Американская криптология. История спецсвязи

В июле 1865 года сержант Э.Хоули предложил использовать для этого шифра веер, состоявший из 26 деревянных дощечек, на которых были записаны алфавиты шифротекста (строки таблицы). Этот веер оказался настолько эффективным в практическом применении, что впервые в истории США его автору был выдан патент на шифровальное устройство.

В то время как федералы внедрили централизованную организацию системы связи, конфедераты распространили принцип прав штатов и на сферу шифровального дела. Каждый командир мог по своему усмотрению выбирать собственные коды и шифры. Это привело к существенным негативным последствиям, поскольку местные командиры практически ничего не понимали в шифровальном деле.

Конфедераты использовали примитивные шифры вплоть до шифров простой замены. Например, перед битвой под Шайлоу 6 апреля 1862 года генерал Джонстон договорился со своим заместителем генералом Борегаром использовать в качестве военного шифра замену Цезаря. Изредка употреблялись книжные шифры. Книжным шифром пользовался президент конфедерации южных штатов Джефферсон Дэвис.

Перед битвой под Шайлоу он послал генералу Джонстону словарь для использования в качестве кодовой книги. Приложением к словарю была инструкция, в которой указывалось, что слово «соединение» будет обозначаться как «146.Л.20», что означало, соответственно, номер страницы, левый столбец и номер слова.

Словари использовались в качестве кодовых книг также в ВМФ конфедерации. Его министр Стефан Мелори лично распорядился, чтобы командиры кораблей получили идентичные экземпляры разных словарей.

Распространёнными в то время были шифры типа Виженера. Сохранились даже образцы таких шифровальных устройств в виде медных шифровальных цилиндров. Шифрование осуществлялось с помощью двух указателей (на верхней планке устройства) на буквы открытого текста и соответствующие им буквы шифротекста.

Как уже говорилось ранее, при шифровании допускались многочисленные ошибки. Ошибками конфедератов успешно пользовались федералы для дешифровки перехваченных сообщений. В частности, при использовании книжных шифров в качестве исходных шифровеличин выбирались не буквы, а слова и целые выражения. При этом конфедераты часто использовали общедоступные коммерческие кодовые книги, согласно которым и делали замену шифровеличин.

Федералам не сложно было перебрать ограниченное число коммерческих кодовых книг и найти ключ. Для усиления кодирования конфедераты вводили простые правила типа: если шифруемое слово находилось на 18-м месте 29-й страницы книги, то оно заменялось 18-м словом на 19-й странице. Однако подобные модификации не смущали федералов.

Шифрованная связь федералов осуществлялась через Управление военного телеграфа, при котором была шифровальная служба. Начальником военного телеграфа был майор Томас Эккерт (Thomas Eckert), который позже стал председателем правления компании «Вестерн Юнион телеграф».

Управление располагалось в доме военного министерства, находившееся рядом с Белым Домом. Президент Авраам Линкольн (Abraham Lincoln) уделял большое внимание организации шифрованной связи и часто общался с тремя молодыми телеграфистами-шифровальщиками: Дэвидом Бейтсом (David Bates), Чарльзом Тинкером (Charles Tinker) и Альбертом Чендлером (Albert Chandler). Эти люди были главными криптоаналитиками Севера.

Криптоаналитическая служба федералов достигла достаточно серьёзных успехов. Так, например, в декабре 1863 года начальник почтового отделения Нью-Йорка Абрам Уэйкман (Abram Wakeman), пересматривая корреспонденцию перед отправкой, наткнулся на письмо, адресованное Александру Кейту в город Галифакс в Новой Шотландии. О Кейте было известно, что тот часто переписывался с агентами Юга. Поэтому, раскрыв конверт и установив, что письмо зашифровано, Уэйкман передал его военному министру.

