Книга шифров. Тайная история шифров и их расшифровки - Сингх Саймон. Страница 36
Он мог бы повысить стойкость, добавив еще шифраторов (каждый новый шифратор увеличивает число ключей в 26 раз), но это привело бы к увеличению размеров «Энигмы». Вместо этого он поступил следующим образом. Прежде всего он просто сделал шифраторы съемными и взаимозаменяемыми. Так, к примеру, первый шифрующий диск мог бы быть установлен на место третьего диска, а третий шифрующий диск — на место первого. Расположение шифраторов влияет на процесс шифрования, поэтому точное расположение важно для зашифровывания и расшифровывания. Имеется шесть различных способов, которыми можно разместить три шифратора, так что число ключей, или количество возможных начальных установок, возрастает в шесть раз.
Кроме того между клавиатурой и первым шифратором он установил штепсельную коммутационную панель. Штепсельная коммутационная панель дает возможность отправителю вставлять кабели, благодаря которым отдельные буквы, перед тем как попасть в шифратор, меняются местами. Например, кабелем можно было соединить гнезда а и b штепсельной коммутационной панели, так что когда криптограф хочет зашифровать букву b, то электрический сигнал в действительности проходит через шифраторы по пути, по которому прежде шел сигнал от буквы а, и наоборот.
У оператора «Энигмы» имелось шесть кабелей, то есть можно было осуществлять перестановку букв в шести парах букв. Переставляемые с помощью штепсельной коммутационной панели буквы являются частью задаваемой начальной установки машины и поэтому должны быть оговорены в шифровальной книге. На рисунке 37 схематично показана компоновка машины с установленной штепсельной коммутационной панелью. Поскольку здесь используется шестибуквенный алфавит, перестановка проводится только для одной пары букв, а и b.
Рис. 37 Штепсельная коммутационная панель устанавливается между клавиатурой и первым шифратором. Вставляя кабели, можно переставлять местами пары букв; в нашем случае b меняется местами с а. Теперь зашифровывание b производится по пути, по которому прежде происходило зашифровывание а. При работе на реальной «Энигме», использующей алфавит с 26 буквами, у пользователя имелось шесть кабелей, позволяющих осуществлять перестановку в шести парах букв.
В конструкции машины Шербиуса применяется также кольцо, о котором пока не упоминалось. Хотя кольцо оказывает определенное влияние на процесс шифрования, но это наименее значимая часть «Энигмы», и я решил его здесь не рассматривать. (Читателям, кто хочет узнать о роли кольца, следует обратиться к книгам, приведенным в списке для дальнейшего чтения, например, «Захват Энигмы» Дэвида Кана. Там же указаны и адреса двух веб-сайтов с прекрасными эмуляторами «Энигмы», которые дадут вам возможность поработать с виртуальной «Энигмой»).
Теперь, когда мы познакомились со всеми основными элементами машины «Энигма» Шербиуса, и, зная количество кабелей штепсельной коммутационной панели и количество возможных расположений и ориентации шифраторов, мы сможем определить число ключей.
