«Загадка» – именно так переводится с греческого языка название одного из самых легендарных аппаратов, использовавшихся флотом во время Второй мировой войны.
Артуру Шербиусу, немецкому инженеру, 23 февраля 1918 года был выдан патент на шифровальную машину, использующую роторы. Эта машина и стала первым вариантом «Энигмы». Совместно с Рихардом Риттером он основал фирму «Шербиус и Риттер». Компаньоны пытались наладить отношения с германским военно-морским флотом и с Министерством иностранных дел, но на тот момент те не были заинтересованы в шифровальных машинах. «Энигма» модели «А» демонстрировалась на конгрессе Международного почтового союза в 1923 году. Машина, напоминающая печатную машинку была тяжелой и довольно габаритной. Ее размеры были 65 х 45 х 35 см, а вес около 50 кг. Позже появилась модель «В» аналогичной конструкции.
Модель «С» была меньше по размеру и более портативной, чем предшественники. В этой модели не хватало пишущей машинки, чтобы заменить дополнительного оператора, следящего за лампочками. «Энигма» модели «С» вскоре устарела, уступая новой модели «D» (1927). Эта версия широко использовалась в коммерческих целях в Швеции, Нидерландах, Великобритании, Японии, Италии, Испании, США и Польше.
НА ВОЕННОЙ СЛУЖБЕ
Немецкий военно-морской флот первым начал использовать машины «Энигма». Модель, названная Funkschliissel С, начала разрабатываться с 1925 года и уже в следующем году массово поступать в ВМС. Клавиатура и панель с лампочками состояли из 29 букв от А до Z, а также А, О и U, расположенных в алфавитном порядке.
Три ротора из пяти и рефлектор могли быть установлены в четыре различные позиции, обозначенные буквами α, β, δ и γ. Незначительные исправления в машину были внесены в июле 1933 года.
15 июля 1928 года немецкой армией была внедрена собственная модель «Энигмы» – «Энигма G», модифицированная в июне 1930 года в модель «Энигма I». Этот вариант, также известный как «Энигма» вермахта, или «войсковая Энигма», широко использовался немецкими военными службами и другими государственными организациями (например, железными дорогами) во время Второй мировой войны. Принципиальным различием между «Энигмой I» и коммерческими моделями «Энигмы» была коммутационная панель для замены пар букв, существенно увеличившая уровень защиты шифрограмм. Также были и другие отличия; использование неподвижного рефлектора и перемещение прорезей с тела ротора на движущиеся буквенные кольца. Размеры машины составляли 28 х 34 х 15 см. она вес ила около 12 кг.
ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ
В 1934 году ВМФ принял на вооружение военно-морскую модификацию армейской «Энигмы», которая была названа Funkschlussel М. В то время как армейские модели использовали на тот момент всего три ротора, для большей безопасности в морской модификации можно было выбирать три ротора из пяти. В декабре 1938 года в модель вермахта были также добавлены два дополнительных ротора. Позднее, в 1938 году в комплект «Энигмы» ВМФ было добавлено еще два дополнительных ротора, а потом и еще один в 1939 году, так что появилась возможность выбирать из восьми роторов. В августе 1935 года военно-воздушные силы также стали использовать армейские модели «Энигмы» для собственной секретной связи. С 1 февраля 1942 года немецкие подводные лодки стали использовать четырехроторную «Эмигму», названную «М4» (в немецком наименовании эта новая сеть получила название «Тритон», а у союзников – «Шарк») Дополнительный ротор не занимал большего пространства благодаря разделению рефлектора на комбинацию более тонкого рефлектора и тонкого четвертого ротора. Существовала также «Энигма II» – большая восьми роторная печатающая модель.
Она использовалась для связи высших армейских структур, но вскоре Германия прекратила ее использование – машина была слишком ненадежна и часто заклинивала. Собственный вариант «Энигмы» применял и абвер – немецкая военная разведка.
ЗА РУБЕЖОМ
Другие страны также использовали «Энигму». Итальянские военно-морские силы применяли коммерческий вариант «Энигмы» под названием Navy Cipher D, испанцы также использовали коммерческую «Энигму» во время гражданской войны. Швейцарцы использовали для военных и дипломатических целей «Энигму К», которая была похожа на коммерческую «Энигму D». «Энигма Т» (кодовое название «Тирпиц») была выпущена для Японии. После войны союзники продавали трофейные машины, по-прежнему считавшиеся на тот момент надежными, в различные развивающиеся страны.
«Энигма» внесла существенное влияние в сферу изобретения шифровальных машин вообще и роторные машин в частности. В Великобритании на ее основе была разработана шифровальная машина «Тайпекс» (она даже содержала детали, изъятые из «Энигмы»). Японский клон GREEN содержал четыре ротора, расположенных вертикально. В США криптоаналитик Уильям Фридман изобрел М-325 – шифровальную машину, подобную «Энигме» в логических операциях, хотя отличную по конструкции.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Как и другие роторные машины, «Энигма» состояла из комбинации механических и электрических подсистем.
