История науки и научных изобретений богата совпадениями. Так, например, английский астроном Джон Адамс (John Adams) и его французский коллега Урбейн Ле Верье (Urbain Le Verrier) почти одновременно сделали вывод о существовании планеты Нептун. Изобретение «радио» было почти одновременно сделано немцем Генрихом Герцем (Heinrich Hertz), русским Александром Поповым и американцем Гилельмо Маркони (Guglielmo Marconi).
Один из основных методов превращения аналоговых сигналов в цифровую форму — дельта-модуляция — был изобретен независимо несколькими учёными во Франции: Е.М. Делорейн (E.M. Deloraine), С. ван Мерло (S.V. Mierlo) и Б.Дерьявич (B.Derjavitch), СССР: Л.А. Коробок и США: К.Катлер (C. Chapin Cutler) и Ф. де Яджер (F. De Jager).
Не удивительно, что подобные совпадения имели место и в криптологии. В период между двумя мировыми войнами одно и то же открытие было сделано сразу несколькими людьми в разных странах. Побуждаемые широким использованием секретной связи в военное время и наступлением эпохи механизации, они независимо друг от друга изобрели машину, принцип действия которой в течение очень длительного времени находил наиболее широкое применение в криптологии.
Такими первыми талантливыми изобретателями были:
— Эдвард Хеберн (Edward Hebern) в США;
— Хуго Кох (Hugo Koch), Артур Шербиус (Arthur Scherbius) и Александр Крыга (Alexander von Kryha) в Германии;
— Арвид Дамм (Arvid Damm) и Борис Хагелин (Boris Hagelin) в Швеции;
— Иван Павлович Волосок в СССР.
Изобретённый ими принцип основывался на использовании шифровального диска. Шифродиск представлял собой толстую круглую пластину, изготовленную из изоляционного материала (например, твёрдой резины). По обе стороны шифродиска по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга было закреплено по 26 электрических контактов (чаще всего они делались из латуни). Каждый контакт соединялся пайкой с каким-либо другим контактом на противоположной поверхности шифродиска. Таким образом создавалась электрическая цепь, которая начиналась на одной стороне шифродиска и заканчивалась на другой.
В самом простом варианте контакты на одной поверхности диска представляли собой буквы открытого текста (вход), а контакты на другой поверхности — буквы шифротекста (выход), а проволочные перепайки между входом и выходом обеспечивали превращение открытого текста в криптограмму.
Для зашифрования буквы открытого текста нужно было только подать импульс тока на входной контакт, отвечавший этой букве. Ток проходил по соединительному проводнику и появлялся на выходном контакте, представлявшим собой букву шифротекста. Если записать все перепайки диска, зафиксировав соединение между входом и выходом, то получался шифр одноалфавитной замены. Таким образом, шифродиск осуществлял процесс шифрования в форме, удобной для электромеханических манипуляций.
Для выполнения этих манипуляций шифродиск устанавливался между двумя неподвижными (фиксированными) круглыми пластинами, каждая из которых также была изготовлена из изоляционного материала и обеспечена 26 контактами, которые были закреплены по кругу и соответствовали контактам, которые были на шифродиске.
Контакты входной пластины были соединены с клавишами печатной машинки, на которой набивался открытый текст. А каждый контакт исходной пластины был связан с каким-нибудь устройством, предназначенным для вывода шифротекста (например, сигнальной лампочкой). В результате, например, когда шифровальщик нажимал на клавишу «А» на печатной машинке, он посылал токовый импульс от источника тока на контакт неподвижной входной пластины, закрепленный за буквой «А».
Потом этот импульс попадал на входной контакт шифродиска, соответствовавший букве «А», далее по перепайке проходил на выходной контакт, а с него — на лампочку, которая засвечивалась над буквой шифротекста (например, буква «R»), соответствовавшей букве «А».
Если бы всё, однако, на этом и заканчивалось, то шифродиск не был бы таким замечательным устройством. Тогда каждый раз при нажатии клавиши «А» ток протекал бы по одной и той же электрической цепи и в результате указывал бы на одну и ту же букву шифротекста «R». Но всё дело было в том, что шифродиск не оставался неподвижным, поскольку он вращался.