Ниже перечислены все параметры машины и соответствующее число возможных состояний для каждого:
Ориентация шифраторов. Каждый из 3 шифраторов может быть установлен в одном из 26 положений. Таким образом всего имеется 26 х 26 х 26 начальных установок: 17 576
Расположения шифраторов. Три шифратора (1, 2 и 3) могут располагаться в любом порядке
из указанных ниже шести возможных: 123, 132, 213, 231, 312, 321. 6
Штепсельная коммутационная панель. Количество возможных способов соединений, с помощью которых осуществляются перестановки букв
в шести парах из 26 букв, огромно: 100 391 791 500
Полное число ключей. Полное число ключей получается перемножением этих трех чисел:
17 576 х 6 х 100 391 791 500 ~ 10 000 000 000 000 000
Если и отправитель, и получатель заранее оговорили установку кабельных соединениий на штепсельной коммутационной панели, порядок расположения шифраторов и их ориентацию — все эти параметры определяют ключ, — то они смогут без труда зашифровывать и расшифровывать сообщения. Однако противник, который не знает ключа, должен перебрать все ключи из 10 000 000 000 000 000 возможных, чтобы дешифровать перехваченный шифртекст. Но для выполнения такой работы упорному криптоаналитику, который сумел бы проверять один ключ за минуту, потребовалось бы времени больше, чем возраст Вселенной. (В действительности же, так как я не учитывал в этих подсчетах наличие колец, количество возможных ключей возрастет, а значит, для взлома «Энигмы» потребуется еще больше времени.)Поскольку, без сомнения, самый весомый вклад в увеличение числа ключей вносит штепсельная коммутационная панель, вас может удивить, отчего же Шербиус так беспокоился о шифраторах? Сама по себе эта панель не делает ничего, кроме как реализует одноалфавитный шифр замены, переставляя местами в парах всего лишь 12 букв. Проблема здесь заключается в том, что в процессе зашифровывания перестановка букв в парах остается неизменной, поэтому при использовании одной только этой панели получается шифртекст, который можно дешифровать с помощью частотного анализа. Шифраторы же обеспечивают создание меньшего числа ключей, но их расположение все время изменяется, что означает, что для получающегося шифртекста частотный аналйз использовать не удастся.
Объединив шифраторы со штепсельной коммутационной панелью, Шербиус защитил свою машину от возможности применения частотного анализа и в то же время обеспечил создание огромного количества возможных ключей.
Рис 37. Артур Шербиус
Шербиус получил свой первый патент в 1918 году. Его шифровальная машина помещалась в компактном корпусе размером всего 34 х 28 х 15 см, но весила целых 12 кг. На рисунке 39 показана готовая к работе «Энигма» с открытой крышкой. Видна клавиатура, с которой вводятся буквы открытого текста, а над ней панель с лампочками, где высвечиваются получающиеся буквы шифртекста. Под клавиатурой находится штепсельная коммутационная панель; с помощью этой панели можно осуществлять перестановку букв в более чем шести парах букв, поскольку на этом рисунке изображена «Энигма» более поздней модификации по сравнению с той моделью, о которой рассказывалось в тексте. На рисунке 40 представлена «Энигма» со снятой внутренней крышкой; здесь можно рассмотреть внутреннее устройство машины, в частности видны три шифратора.
Рис. 39 Готовая к работе армейская «Энигма».
Рис. 40 «Энигма» со снятой внутренней крышкой; видны три шифратора.
Шербиус верил, что «Энигма» неприступна и что ее криптографическая стойкость породит высокий спрос на нее. Он пытался заинтересовать ею и вооруженные силы, и деловые круги, предлагая для каждого круга потенциальных пользователей различные модификации шифровальной машины. Предприятиям и компаниям он предлагал базовую модификацию «Энигмы», а министерству иностранных дел — роскошную модель с принтером вместо панели с лампочками. По нынешним ценам стоимость одной машины составляла 20 тысяч фунтов стерлингов.
К сожалению, высокая стоимость машины отпугивала возможных покупателей. Предприятия и компании заявляли, что они не в состоянии позволить себе приобрести «Энигму», однако Шербиус полагал, что они не смогут обойтись без нее. Он аргументировал это тем, что важное коммерческое сообщение, перехваченное конкурентами, может стоить компании состояния, но лишь несколько бизнесменов обратили на это внимание. Немецкие вооруженные силы также не проявили энтузиазма, забыв, какой ущерб был понесен в мировой войне из-за нестойких шифров. Так, они продолжали считать, что телеграмма Циммермана была выкрадена американскими шпионами в Мехико, и потому винили в этой неудаче службу безопасности Мексики. Они все еще не осознавали, что на самом деле телеграмма была перехвачена и дешифрована англичанами и что фиаско Циммермана являлось провалом немецкой криптографии.