Саймон Сингх - Книга шифров .Тайная история шифров и их расшифровки

Во Второй мировой войне британские дешифровальщики одержали верх над немецкими шифровальщиками главным образом потому, что в Блечли-Парке, по примеру поляков, был разработан ряд технических средств для дешифрования сообщений противника. Помимо «бомб» Тьюринга, которые использовались для взлома шифра «Энигмы», англичане придумали и создали еще одно устройство, «Колосс», предназначенное для борьбы со значительно более стойким видом шифрования, а именно, с немецким шифром Лоренца. Из двух видов дешифровальных машин именно «Колосс» определил развитие криптографии во второй половине двадцатого столетия.

Шифр Лоренца использовался для связи между Гитлером и его генералами. Шифрование выполнялось с помощью машины Lorenz SZ40, которая действовала подобно «Энигме», но была намного сложнее, и из-за этого у дешифровальщиков в Блечли возникали огромные проблемы. Но все же двум дешифровальщикам, Джону Тилтману и Биллу Тьютте, удалось отыскать изъян в способе использования шифра Лоренца — то слабое место, которым сумели воспользоваться в Блечли и, благодаря этому, прочитать сообщения Гитлера.

Для дешифрования сообщений, зашифрованных шифром Лоренца, требовалось осуществлять перебор вариантов, сопоставлять их, проводить статистический анализ и на основании полученных результатов давать осторожную оценку, — ничего этого «бомбы» делать не могли. Они могли с огромной скоростью решать определенную задачу, но не обладали достаточной гибкостью, чтобы справиться с тонкостями шифра Лоренца. Зашифрованные этим шифром сообщения приходилось дешифровать вручную, что занимало недели кропотливых усилий, а за это время они по большей части уже устаревали. Со временем Макс Ньюмен, математик из Блечли, предложил способ, как механизировать криптоанализ шифра Лоренца.

В значительной степени позаимствовав концепцию универсальной машины Алана Тьюринга, Ньюмен спроектировал машину, которая была способна сама настраиваться на решение различных задач — то, что сегодня мы назвали бы программируемым компьютером.

Реализация конструкции Ньюмена считалась технически невозможной, так что руководство Блечли даже не стало рассматривать проект. По счастью, Томми Флауэрс, инженер, принимавший участие в обсуждении проекта Ньюмена, решил проигнорировать скептицизм Блечли и приступил к созданию такой машины. В исследовательском центре Управления почт и телеграфа в Доллис Хилл, в Северном Лондоне, Флауэрс взял чертежи Ньюмена и потратил десять месяцев, чтобы создать на его основе машину «Колосс», которую 8 декабря 1943 года передал в Блечли-Парк. Машина состояла из 1500 электронных ламп, которые действовали значительно быстрее медлительных электромеханических релейных переключателей, используемых в «бомбах». Но гораздо важнее скорости «Колосса» являлось то, что эту машину можно было программировать. Благодаря этому-то «Колосс» и стал предшественником современных цифровых ЭВМ.

После войны «Колосс», как и все остальное в Блечли-Парке, был демонтирован, а всем, кто так или иначе был связан с работой над «Колоссом», было запрещено даже упоминать о нем. Когда Томми Флауэрсу приказали уничтожить чертежи «Колосса», он послушно отнес их в котельную и сжег. Так были навсегда утрачены чертежи первого в мире компьютера. Такая секретность означала, что признание за изобретение компьютера получили другие ученые. В 1945 году Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мочли в Пенсильванском университете завершили создание ЭНИАКа (электронного числового интегратора и компьютера), состоящего из 18 000 электронных ламп и способного выполнять 5000 вычислений в секунду. И в течение десятилетий именно вычислительная машина ЭНИАК, а не «Колосс», считалась прародительницей всех компьютеров.

Внеся вклад в рождение современного компьютера, криптоаналитики продолжали и после войны развивать компьютерные технологии и применять вычислительную технику для раскрытия любых видов шифров. Теперь они могли использовать быстродействие и гибкость программируемых компьютеров для перебора всех возможных ключей, пока не будет найден правильный ключ. Но время шло, и уже криптографы начали пользоваться всей мощью компьютеров для создания все более и более сложных шифров. Короче говоря, компьютер сыграл решающую роль в послевоенном поединке между шифровальщиками и дешифровальщиками.

Применение компьютера для зашифровывания сообщения во многом напоминает обычные способы шифрования. И в самом деле, между шифрованием с использованием компьютеров и шифрованием с использованием механических устройств, как, например, «Энигмы», существует всего лишь три основных отличия. Первое отличие состоит в том, что на деле можно построить механическую шифровальную машину только ограниченных размеров, в то время как компьютер может имитировать гипотетическую шифровальную машину огромной сложности. К примеру, компьютер мог бы быть запрограммирован так, чтобы воспроизвести действие сотен шифраторов, часть из которых вращается по часовой стрелке, а часть — против, некоторые шифраторы исчезают после каждой десятой буквы, а другие по ходу шифрования вращаются все быстрее и быстрее. Такую механическую машину в реальности изготовить невозможно, но ее виртуальный компьютеризованный аналог давал бы исключительно стойкий шифр.

Второе отличие заключается просто в быстродействии. Электроника может работать гораздо быстрее механических шифраторов; компьютер, запрограммированный для имитирования шифра «Энигмы», может вмиг зашифровать длинное сообщение. С другой стороны, компьютер, запрограммированный на использование существенно более сложного способа шифрования, по-прежнему способен выполнить свою задачу за приемлемое время.

Третье, и, пожалуй, наиболее существенное отличие — это то, что компьютер выполняет зашифровывание чисел, а не букв алфавита. Компьютеры работают только с двоичными числами — последовательностями единиц и нулей, которые называются двоичными знаками , или, для краткости, битами. Поэтому любое сообщение перед зашифровыванием должно быть преобразовано в двоичные знаки. Такое преобразование может выполняться в соответствии с различными протоколами, например, американским стандартным кодом для обмена информацией, широко известным как ASCII. В ASCII каждой букве алфавита сопоставляется число длиной 7 бит. Будем пока рассматривать двоичное число просто как последовательность единиц и нулей, которая однозначно определяет каждую букву (таблица 24), подобно тому, как в коде Морзе каждая буква обозначается своей последовательностью точек и тире. Существует 128 (2 7) способов расположения 7 двоичных знаков, поэтому в ASCII можно определить до 128 различных символов. Этого вполне достаточно, чтобы задать все строчные буквы (например, а = 1100001),все необходимые знаки пунктуации (например, ! = 0100001),а также другие символы (например, & = 0100110).После того как сообщение будет переведено в двоичный вид, можно приступать к его зашифровыванию.