Допустим, что он провернулся на одну позицию. Ток, который ранее с контакта «А» входной пластины попадал на контакт «R» выходной пластины, теперь попадёт на совсем другую букву. Подобным же образом всем другим буквам открытого текста соответствовали уже другие буквы шифротекста. Получался новый шифралфавит, причем каждый раз, когда шифродиск возвращался в исходное состояние, использовался уже другой шифралфавит.
Можно выписать все эти шифралфавиты в виде таблицы из 26 строк и такого же количества столбцов. Если шифромашина была сконструирована так, что шифродиск вращался ровно на одну позицию каждый раз, когда зашифровывалась какая-нибудь буква открытого текста, то итоговый результат был таким же, как и при циклическом использовании этой таблицы — строка за строкой сверху вниз. Выходило не что иное, как шифр многоалфавитной замены с периодом 26.
Такая машина, как и раньше, не оправдывала возложенные на неё надежды, поскольку реализованный с её помощью процесс шифрования был неустойчивым. Однако, если вместо неподвижной исходной пластины установить рядом с первым диском второй и заставить его вращаться на одну позицию каждый раз, когда первый диск делает полный оборот, то это позволит существенно усовершенствовать процесс шифрования.
За счёт поворота второго шифродиска создается новый шифралфавит — 27-й. И каждый новый вариант расположения этих двух шифродисков между неподвижными пластинами будет приводить к созданию нового шифралфавита. Следовательно, двухдисковая шифромашина реализовывала многоалфавитную замену со значительно большим периодом, чем однодисковая. Теперь он равнялся 676.
Добавление третьего диска приводит к тому, что это число умножается на 26, потому что все три диска возвращаются в своё исходное положение только через 17576 последовательных тактов зашифрования. При четырёх и пяти дисках периоды равны 456976 и 11881376 соответственно.
Получалось, что каждая буква открытого текста зашифровывалась с помощью разных шифралфавитов. В этом и заключалось преимущество дисковой системы: применение дополнительных дисков быстро доводит число шифралфавитов до таких астрономических величин, что количественные расхождения перерастали в качественные. Теперь можно было создать свой шифралфавит для каждой буквы открытого текста, длина которого намного превосходила полное собрание произведений нескольких писателей.
Подобная длина сводила на нет всякую практическую возможность непосредственного раскрытия шифросистемы на основе частоты повторяемости букв. Для такого раскрытия нужно было приблизительно 50 букв на каждый шифралфавит, а это значило, что все пять дисков должны были по 50 раз сделать свой полный оборот. Никакой криптоаналитик не мог всерьез рассчитывать на то, чтобы стать владельцем такого трофея, даже, если бы он сделал это целью всей своей жизни.
Поэтому при раскрытии дисковых шифраторов криптоаналитик должен был использовать особые способы, например, получение открытого текста в полном объёме. Получить его криптоаналитик мог несколькими путями. Бывало так, что для шифрования двух и более сообщений применялась та же изначальная установка шифродисков, или что эти установки очень близки друг к другу и последовательность шифралфавитов перекрывалась несколькими сообщениями.
Иногда двум криптограммам соответствовал тот же открытый текст (так бывало при рассылке идентичных приказов нескольким подразделениям). Время от времени открытый текст становился известным в результате ошибок шифровальщика или опубликования дипломатических нот. На практике подобные ситуации случались достаточно часто, что позволяло криптоаналитику использовать их с наибольшей выгодой для себя.
При раскрытии дисковых шифраторов криптоаналитики обычно применяли методы высшей математики, что очень хорошо подходили для работы со многими неизвестными, связанными с шифродисками. В основном, этими неизвестными были перепайки в каждом шифродиске. Криптоаналитик математически разграничивал их, измеряя сдвиг между входными и выходными контактами.
Например, перепайка с входного контакта 3 на выходной контакт 10 означала сдвиг, который равнялся 7. Подобным же образом всем буквам присваивались числовые значения, чаще всего: А=0, В=1, С=2,…Z=25. Используя числовые значения известного или предполагаемого открытого текста, криптоаналитик составлял уравнения, в которых сдвиг в нескольких дисках был неизвестной величиной, и потом решал эти уравнения.
Такими были основные принципы раскрытия дисковых шифраторов. Но их применение на практике обрекало криптоаналитика на самые жестокие экзамены интеллекта, что только могли выпасти на долю человека. Количество уравнений и неизвестных, как правило, превышало количество песчинок в пустыне, а сами уравнения были сложными и запутанными подобно «гордиеву» узлу.
