Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта - Сергей Сергеевич Марков

на повторяющемся дважды зашифрованном ключе в начале каждого сообщения, однако Тьюринг опасался, что немцы скоро обнаружат эту уязвимость и изменят процедуру шифрования. Кроме того, он хотел увеличить скорость перебора. «Бомбы» Реевского могли взломать за пару часов код трёхроторной версии «Энигмы», но теперь роторов было пять, и перебор занимал почти целый день. Хотя у Тьюринга и был некоторый опыт в создании электрического умножителя, он всё же был математиком, а не инженером. К счастью, недалеко от Летчуэрта находилась Британская компания по производству табуляторов (British Tabulating Machine Company, BTM), и её главный инженер Гарольд Кин смог превратить эскизы Тьюринга в работающую машину.

10 марта 1940 г., незадолго до того, как немецкая армия вошла в Голландию, Бельгию и Люксембург, произошло то, чего опасался Тьюринг: немцы прекратили посылать удвоенный текст ключа в начале сообщения, поэтому польский метод взлома перестал работать. Первая «Бомба» Тьюринга, получившая название Victory, прибыла в Блетчли-парк спустя восемь дней. Её изготовление обошлось в 6300 фунтов стерлингов (примерно 100 000 современных фунтов стерлингов), что составляло примерно одну десятую стоимости бомбардировщика Lancaster. Victory была примерно в 300 000 раз быстрее машины Реевского, весила более тонны и включала в себя 36 «скремблеров», каждый из которых эмулировал машину Enigma, и 108 барабанов, выбирающих возможные значения ключей[405].

Существует несколько забавных версий относительно выбора названия «Бомба». Если по-польски bomba означает «бомба», то слово bombe, выбранное в Блетчли, отличается от слова bomb (бомба) и намекает скорее на название популярного десерта bombe glacée, или просто bombe, — мороженого, имеющего округлую форму и напоминающего внешне пушечное ядро.

Рис. 46. Десерт bombe glacée

C 1930 г. армейская версия «Энигмы» в качестве дополнительной защиты при шифровании использовала коммутационную панель (Steckerbrett), которая заменяла буквы попарно: если A преобразуется в B, то B преобразуется в A. Причём схема замен, выполняемых панелью, оставалась неизменной в процессе шифрования, в отличие от преобразований, выполняемых ротором. Используя эту закономерность, Уэлчман смог усовершенствовать «Бомбу», оснастив её так называемой «диагональной доской», что значительно повысило эффективность работы машины. Вторая версия машины, Agnus Dei или Agnes, содержавшая усовершенствования Уэлчмана, начала работать в августе 1940 г.[406]

В течение 1940 г. на двух машинах выполнялся взлом 178 сообщений, почти все из них были успешно дешифрованы. Из-за угрозы потери машин в случае бомбардировки было создано несколько дополнительных станций дешифровки. В июне — августе 1941 г. в Блетчли-парке было от четырёх до шести «Бомб», а после завершения работ по созданию станции в Уэйвендоне (Wavendon) суммарное количество работающих машин в Блетчли, Адстоке (Adstock) и Уэйвендоне составляло уже не менее 24 штук. Это количество возросло примерно вдвое после запуска станции в Гайхорсте (Gayhurst), и ожидалось, что общее количество «Бомб» вскоре увеличится примерно до 70, а их обслуживанием будут заниматься около 700 «ренов»[407], то есть сотрудниц Женской вспомогательной службы ВМС (Women’s Royal Naval Service, WRNS; слово wrens в английском языке означает птичек семейства крапивниковых, так что из-за созвучия этому слову «птичье» прозвище накрепко приклеилось к названию службы, женщины из которой работали офисными служащими, кладовщицами, связистками, шифровальщицами, операторами радиолокационных станций, электриками, авиамеханиками и т. д.).

В 1942 г. с появлением военно-морской версии «Энигмы» с четырьмя роторами стало ясно, что дешифровщикам потребуется куда более 70 «Бомб», в итоге к маю 1945 г. было построено 155 трёхроторных и 180 четырёхроторных машин[408].

Однако «Энигма» не была единственной шифровальной машиной, которую использовали немцы. В конце 1930-х гг. верховное командование немецкой армии обратилось к компании C. Lorenz AG с просьбой изготовить для них аппарат шифрования с высокой степенью защиты, совмещённый с телетайпом, позволяющий передавать сообщения по радио в условиях полной секретности. С. Lorenz AG разработала шифровальные машины SZ40 и SZ42, основанные на аддитивном методе шифрования сообщений телетайпа. С 1940 г. «Энигма» обычно применялась полевыми подразделениями, а машина Лоренца использовалась для связи на самом высоком уровне (в том числе для передачи приказов Гитлера). В основе работы SZ40 и SZ42 лежала схема, запатентованная в 1918 г. американским инженером Гилбертом Вернамом, сотрудником Bell Laboratories. Идея Вернама заключалась в том, чтобы взять случайную ключевую последовательность символов и наложить её на шифруемое сообщение при помощи операции, сегодня известной под названием XOR, или «исключающее или». Наложение той же самой последовательности чисел на зашифрованное сообщение приводило к его расшифровке. Вернам предложил наносить символы ключевой последовательности на бумажную ленту при помощи перфораций, чтобы затем символ за символом использовать их синхронно с символами входного сообщения.

Основная трудность применения этого подхода заключалась в том, что в военное время нужно было обеспечить наличие одинаковых лент со случайными символами на каждом конце линии связи и добиться того, чтобы они были установлены в одну и ту же начальную позицию. Компания Lorenz решила, что с точки зрения удобства эксплуатации будет проще сконструировать машину для генерации последовательности символов ключей. Однако из-за технической сложности генерации истинно случайных последовательностей был использован генератор псевдослучайных чисел, то есть алгоритм, порождающий последовательность чисел, элементы которой почти независимы друг от друга и подчиняются заданному распределению. К сожалению немецкой армии, эти числа были в большей мере псевдо, чем случайными, что и сделало возможной атаку на используемый алгоритм шифрования. Удивительно, что британским специалистам удалось взломать код, несмотря на то что они так и не увидели вживую ни одного из экземпляров машин SZ до самого конца войны.

Джон Тилтман, один из лучших криптоаналитиков Блетчли-парка, заинтересовался зашифрованными сообщениями телетайпа[409]. По донесениям разведки, немцы называли свои беспроводные системы передачи Sägefisch (рыба-пила). Это побудило британцев назвать зашифрованный трафик немецкого телетайпа fish (рыба), а неизвестный аппарат и перехваченные сообщения — tunny (тунец)[410]. Тилтман знал о системе Вернама и вскоре определил, что сообщения зашифрованы именно таким способом. Тилтман рассуждал так: поскольку система Вернама зависит от набора ключевых символов, то, если операторы допустят ошибку и используют одну и ту же ключевую последовательность для двух сообщений, при наложении двух зашифрованных текстов друг на друга наложенная ключевая последовательность будет удалена. И действительно, в августе 1941-го немецкие операторы совершили ошибку, отправив два последовательных сообщения с одним и тем же ключом (что было строго запрещено инструкциями). Британцы сумели перехватить оба сообщения, и Тилтман смог восстановить оба текста. Это был прорыв[411].

Благодаря расшифровке текста сообщений специалисты Блетчли-парка смогли восстановить и часть ключа, использованную при их шифровании, получив около 4000 последовательно идущих символов ключевой последовательности. Дальнейшие надежды