В течение двух дней сотрудники Военного министерства напрасно пытались разгадать таинственные знаки перехваченной криптограммы. Поэтому она была передана шифровальщикам президента Линкольна, взявшиеся её прочитать. Они быстро установили, что неизвестный автор письма использовал для его зашифрования как обычный алфавит, так и 5 разных шифралфавитов. Но он поступил опрометчиво, разделив слова письма запятыми и ограничившись одним алфавитом в пределах каждого слова.

Дешифровщики нашли слово, состоявшее из шести букв, в котором вторая и шестая буквы повторялись. Следом шло слово из четырёх букв, за которым в свою очередь следовала фраза, посланная клером: «reaches you». Они решили, что за этой последовательностью шифрознаков должна скрывататься фраза «before this». Бейтс допустил, что в письме использован шифр, подобный тому, что применялся для обозначения цен в магазине в Питсбурге, где он когда-то давно работал посыльным.

Эта догадка позволила значительно продвинуть процесс дешифровки криптограммы. Помогло и выявление знаков, обозначавших место отправления и дату – «Нью-Йорк, 18 декабря 1863 г.». Действуя таким образом, 3 шифровальщика в присутствии президента Линкольна, нетерпеливо ожидавшего результатов, за четыре часа прочитали шифрованное письмо, в котором было написано:

«Нью-Йорк, 18 декабря 1863 г. …Два парохода отбудут отсюда примерно на Рождество… 12 тысяч нарезных мушкетов пришли точно по адресу и отправлены в Галифакс в соответствии с инструкциями. Мы сможем захватить еще два парохода, как намечено… прежде чем это дойдёт до вас. Цена 2000 долларов. Нам нужно больше денег… Пишите как прежде…»

Два дня спустя была перехвачена и быстро дешифрована ещё одна криптограмма, адресованная Кейту. В ней говорилось: «Передай Мемминджеру, что у Хилтона все станки находятся в собранном виде и все матрицы будут готовы к отправке 1 января. Гравировка печатных форм превосходная».

Таким образом, из письма стало известно, что формы для печатания денег конфедератов изготовлялись в Нью-Йорке. Гравёра Хилтона легко нашли в Манхеттене. 31 декабря 1863 года полицейские совершили налёт на его жилище, где захватили печатные станки и матрицы, а также уже напечатаны деньги на сумму в несколько миллионов долларов. Тем самым конфедерация утратила оборудование для изготовления бумажных денег, которых ей не хватало. Главную роль во всём этом деле сыграли криптоаналитические способности, проявленные тремя молодыми шифровальщиками Линкольна. За это каждый из них получил прибавку к жалованью в размере 25 долларов в месяц.

Всего за время войны Север передал приблизительно 6,5 миллионов телеграмм. Конфедераты осуществляли перехват их телеграфных сообщений, многие из которых, естественно, шифровались. Их кавалерия осуществляла налёты на пункты связи, что приводило к компрометации систем шифрования федералов и позволяло конфедератам получать ключи и информацию об открытых текстах, соответствующих известным шифрованным текстам. Кроме того, шифры федералов имели уязвимые места. Несмотря на всё это, конфедераты так и не научились раскрывать зашифрованные сообщения федералов.

Они иногда не могли правильно расшифровать и свои собственные сообщения, поэтому не удивительно, что им не удалось прочитать ни одного зашифрованного сообщения федералов. Этому факту было бы трудно поверить, если бы конфедераты сами не признали его, напечатав в своих газетах несколько зашифрованных сообщений с просьбой их дешифровки.

Федералы также захватывали шифры Юга и осуществляли перехват курьеров с шифрованными сообщениями. Так, например, в 1863 году во время осады города Виксберга войска У.Гранта захватили восемь повстанцев и у одного из них нашли криптограмму. Её отправили в Вашингтон криптоаналитикам Президента, которые успешно справились с очередной задачей. Хотя дешифровка этой телеграммы не помогла Гранту «взять» Виксберг, но она дало федералам один из ключей, которыми конфедераты пользовались во время войны.