Частично эта сложность возникала из-за необходимости указать все сдвиги относительно неподвижной входной и выходной пластины. С другой стороны, это связано с тем, что один сдвиг вычисляется с помощью нескольких других. Сдвиг на 3-м шифродиске мог быть известен только как сумма сдвигов на 1-м и 4-м шифродисках, а сдвиг на 4-м шифродиске мог, в свою очередь, равняться сумме сдвигов на 2-м и 5-м шифродисках.
Таким образом, одно неизвестное могло быть выражено с помощью четырёх или пяти величин. Математическая теория групп очень подходила для решения уравнений такого типа, но она также была подвержена ошибкам.
Характер сдвигов, восстановленных криптоаналитиком, мог оказаться только относительно правильным, и было нужно дополнительно найти перестановку, с помощью которой можно было получить абсолютно точные значения этих сдвигов. Кроме того, шифровальщики противника редко делали услугу, устанавливая шифродиски в одинаковые первоначальные положения при шифровании всех своих сообщений.
Раскрытие также очень усложнялось использованием устройств, которые обеспечивали неравномерное движение шифродисков. Сам шифровальщик мог внести дополнительные исправления, просто переставив шифродиски с одного места на другое. Короче говоря, дисковая шифросистема создавала исключительно сложный и стойкий шифр, который содержал достаточно простые элементы.
На начальной стадии появления серийно изготовленных электромеханических шифровальных машин они были отнесены к технике особой секретности, и даже инструкции по их эксплуатации приравнивались к шифрам. Такой порядок был оправдан, поскольку не только наличие самой шифровальной машины, но и любая информация о ней позволяла дешифровщикам раскрывать перехваченные криптограммы, обнаруживать ключи и длительное время читать тайные сообщения противника.
Понятно, во многом этому способствовала слабость (по современной оценке) самих ключей, которые к тому же менялись редко, а временами даже использовались повторно, например, в отдаленных друг от друга сетях шифрованной связи.
Кроме того, первоначальные конструкции шифромашин были сравнительно простыми, что позволяло математически определять алгоритмы шифровального превращения знаков, отталкиваясь от какой-нибудь взятой наугад точки отсчёта, а затем последовательно определять алгоритмы превращения всех других знаков криптограммы. Обычно, для дешифровки конкретной криптограммы необходимо было знать ключи, которые определяли начальные установки шифратора, и всё-таки знание алгоритма шифрования в целом уменьшало время и объём криптоанализа, что было также нежелательно для противника.
Позже, когда криптологи стали разрабатывать и внедрять в эксплуатацию конструкции, которые реализовали более сложные машинные шифры, ввели в регламент замены ключей жесткие ограничения времени их использования, а также категорическое запрещение повторного использования ключа в любой другой системе шифрованной связи, информация о шифромашинах всё равно продолжала оставаться засекреченной. Причём такое положение дел сохранялось невзирая на то, что при конструировании каждой шифромашины разработчики всегда учитывали и учитывают вероятность ее захвата противником во время боевых действий.
Наличие шифромашины противника позволяло дешифровщику, создав математические или натурные модели «антишифратора», используя весь накопленный арсенал средств и методов криптоанализа, а также новейшие приёмы дешифровки, пытаться обнаружить ключи и прочитать перехваченные криптограммы.
Это был хотя и очень важный, но лишь первый шаг на длинном пути, который проходил дешифровщик, чтобы добиться позитивного результата, который достигался далеко не всегда. Поэтому для такой специфической и «деликатной» науки как криптология характерным и полностью естественным является желание противоборствующих сторон исключить утечку любой информации, которая может послужить «зацепкой» для дешифровальщиков.
Именно такой подход и был положен в основу общей стратегии обеспечения информационной безопасности при использовании электромеханических шифромашин, вплоть до самого факта их наличия и эксплуатации. Поэтому на протяжении всего периода их использования на действующих шифрованных связях, кроме самой техники и документации по ее эксплуатации, засекречивались сведения о конструкторских бюро и заводах, которые разрабатывали специальную технику, об их дислокации, производственных мощностях, объемах выпуска и других данных.
Например, при изготовлении немецкой «Энигмы» в каждом территориально автономном цехе выпускалась только одна деталь, специфическая для шифромашины. Особенно охранялся сборный цех, а контингент рабочих тщательным образом подбирался службой безопасности. Еще дальше пошли американцы. При изготовлении шифромашины «М-209» на завод, где осуществлялась её сборка, детали поступали вообще с других предприятий.