Механическая часть включала в себя клавиатуру, набор вращающихся дисков (роторов), которые были расположены вдоль вала и прилегали к нему, и ступенчатого механизма, двигающего один или несколько роторов при каждом нажатии на клавишу. Электрическая часть, в свою очередь, состояла из электрической схемы, соединяющей между собой клавиатуру, коммутационную панель, лампочки и роторы (для соединения роторов использовались скользящие контакты).
Общий принцип был таков: при каждом нажатии на клавишу самый правый ротор сдвигается на одну позицию, а при определенных условиях сдвигаются и другие роторы. Движение роторов приводит к различным криптографическим преобразованиям при каждом следующем нажатии на клавишу на клавиатуре. Механические части двигались, замыкая контакты и образуя меняющийся электрический контур (то есть, фактически, сам процесс шифрования букв реализовывался электрически). При нажатии на клавишу клавиатуры контур замыкался, ток проходил через различные цепи и в результате включал одну из набора лампочек, и отображавшую искомую букву кода.
СЕРДЦЕ «ЭНИГМЫ»
Ключевым элементом «Энигмы» были роторы. Каждый ротор представлял собой диск примерно 10 см в диаметре, сделанный из эбонита или бакелита, с пружинными штыревыми контактами на правой стороне ротора, расположенными по окружности. На левой стороне находилось соответствующее количество плоских электрических контактов. Штыревые и плоские контакты соответствовали буквам в алфавите (обычно это были 26 букв от А до Z). При соприкосновении контакты соседних роторов замыкали электрическую цепь. Внутри ротора каждый штыревой контакт был соединен с одним из плоских. Порядок соединения был различным для каждого ротора. Отдельно взятый ротор позволял реализовать лишь элементарный шифр замены: например контакт, отвечающий за букву А, мог быть соединен с контактом буквы L на другой стороне. Но при использовании нескольких роторов в связке (обычно трех или четырех) за счет их постоянного движения получается более надежный шифр. За исключением ранних моделей «А» и «В», за последним ротором следовал рефлектор – запатентованная деталь, отличавшая семейство «Энигмы» от других роторных машин, разработанных в то время. Рефлектор соединял контакты последнего ротора попарно, коммутируя ток через роторы в обратном направлении, но по другому маршруту. Наличие рефлектора гарантировало, что преобразование, осуществляемое «Энигмой», есть инволюция, то есть расшифрование представляет собой то же самое, что и шифрование. Однако наличие рефлектора делает невозможным шифрование какой-либо буквы через саму себя. Это было серьезным концептуальным недостатком, впоследствии пригодившимся дешифровщикам.
ПРИМЕНЕНИЕ
В германских вооруженных силах средства связи были разделены на разные сети, причем у каждой были собственные настройки кодирования для машин «Энигмы». Каждой единице, работающей в сети, на новый промежуток времени назначались новые настройки. Чтобы сообщение было правильно зашифровано и расшифровано, машины отправителя и получателя должны были быть одинаково настроены, конкретно идентичными должны были быть выбор роторов, начальные позиции роторов и соединения коммутационной панели. Эти настройки оговаривались заранее и записывались в специальных шифровальных книгах. Большинство ключей хранилось лишь определенный период времени, обычно сутки. Однако для каждого нового сообщения задавались новые начальные позиции роторов. Это обуславливалось тем, что если число сообщений, посланных с идентичными настройками, будет велико, то криптоаналитик, досконально изучивший несколько сообщений, может подобрать шифр к сообщениям, используя частотный анализ. Эти начальные позиции отправлялись вместе с криптограммой перед зашифрованным текстом. Такой принцип именовался «индикаторная процедура». И именно слабость подобных индикационных процедур привела к первым успешным случаям взлома кода «Энигмы». Шифровальщики в армии и люфтваффе отправляли сообщения группами по пять символов. Военно-морские шифровальщики, использующие четырехроторные машины, отправляли сообщения группами по четыре символа. Часто употребляемые слова и имена очень сильно варьировались. Например, слово Minensuchboot (минный тральщик) могло быть написано как MINENSUCHBOOT, MINBOOT, МММВООТ или МММ354. Чтобы осложнить криптоанализ, отдельные сообщения не содержали более 250 символов. Более длинные сообщения разбивались на части, и каждая часть использовала свой ключ. Кроме того, иногда операторы специально забивали зашифрованные сообщения «мусором» (например, бессвязный набор букв, несвязанные с основным текстом слова), для усложнения дешифровки перехватов противником.