Шпионы как федералов, так и конфедератов зашифровывали свои сообщения очень простыми шифрами. Так, сторонница Севера Элизабет Ван Лью (Elizabeth Van Lew) защищала свои агентурные донесения с помощью буквенно-цифрового шифра, основанного на квадрате Полибия. А сторонница Юга Роза Гринхоу (Rose Greenhow) защищала свои агентурные донесения с помощью шифра случайной замены.

После окончания гражданской войны и победы федералов разработкой кодов и шифров стал заниматься Государственный департамент США. В 1867 году госсекретарь Уильям Генри Сьюард (William Henry Seward) (1801-72) разработал код Госдепартамента на 148 страницах. Однако процесс кодирования и декодирования оказался для дипломатов очень сложным.

Поэтому в 1871 году начальник корпуса связи полковник Альберт Майер разработал для Госдепартамента код на 88 страницах, состоявший из одной части. Книга содержала коды для времени суток, дней, месяцев и – впервые у истории кодов – лет. Она стала первым кодом Госдепартамента, в котором одному кодовому слову соответствовала длинная фраза или целое предложение. Для обозначения времени суток в качестве кодовых слов использовались женские имена, а дней месяца – мужские. Названия городов и стран заменялись цифрами.

Следующую книгу государственных кодов разработал в 1876 году заведующий бюро каталогов и архивов Госдепартамента Джон Генри Хасвелл (John Henry Haswell) (1841-99), который к этому делу подошёл очень серьёзно. Много лет он занимался вопросами стойкости кодов и дороговизны телеграмм, изучал методы шифрования Майера и Стейджера времён Гражданской войны и коммерческие коды, в частности: телеграфный код Слэйтера в 1870 году.

В результате книга Хасвелла, получившая название «Шифр Госдепартамента (1876)», содержала наилучшие черты кодов того времени и имела одну часть на 1200 страницах. Поскольку она имела красную обложку, позже код был назван «красным» (англ. red). Для повышения стойкости своего кода Хасвелл разработал также «Дополнение к шифру Госдепартамента: код, который не поддаётся декодированию». В этом дополнении перечислялись 50 правил, или способов перешифрования, которые могли применяться к закодированным сообщениям.

В 1878 году впервые в истории США решающую роль в американской политике был вынужден сыграть криптоанализ. Всё началось с сенсационной статьи, напечатанной 7 октября газетой «Трибуна Нью-Йорка» (англ. The New York Tribune). В заметке, размещённой под заголовком «Перехваченные шифрованные телеграммы», приводился открытый текст нескольких криптограмм.

Дело в том, что в результате подсчёта голосов, собранных на выборах президента в 1876 году, первым оказался кандидат от Демократической партии Самуэль Тилден (Samuel Tilden), получивший на четверть миллиона голосов больше, чем его соперник от Республиканской партии Рутерфорд Хэйс (Rutherford Hayes). Но как окончательно распределятся голоса избирателей, зависело от того, какие из противоречивых результатов голосования, проведённого дважды во Флориде, Луизиане, Южной Каролине и Орегоне, будут признаны действительными. Конгресс создал специальную комиссию для решения этого вопроса, которая постановила отдать все спорные голоса избирателей Хэйсу. Это обеспечило ему большинство всего в один голос в коллегии избирателей и должность Президента США.

На сессии Конгресса, состоявшейся после выборов Президента, была назначена ещё одна специальная комиссия для расследования распространяемых демократами слухов о «покупке» республиканцами голосов избирателей. В ходе расследования комиссия конфисковала более 600 шифротелеграмм, посланных разными политическими деятелями и их доверенными лицами во время избирательной кампании в четырёх штатах. Остальные американская телеграфная компания «Вестерн Юнион» к тому времени уже успела уничтожить, чтобы показать, что гарантирует тайну доверенной ей переписки.

В 1875 году 27 шифротелеграмм были тайно переданы в прореспубликанскую газету «The New York Tribune» в надежде на то, что будучи дешифрованными, они поставят демократов в трудное положение. Интересно, что редактор газеты Уайтлоу Рэйд решил не ограничиваться публикацией шифротелеграмм своих политических противников. Он лично взялся за «раскрытие» шифропереписки демократов с целью предания огласке их открытых текстов.