Следует отметить, что правительства многих стран скептически относились к покупке дорогой шифровальной техники. По окончании Первой Мировой войны у руководителей государств не было желания тратить деньги на шифровальные машины. Бюджеты вооружённых сил были сокращены до минимума.
Война, в которой шифровальная техника будет востребована максимально, казалась достаточно далёкой, поэтому дело механизации шифрования в войсках двигалось медленно, за исключением стран, которые активно готовились к новой войне, например таких, как СССР, Германия и Япония.
Германия
7 октября 1919 года голландский изобретатель Хуго Александр Кох (1870–1928), когда ему было 49 лет, получил в Нидерландах патент № 10700 на самый известный дисковый шифратор в истории криптологии — «секретную печатную машинку». Он очень увлекался конструированием разных удивительных приспособлений и справедливо думал, что его новое изобретение в сфере криптологии будет иметь коммерческий успех.
Кох указал в своем патенте, что проникающие лучи света и воздуха, а также вода или масло, протекающие по трубкам, могут переносить шифрующий импульс так же хорошо, как и электричество, протекающее по проводам. Он отдавал преимущество дисковому механизму, но не успел создать ни одной шифровальной машины, которые были предложены им в патенте. В 1922 году Кох тяжело заболел и, предчувствуя быструю смерть, передал все права на свои патенты другому немецкому изобретателю.
Кроме того, в 1924 году немец украинского происхождения Александр Крыга (Криха), фамилия которого переводится на русский язык как «лёд», создал ряд шифровальных машин «Kryha». Родился он в Харькове в 1891 году. Воевал в русской армии во время Первой Мировой войны. Во время Второй Мировой войны служил офицером в немецкой армии (вермахте). Покончил самоубийством в 1955 году в Баден-Бадене.
Он разработал три модели шифровальных машин: механическую «Standard», карманную «Liliput» и электрическую «Electric». Механическая шифромашина, весившая 5 килограмм и в которой шифродиск приводился в действие с помощью пружинного двигателя, активно использовалась немецкими дипломатами в годы Второй Мировой войны. Электрическая шифромашина могла подключаться к телеграфному оборудованию компании «Siemens & Halske» и работать со скоростью 360 знаков в минуту.
Немецким же изобретателем, который унаследовал патентные права Коха, стал немецкий инженер Артур Шербиус (1878–1929), имевший степень доктора наук и ряд патентов, в том числе и в такой далекой от криптологии отрасли, как керамика.
Первое придуманное им криптографическое устройство превращало цифровые кодовые обозначения в произносимые слова, по очереди замещая цифры на соответствующие им гласные и согласные буквы с помощью специального устройства. Это устройство состояло из нескольких коммутаторов, которые соединяли каждый входной проводник с одним из исходных проводников и были устроены так, что можно было легко менять характер этих соединений.
Именно он стал прообразом дискового (роторного) шифратора, позже изобретенного Шербиусом и обстоятельно описанного в его очередной патентной заявке. И хотя диски в этом шифраторе применялись только для превращения цифровых последовательностей, в подобных ему устройствах Шербиус увеличил количество контактов с 10 до 26, поэтому эти устройства полностью могли использоваться для шифрования букв.
Ещё 18 февраля 1918 года Шербиус направил запрос на получение патента на роторную шифровальную машину и совместно с Рихардом Риттером учредил компанию «Scherbius & Ritter». Они пытались наладить отношения с немецкими ВМФ и МИД, но на тот момент те не были заинтересованы в шифровальных машинах.
В дальнейшем они зарегистрировали патенты на предприятие «Gewerkschaft Securitas», которое 9 июля 1923 года учредило корпорацию производителей шифровальных машин «Chiffriermaschinen AG». Шербиус и Риттер входили в её Совет директоров.
Шербиус назвал свою машину «Энигма» (нем. Enigma — загадка). «Энигма» имела существенное отличие от других дисковых шифраторов: движение шифродисков управлялось специальными зубчатыми колёсами, чтобы сделать его неравномерным. Изначальное количество зубцов было слишком малым, чтобы существенно усложнить раскрытие шифратора, однако в более поздних моделях «Энигмы» этот недостаток был устранён.
