировой войны в разных странах многие специалисты пришли к выводу, что единственный способ обеспечить высокий уровень секретности, не обременяя в то же время шифровальщиков трудоемким, долгим и чреватым ошибками процессом шифрования, заключается в использовании машин, которые будут выполнять операции зашифрования и расшифрования. Одним из этих специалистов был Артур Шербиус (Arthur Scherbius), совладелец одной немецкой инженерной компании. В начале 1920-х годов Шербиус изобрел несколько шифровальных машин, предназначением каждой из которых было создание очень большого числа алфавитов замены. В этих машинах для зашифрования каждой следующей буквы использовался новый алфавит; причем надо было зашифровать много тысяч знаков, прежде чем алфавиты начали бы повторяться. Остановившись на одном из проектов, Шербиус построил машину и назвал ее "Энигма".