Много читателей, побуждаемые редакционными статьями газеты, предлагали свои варианты дешифровки опубликованных шифротелеграмм, но при проверке все они оказались неверными. Между тем газета «Detroit Post» сумела выведать у одного из демократов, каким именно шифром пользовались его партийные соратники во время предвыборной кампании в Орегоне. Шифровальщик отыскивал нужное слово в «Домашнем английском словаре», изданном в Лондоне в 1876 году, определял порядковый номер этого слова на странице, отсчитывал 4 страницы назад и брал на ней соответствующее слово как кодовое обозначение. Для дешифровки полученного сообщения его адресат делал наоборот.

4 сентября 1878 года один из редакторов «The New York Tribune» Джон Хассард, основываясь на информации газеты «Детройт пост», опубликовал несколько открытых текстов дешифрованных криптограмм, из которых стало известно, что в Орегоне демократы стремились подкупить одного республиканского избирателя, однако соглашение не состоялось только из-за задержки с передачей ему денег.

Но «Домашний английский словарь» мало помогал в дешифровке сообщений демократов, посланных из других трёх штатов. Не полагаясь больше на постороннюю помощь, Рэйд предложил своим сотрудникам заняться их дешифровкой. За дело взялись Джон Хассард (John Hassard) и Вильям Гросвенор (William Grosvenor), экономический обозреватель «The New York Tribune». Причём Хассард работал над криптограммами так рьяно, что простудился, заболел туберкулёзом и последующие последние десять лет своей жизни думал лишь о своем выздоровлении.

Позже Рэйд вспоминал: «Оба они трудились чрезвычайно хорошо, работали независимо друг от друга, честно сравнивая результаты, замечательно сотрудничали вместе… Хассард немного раньше начал работать в этой сфере и заслужил особой похвалы. Гросвенор был также способным и, как я сейчас вспоминаю, достиг почти такого же успеха. Иногда он и Хассард подходили к дешифровке одной и той же криптограммы с разных сторон и после многоразовых неудач, наконец, находили верное решение в тот же вечер…»

Одновременно с Хассардом и Гросвенором над чтением криптограмм, обнародованных в редакционных статьях «The New York Tribune», работал молодой математик из военно-морской обсерватории США в Вашингтоне Эдвард Холден. В своих мемуарах Холден написал по этому поводу: «До 7 сентября 1878 года я открыл закономерность, с помощью которой можно было безошибочно найти любой ключ к самым тяжёлым и замысловатым из этих телеграмм».

Он обратился к газете «Нью-Йорк трибюн», которой понравилась идея нанять профессионального математика. Хассард выслал Холдену большое количество криптограмм. Однако на то время Хассард и Гросвенор независимо от Холдена разработали свои криптоаналитические методы и сумели опередить его в чтении некоторых криптограмм.

Рэйд утверждал, что ни одной из дешифрованных Холденом криптограмм «The New York Tribune» не получила раньше, чем эти же самые криптограммы были прочитаны Хассардом и Гросвенором. Поэтому результаты работы Холдена рассматривались лишь как подтверждение правильности дешифровок Хассарда и Гросвенора.

Результат превзошёл все ожидания. Общественность была возмущена непорядочностью демократов и захвачена изобретательностью дешифровщиков. Тысячи читателей расшифровывали криптограммы с помощью ключей, опубликованных в «The New York Tribune», и с удовольствием отмечали правильность их дешифровки. К тому же до выборов в Конгресс оставалось всего несколько недель. На них республиканцы получили значительную победу.

Часть дешифрованных телеграмм адресовалась не Тилдену, а его племяннику У.Пептону. И хотя Тилден клялся, что совсем не знал, чем занимался его племянник и что всё было сделано без его ведома, репутация Тилдена была навсегда запятнана. Это разоблачение положило конец его надеждам стать президентом. Даже биограф Тилдена, который имел к нему большую симпатию, признал, что в результате дешифровки телеграмм демократов республиканцы получили преимущество, обеспечившее им победу на президентских выборах в 1880 году. Вот так криптоанализ помог избрать американского президента.