Машина имела вращающиеся на одной оси диски (роторы), которые обеспечивали более миллиона вариантов шифра простой замены, обусловленного текущим положением дисков. На каждой стороне диска по окружности располагалось 25 электрических контактов, столько же, сколько было букв в алфавите. Контакты по обе стороны диска соединялись попарно в случайном порядке 25 проводами, формирующими замену символов.
Диски складывались вместе так, чтоб их контакты, касаясь друг друга, обеспечивали прохождение электрических импульсов сквозь весь пакет дисков. Перед началом работы диски устанавливались так, чтобы получалось определённое ключевое слово, а при нажатии клавиши и кодировании очередного символа правый диск вращался на один шаг. После того, как он делал полный оборот, на один шаг вращался следующий диск. Таким образом, создавался ключ намного длиннее, чем текст сообщения.
Например, на первом правом диске провод от контакта, соответствующий букве «U», был присоединён к контакту буквы «F» на другой его стороне. Если же диск вращался на один шаг, то это уже отвечало замене следующей за «U» буквы «V» на следующую за «F» букву «G».
Поскольку диски сталкивались контактами, то электрический импульс от нажатой клавиши с буквой исходного текста, прежде чем достигал выхода, делал несколько замен: по одной в каждом диске. Для усложнения расшифровывания диски каждый день переставлялись местами или менялись. Последующее совершенствование этой машины сделало движение дисков хаотическим, а их количество постоянно увеличивалось (от 3 до 8). Всё устройство могло поместиться в портфеле и было таким простым, что обслуживалось обычными связистами.
Следовательно, ключами в «Энигме» были:
— изначальное расположение роторов;
— установка вращающихся роторов в определенную позицию;
— соединение пар розеток с помощью шнуров (при наличии коммутационной панели).
То есть общее количество возможных ключей выражались числом из 92 знаков. Кроме того, периодически происходила смена ключей, а любое сообщение должно было содержать не менее десяти групп из пяти букв в каждой, что усложняло дешифровку математическими методами.
Корпорация «Chiffriermaschinen AG» начала рекламировать роторную машину модели «Enigma A», которая была выставлена на показ на конгрессе Международного почтового союза в 1923 и 1924 годах. Машина была тяжёлой и очень большой и напоминала печатную машину. Её размеры были 65х45х35 см, и весила она около 50 кг.
Позже была представлена модель «В». Модели «А» и «В» были совсем не похожи на более поздние версии (были разных размеров и формы). Отличались они и с шифровальной точки зрения — в них не было рефлектора, который был предложен коллегой Шербиуса — Вилли Корном и был установлен на модели «С» в 1926 году.
Модель «С» была меньше по размеру и более портативной, чем предшественники. Она имела рефлектор — отражатель: все его контакты располагались исключительно на одной стороне и были соединены только между собой. Импульс, который приходил на этот шифродиск, разворачивался на 180 градусов и опять отправлялся через шифродиски, через которых он только что прошёл, но другим путём. В этой модели уже не было печатной машинки, чтобы заменить дополнительного оператора, следящего за лампочками, отсюда и альтернативное название «Glowlamp Enigma». В 1927 году на замену модели «С» пришла модель «D».
На первых порах «Enigma» не имела особого спроса — в 1926-28 годах Рейхсвер (военное ведомство Веймарской республики, которая существовала на территории Германии в 1919-35 годах, — до прихода к власти Гитлера) приобрёл всего несколько её экземпляров для своего ВМФ.
В 1934 году Шербиус отошёл от этого проекта, но им занялись доктор Рудольф Хеймсоэт и Элсбэт Ринке. С этого момента начался настоящий бум продажи этих машин — их торговая фирма «Heimsoeth & Rinke» с 1935 года и до второй половины Второй Мировой войны поставляла разные модели и модификации «Энигмы» как немецким, так и иностранным ведомствам — Испании, Италии и Японии. Всего было продано свыше 1000 экземпляров.
Немецкий ВМФ первым начал использовать машины «Enigma». Модель, которая была названа «Радиоключ С» (нем. Funkschlussel С), начала разрабатываться с 1925 года и выпускаться с 1929 года. Клавиатура и панель с лампочками состояли из 29 букв от «A» до «Z», а также «A», «O» и «U», расположенных в алфавитном порядке, в отличие от системы «QWERTZU».
Роторы имели по 28 контактов, буква «X» передавалась непосредственно, то есть не шифровалась. Три ротора из пяти и рефлектор могли быть установлены в четыре разных позиции, обозначенной буквами «α», «β», «γ» и «δ». Незначительные исправления в машину были внесены в июле 1933 года.
