Совершенно секретно: история шифровальных устройств

У отечественной школы криптографии – науки о методах обеспечения конфиденциальности информации – большая традиция, и более 70 лет она связана с предприятиями, входящими в концерн «Автоматика» Госкорпорации Ростех. Именно здесь создавались передовые разработки для защиты данных, а сегодня трудятся лучшие криптографы и шифровальщики страны.

Свой профессиональный праздник все причастные к этой сфере отмечают 5 мая, когда в 1921 году при ВЧК СССР был создан Специальный отдел, первая криптоаналитическая служба страны. В День шифровальщика рассказываем о некоторых образцах шифровальной техники, которые помогали хранить важные тайны. 

Диск Джефферсона: первый в Новом времени

Самые первые шифры, с помощью которых можно было скрыть послание, как правило, не требовали специальных устройств – создателю и адресату достаточно было обладать ключом, то есть знать метод шифровки и дешифровки написанного. На Руси буквы заменялись цифрами или другими символами – так появились шифры цифирь и тарабарщина. В эпоху Возрождения шифровальное мастерство выходит на новый уровень: выпускаются научные труды по криптографии, появляются шифры с многоалфавитной заменой, основанные на принципах комбинаторики.

Промышленная революция стала стимулом для появления первых устройств, значительно упрощавших шифровальные процессы. Одним из первых таких шифраторов стал цилиндр Джефферсона, созданный в конце XVIII века. Его автором был Томас Джефферсон, выдающийся политик и философ, один из основателей американского государства. Интересно, что сам изобретатель не был уверен в надежности устройства, хотя позже оно было признано достаточно устойчивым к криптоанализу.

Работал шифровальный цилиндр следующим образом. На каждый из 36 дисков, надетых на одну ось и вместе составляющих цилиндр, в случайном порядке нанесены все буквы английского алфавита. Вдоль выбранной на поверхности цилиндра линии из букв выстраивается нужное сообщение. Затем переписываются буквы на дисках, отстоящие от нашего сообщения на определенное число линий. Это и есть наш шифротекст. А ключом к его расшифровке будет знание того, на сколько мы отступили от оригинального текста, и собственно само устройство – у адресата сообщения оно должно быть идентичным. Усложнить расшифровку можно было сменой порядка дисков.

«Энигма»: все тайное станет явным

В ходе Второй мировой войны были задействованы, пожалуй, самые известные шифровальные машины, и одной из них стала «Энигма», которой пользовались нацисты для передачи зашифрованных сообщений. Первые ее образцы, придуманные немецким инженером Артуром Шербиусом, продавались для коммерческого использования уже начиная с 1918 года. Впоследствии на основе изобретения Шербиуса было создано целое семейство шифровальной техники.

Внешне и по размерам «Энигма» напоминала пишущую машинку. Принцип ее работы заключался в следующем: при каждом нажатии на клавишу с буквой алфавита в движение приходили один или несколько роторов – вращающихся деталей. Буква изменялась несколько раз по схеме шифра Цезаря, то есть заменялась на другую, отстоящую от нее по алфавиту на сколько-то позиций, и в окошке выдавался результат. Примечательно, что к одним и тем же буквам машина могла выдавать разные шифры. Дополнительный уровень перемешивания букв в военных версиях шифратора задавался специальными коммутаторами. Для расшифровки текста нужна была вторая такая же «Энигма», а параметры их ежедневной перенастройки печатались на специальных листах-календарях растворимыми чернилами.

Шифры «Энигмы» считались самыми стойкими для взлома, так как количество ее комбинаций достигало 15 квадриллионов. Однако код «Энигмы» все же был расшифрован, сперва польскими криптографами в 1932 году, а затем английским ученым Аланом Тьюрингом, создавшим знаменитую «Бомбу» − машину для расшифровки сообщений «Энигмы». Комплекс из 210 таких машин позволял англичанам расшифровывать до 3 тыс. военных сообщений нацистов в сутки практически с первых дней войны и внес весомый вклад в победу союзников. 

М-125 «Фиалка»: секреты на перфокартах

В 1950-х годах в Советском Союзе появилась своя «Энигма» − кодировочная машина М-125, известная как «Фиалка». Это устройство применялось в странах Варшавского договора и дружественных СССР государствах, таких как Куба.

При некоторой схожести с немецкими образцами были у русской машины и существенные отличия, улучшившие ее работу. Например, коммутатор, в который вставлялась специальная перфокарта. Она задавала схему работы машины и менялась раз в сутки. Такой инженерный ход упрощал настройку устройства. Кроме того, в отличие от «Энигмы» «Фиалка» могла передавать не только буквы, но также цифры и знаки. Еще одно важное отличие – операторам не нужно было записывать полученный текст, он печатался на специальной ленте в виде букв или перфорации.

Машина имела десять шифровальных роторов, вращавшихся при каждом нажатии на клавишу. Диски, как и в «Энигме», производили замену одного символа на другой, но по сравнению с немецкой машиной их было больше и вращались они в разные стороны. Позже стали применять трехсоставные роторы, изменение положения элементов в которых улучшало криптографические свойства «Фиалки». Благодаря уникальному рефлектору, выполненному по транзисторной схеме, любая буква в советской шифровальной машине могла быть зашифрована через саму себя. Эта особенность отсутствовала в «Энигме», что и привело в итоге к ее взлому. «Фиалка» была настолько успешной машиной, что в различных модификациях оберегала государственные тайны до начала 2000-х годов.

Эти и многие другие шифровальные устройства можно увидеть в московском Музее криптографии. Он открылся после обновления в конце прошлого года в историческом здании, до 2019 года принадлежавшем концерну «Автоматика», где когда-то располагалась секретная «лаборатория №8», а затем НИИ. Предприятия концерна передали музею более 30 экспонатов: редкие исторические документы, предметы интерьера лаборатории, технику прошлых лет и современные образцы. 

Ростех