В ноябре 1899 года «красный» шифр Госдепартамента был заменён на новый – «голубой» (англ. blue), который опять был разработан Джоном Хасвеллом и назван по цвету своей обложки. Книга была более подробной, содержала наиболее употребляемые термины и фразы из корреспонденции посольств и консульств, поэтому имела уже 1500 страниц.

Для повышения стойкости своего кода Хасвелл разработал также «Дополнение к шифру Госдепартамента: код, который не поддаётся декодированию» на 16 страницах. В этом дополнении перечислялись дополнительно ещё 25 правил, или способов перешифрования, которые могли применяться к закодированным сообщениям, кроме указанных в дополнениях к «красному» шифру.

В 1910 году Госдепартамент принял на вооружение «зелёный шифр» (англ. green), состоявший из двух частей (кодирование и декодирование) и имел 1418 страниц.

В марте 1918 года был введён в действие «серый» (англ. grey) код, в котором для обозначения стандартных терминов и фраз использовались пятибуквенные группы. В мае 1919 года «зелёный шифр», который реально был только кодом, получил соответствующее ему название «Код Госдепартамента А-1».

Эти коды вместе использовались американскими государственными служащими даже в период Второй Мировой войны, когда было нужно внести изменения в дипломатические и военные криптосистемы с целью повышения их стойкости. Так, например, в 1940 году ещё «серым» кодом «закрывалась» трансатлантическая переписка, в том числе между руководителями США и Великобритании.

30 декабря 1937 года был введён в строй «коричневый» (англ. brown) код Госдепартамента, содержавший раздел для кодирования объёмом 954 страницы и раздел для декодирования объёмом 938 страниц. Подобно «А-1» и другим современным на то время кодам «коричневый» код имел многочисленные варианты замены для часто употребляемых слов. Он также положил начало системе кодирования дат и времени, что стало новшеством в конце 1930-х годов.

Месяцы обозначались первой буквой, дни – второй и третьей, время – четвёртой, а с помощью пятой буквы уточнялась половина дня – первая или вторая. И хотя этот код в 1939 году был похищен из американского консульства в Загребе (Югославия), им продолжали пользоваться даже во время Второй Мировой войны.

Кодом американских военных атташе в то время был «чёрный» (англ. black), получивший название также по цвету своего переплёта. В начале 1940 года он считался неуязвимым, поскольку дополнительную стойкость ему обеспечивали шифровальные таблицы. Но в действительности уже в начале войны он был скомпрометирован: его «взломала» немецкая служба радиоперехвата и криптоанализа.

2. Изобретение «линейного» шифрования

В истории криптологии упрощение процедуры ручного шифрования путём механизации этого процесса издавна интересовало многих специалистов. Любознательные умы изобретателей неоднократно пытались решить эту проблему. Попыток было много, но лишь некоторые смогли оставить в истории заметный след и заложить фундамент для будущей механизации, а затем и автоматизации шифровального дела.

Толчком к необходимости автоматизировать процесс шифрования послужили технические достижения конца ХІХ века, такие как телеграф, телефон и радио, при использовании которых для передачи криптограмм удалось существенно повысить оперативность шифрованной связи. Вслед за изменениями в технологиях связи изменялась и криптология, которая стала сначала электромеханической, а затем электронной. Скорость передачи информации очень выросла и все большие объемы ее были подвержены перехвату и прочтению. Шифровальщики, которые вручную заменяли буквы и слоги специальными символами, уже не могли управиться с постоянно растущим потоком информации.

Радиосвязь оказалась более дешёвой и мобильной по сравнению с проводной. Появилась возможность активизировать общение между воинскими подразделениями, устанавливать связь с подвижными объектами (автомобилями, самолётами, кораблями). Однако при этом упростился перехват переданных таким образом сообщений, что, в частности, подтвердила практика Первой Мировой войны.