15 июля 1928 года вермахт внедрил свою собственную модель — «Enigma G», которая была модифицирована в июне 1930 года в модель «Enigma I». Она была также известна как «Военная Энигма», широко использовавшаяся немецкой военной властью и другими государственными организациями (например, железной дорогой) во время Второй Мировой войны.
Значительной разницей между «Enigma I» и коммерческой моделью была коммутационная панель для замены пар букв, состоявшая из 26 пар розеток и штепселей и позволявшая делать ещё одну перестановку в поступлении сигнала на систему роторов, чем значительно повышала уровень защиты шифрограмм. Также были и другие отличия: использование неподвижного рефлектора и перемещение прорезей с тела ротора на подвижные буквенные кольца. Машина имела размеры 28х34х15 см и весила около 12 кг.
В 1934 году ВМФ принял свой вариант «Военной Энигмы», который был назван «Funkschlussel M» или «М3». В то время, как вермахт использовал три ротора, для большей безопасности в морской модификации можно было выбрать три из пяти роторов. В декабре 1938 года вермахт также прибавил два дополнительных ротора. Позже в 1938 году в военно-морском варианте были добавлены два дополнительных ротора, а в 1939 году — ещё один, поэтому появилась возможность выбирать три из восьми роторов.
В августе 1935 года ВВС также начали использовать «Военную Энигму» для собственной секретной связи. С 1 февраля 1942 года немецкие подводные лодки стали использовать 4-хроторную «Энигму», которая была названа «М4». Дополнительный ротор не занимал большого пространства за счёт разделения рефлектора на комбинацию более тонкого рефлектора и более тонкого четвёртого ротора.
Также была разработана «Enigma II» — большая 8-роторная печатающая модель, которая использовалась для связи высших армейских структур, но вскоре Германия прекратила её использование, поскольку машина была очень ненадёжной и часто заклинивала.
Немецкая военная контрразведка (абвер) использовала модель «Enigma G». Эта была 4-хроторная модель без контактной панели, но с большим количеством выемок на роторах. Эта модель была оснащена счётчиком нажатий клавиш, поэтому она также известна как «счётная машина».
Другие страны также использовали шифроамашины «Enigma». Так, например, ее коммерческая версия «Enigma K» использовалась итальянскими, немецкими и националистическими силами в испанской гражданской войне с ноября 1936 года в комбинации с кодовой книгой под названием «DEI» (аббревиатура Deutschland, Espana, Italia — Германия, Испания, Италия).
28 января 1937 года испанские военные моряки получили 2 машины «Enigma K». 22 июня 1940 года 4 машины получил отдел шифрования МИД Испании. В июле 1 машина была отправлена в посольство Испании в Берлине.
Когда гражданская война закончилась, ее продолжали использовать испанские вооруженные силы до середины 1940-х годов, а также военные атташе Испании в Париже, Риме и Берлине с 1941 года. К концу Второй мировой войны их постепенно заменили на шифромашины Бориса Хагелина.
Швейцарцы использовали для военных и дипломатических целей модель «Enigma K». Модель «Enigma T» (кодовое название «Тирпиц») была выпущена для Японии. По приблизительным подсчётам всего было выпущено около 100 тысяч экземпляров шифровальных машин «Энигма».
Немецкие военные связисты считали её очень надёжной и думали, что она обеспечивает необходимую безопасность связи. Её единственный видимый недостаток заключался в том, что она не могла печатать текст, и для быстрой работы с ней было нужно, по крайней мере, трое людей: один читал вводимый текст и нажимал клавиши, второй произносил буквы вслух, по мере того как они засвечивались, а третий записывал текст на бумагу.
В основных центрах связи Германии во время Второй Мировой войны также использовалась громоздкая шифромашина Т-52 «Секретный писарь» (нем. Geheimschreiber, G-Schreiber или Schlusselfernschreibmaschine, SFM) компании «Siemens & Halske». Это электромеханическое устройство имело 10 или, даже, 12 шифровальных дисков-роторов. По понятным причинам раскрыть шифр этой машины было очень сложно.
Таким же сложным шифратором была и машина «Ключевое дополнение» (нем. Schlusselzusatz, SZ) компании «Лоренц», которая налагала на открытый текст одноразовую псевдослучайную шифровальную последовательность. Она обеспечивала шифрованную переписку между ставкой Гитлера и штабами основных армейских группировок Германии.
Кроме шифротехники в Германии в начале 1930-х годов также начали создавать технику секретной телефонии. Первые выпущенные аппараты датировались 1932–1933 годами. К работе были привлечены большие немецкие компании «АЕТ», «Телефункен» и «Симменс».
К концу Второй Мировой войны этими фирмами было разработано до 15 типов аппаратуры и изготовлено 2180 аппаратов. Серийность для сложных аппаратов была крайне небольшой — несколько образцов, а основную массу составляли «инверторы» разных типов, которых было изготовлено более 2100.
Параллельно с разработкой техники в военном ведомстве под руководством доктора Лотце велись исследования возможности дешифровки разработанной аппаратуры. Доктор Лотце (Lotze) стал «грозой» для разработчиков техники засекречивания телефонных переговоров, давая отрицательный вывод о гарантиях стойкости всех разработанных фирмами аппаратов. Следовательно, до конца войны Германия не имела аппараты засекречивания, которые были бы стойкими к дешифровке.
Швеция
Отметим, что самый сложный из дисковых шифраторов, изобретённых в начале XX века, был запатентован лишь через три дня после самого простого. Хуго Кох получил свой патент 7 октября 1919 года, а уже 10 октября шведу Арвиду Дамму был выдан в Стокгольме патент № 52279.
Дамм разработал шифромашину и рассказал о своём изобретении своему знакомому, который работал в шведском посольстве в Берлине, который и организовал встречу изобретателя с капитаном 3-го ранга Олафом Гюльденом, начальником Королевского морского училища в Стокгольме. В 1915 году Гюльден и Дамм учредили акционерную компанию (шв. Aktiebolaget, АВ) «Криптограф» (шв. Cryptograph). Компаньоны собирались продавать шифромашины, спроектированные Даммом после Первой Мировой войны.
За первые пять лет существования компании было создано несколько прототипов роторных шифровальных машин, в частности: «Electrocryptograph B-1». Однако машины оказывались ненадёжными, их было невозможно продать, и разработка останавливалась на стадии прототипа. К 1921 году у компании возникли финансовые трудности. В это время Дамму удалось найти нового инвестора Эммануила Нобеля, который потерял собственность в России из-за революции. Нобель и его коллега Карл Хагелин решили, что криптология может сыграть решающую роль в деловой корреспонденции.
В это время Дамм занимался разработкой шифровальных машин для радиотелеграфии и пытался заинтересовать крупные телеграфные компании. После прихода в компанию Бориса Хагелина, Дамму удалось привлечь внимание четырёх наибольших телеграфных компаний, для работы с которыми Дамм переехал в Париж. Тогда же Дамм разработал шифровальную машину «Electrocrypto В-18» с упрощёнными роторами. Однако в 1927 году Дамм умер, до того, как его работы получили признание.
Безусловно, наибольший вклад в мировую криптологию среди шведских специалистов внёс Борис Цезарь Вильгельм Хагелин (1892–1983). Он родился на Кавказе, где некоторое время работал его отец, который был руководителем российского отделения нефтедобывающей компании Альфреда Нобеля, изобретателя динамита и основателя знаменитой Нобелевской премии. В течение нескольких лет Борис учился в Санкт-Петербурге, а затем поехал в Швецию, где в 1914 году закончил Королевский технологический институт в Стокгольме, получив диплом инженера-механика. Потом 6 лет работал в шведском филиале американской компании «General Electric», а впоследствии около года провёл в США на службе в компании «Standard Oil».
Борис проявлял тягу к изобретательству, увлекался техникой. В круг интересов молодого Хагелина входила и криптология. Последней он уделял повышенное внимание. В 1920 году Хагелин сумел создать первый в мире электромеханический шифратор. В нём были клавиатура и индикаторные лампы для набора и получения открытых и шифрованных текстов.
В 1921 году отец Бориса Цезарь Хагелин и племянник Альфреда Нобеля Эммануил устроили его в фирму «AB Cryptograph», основателем которой был Арвид Дамм, а Цезарь Хагелин и Эммануил Нобель были основными акционерами. Борис фактически представлял интересы главных акционеров предприятия. Войдя в фирму Дамма, он активно включился в работу относительно создания новых шифромашин с приемлемыми для потенциальных потребителей размерами, ценой и криптостойкостью.
Первым большим успехом Б.Хагелина стала модификация одного из дисковых шифраторов, разработанных Даммом. В 1925 году он узнал, что Генеральный штаб Швеции решил ознакомиться с немецким шифратором «Энигма». К этим шифромашинам внимание шведских вооруженных сил обратила одна немецкая компания, которая собиралась заняться их снабжениям в Швецию при условии одобрения устройства шведской стороной. Хагелин сообщил штабу, что фирма, в которой он работает, готова разработать и предложить более совершенную шифромашину шведского производства. Для выполнения этой работы военными было выделено 6 месяцев.
Изготовление опытного образца шифратора, который получил название «В-21», обошлось фирме «AB Cryptograph» в 500 шведских крон (приблизительно 110 долларов в то время). Дамм достаточно критически отнёсся к работе своего коллеги, а вот шведские военные остались довольны «В-21» и в 1926 году сделали большой заказ на её снабжение. Хагелин выиграл соревнование с «Энигмой», поэтому для неё путь в Швецию был закрыт. После смерти Дамма в начале 1927 года Б.Хагелин возглавил акционерную компанию, которая получила название «Криптотехника» (шв. AB Cryptoteknik).
Он сосредоточил свои усилия на создании шифраторов с возможностью печатания шифротекста. В «В-21», как и в шифраторе «Энигма», использовались электрические лампочки, которые светились, отмечая текущую зашифрованную букву при наборе буквы открытого текста на клавиатуре. Для стационарного использования была создана модификация «В-22», которая предусматривала возможность подключения к стандартным электромеханическим печатным машинкам, так что шифрованный и расшифрованный тексты автоматически распечатывались.
Однако шифровальное устройство, которое получилось в результате, оказалось слишком громоздким. Поэтому вскоре Хагелин решил объединить в одной машине и печатающий, и шифрующий механизмы.
Позже, в 1932 году Франция объявила конкурс на разработку шифратора для своей армии. Эта система должна была быть настолько компактной, чтобы помещаться в кармане армейской шинели и применяться непосредственно на поле боя. Кроме того, шифратор необходимо было обеспечить независимым печатающим устройством. Уже имеющиеся шифраторы не отвечали этим требованиям, поэтому Хагелин создал новое компактное устройство «В-211».
Роторы «В-211» отличались от роторов «Энигмы». Вместо 26 входов и 26 выходов (как в «Энигме») в «В-211» каждый ротор содержал 5 входных и 10 выходных контактов. Шифратор весил около 17 кг, работал со скоростью 200 знаков в минуту и размещался в деревянном футляре размером в большой портфель.
Начальное положение роторов и колёс было сеансовым ключом и определялось набором из 6 букв латинского текста: две первых буквы — для определения начальных угловых положений роторов, другие — для положений колёс. Процесс расшифровывания был обратным по отношению к процессу зашифрования. При этом специальная ручка на шифраторе переводилась в положение «расшифровывания».
Конечно, до «карманных размеров» было ещё далеко, но в первой половине 1930-х годов это был наиболее компактный печатающий шифратор, отвечавший потребностям французской армии того времени, поэтому был взят ею на вооружение.
В 1934 году французский генеральный штаб попросил Хагелина создать «карманную» шифромашину. Изобретателю удалось выполнить поручение — разработать компактный механический печатающий шифратор, пригодный для использования в полевых условиях, причем для работы с ним было достаточно одного человека. В итоге появился шифратор, названный «С-35».
Его механическую схему можно условно разделить на три блока: наборно-печатающий, блок вращающихся колёс и барабан с линейками. Наборно-печатающий блок позволял выставлять букву открытого текста и считывать её шифрованный эквивалент с возможностью печатания его на бумажную ленту.
Блок вращающихся колёс представлял собой 5 колёс с разным периодом вращения, который соответствовал количеству их угловых положений, обозначенных буквами латинского алфавита (без буквы W). После каждого такта шифрования все колёса сдвигались на одну позицию. В связи с тем, что периоды вращения колёс были попарно взаимно простыми числами, полный период вращения всех колёс равнялся:
17 х 19 х 21 х 23 х 25 = 3 900 225.
В октябре 1937 года французы одобрили шифромашину. Шесть экземпляров модифицированного шифратора, названного «С-36», были переданы шведским ВМС для испытаний. Фактически новинка пред<