Во время Второй мировой войны все воюющие страны затрачивали огромные усилия, направленные на шифровку собственных радиограмм и дешифровку вражеских. Одним из основных способов шифровки является замена одних букв другими. Например, не мудрствуя лукаво, можно вместо буквы «А» писать «Б», вместо «Б» — «В» и так далее до «Я», которую надо заменить буквой «А». Конечно, такой шифр сможет разгадать любой пятиклассник. Однако, если использовать случайный выбор заменяемой буквы, то процесс расшифровки существенно усложнится.
Вспомним известный рассказ Эдгара По «Золотой жук». Его главный герой, Вильям Легран, нашел клочок пергамента, на котором имелась шифрованное послание пиратов о месте хранения сокровищ. Вместо букв в записке употреблялись цифры и значки, цифра 8 использовалась 34 раза, точка с запятой — 27 раз, скобка — 16 раз. Пытаясь расшифровать сообщение, Легран учел, что наиболее употребляемой буквой в английском языке является «Е», за ней следуют «А», «О», «I», «Н». Следовательно, можно было предположить, что цифра 8 — это и есть буква «Е». А далее, используя указанный принцип и еще некоторые лингвистические особенности английского языка, Легран успешно расшифровал послание пиратов и завладел традиционным сундуком с золотом.
Здесь следует подчеркнуть, что для такой расшифровки длина текста должна быть достаточно большой. В коротком сообщении статистические особенности языка могут не проявиться. К примеру, зашифровав описанным в начале статьи «детским» способом одно весьма распространенное послание из пяти букв, мы получим «МЯВМЯ». Герой Эдгара По, используя свой метод частоты букв, вряд ли бы догадался, что это мяукающее послание означает «ЛЮБЛЮ». Ведь буква «Л» употребляется не слишком часто, а буква «Ю» — еще реже.
Однако любовное послание нетрудно зашифровать и похитрее. Можно условиться, что к номеру каждой буквы вашего сообщения вы будете добавлять номер буквы из определенного, заранее выбранного текста.
Предположим, что таким текстом является ХVII глава III части 1-го тома «Войны и мира». Вот начало указанной главы: «Князь Андрей верхом остановился на батарее, глядя на дым орудия, из которого вылетело ядро...» А теперь еще раз зашифруем этим способом наше «ЛЮБЛЮ».
Номера букв указанного слова будут 12,31,2,12,31. Аналогично номера букв, составляющих слово «князь», дадут 11,14,32,8,29. Тогда номером первой буквы зашифрованного текста должен быть 23 (12 + 11), второй — 45 (31 + 14), третьей — 34, четвертой — 20 и пятой — 60.
С первой все ясно — двадцать третья буква это «Ц». А как быть с 45-й? Да очень просто — пройдя все 32 буквы алфавита, продолжим счет. В этом случае сорок пятой окажется буква «М». Используя этот нехитрый прием, найдем, что третью букву сообщения надо выразить знаком «Б», четвертую — «У» и пятую — «Ы». В результате вместо трепетного «ЛЮБЛЮ» получится нечто непроизносимое — «ЦМБУЫ». Но зато ваше послание не поймет никто, кроме любимой женщины. Да и то лишь с помощью второго экземпляра «Войны и мира».
Вашей милой придется попотеть, чтобы воспроизвести исходный текст. Из каждой буквы шифровки надо вычесть соответствующую букву ХУII главы романа. Но если уж она это проделает, то в глубине ответного чувства можно будет не сомневаться.
А теперь от шуточек перейдем к серьезным вещам, от которых в годы войны могли зависеть тысячи и тысячи жизней.
Из приведенных выше примеров ясно, что желательно иметь возможность автоматического кодирования и декодирования сообщений. Такие попытки осуществлялись неоднократно. Еще в 1919 году Хьюго Кох запатентовал шифровальную машину. Патент был приобретен немецким инженером Артуром Шербиусом, который в 1923 году выпустил первую партию шифровальных машин. Назывались они «Энигма» (греческое слово, означающее «загадка».) Машины были достаточно простыми и использовались для шифровки секретных коммерческих сообщений. Вскоре одна из таких машин была приобретена военным ведомством Германии, и после значительного усовершенствования стала широко применяться в вооруженных силах.
«Энигма» по размеру и внешнему виду напоминала пишущую машинку. На ее передней панели располагались 26 клавишей (по числу букв латинского алфавита). Здесь же находились и 26 отверстий, в одном из которых загоралась лампочка при кодировании какой-либо буквы. Принцип кодирования заключался в уже известной нам замене букв шифруемого текста другими буквами. Однако буквы исходного текста и шифровки не имели между собой постоянной связи, в чем и заключалась важнейшая особенность «Энигмы».
Машина состояла из трех вращающихся барабанов, на каждом из которых помещалось 26 букв, причем они были и в левой, и в правой части барабана. Указанные буквы были соединены определенным образом проводниками. Кроме того, проводники соединяли первый барабан со вторым, а второй — с третьим.
Рассмотрим очень упрощенно процесс шифрования. При нажатии какой-либо буквы клавиатуры, например, «А», ток протекал к соединенной с ней другой букве, скажем «Л». Затем ток поступал на второй барабан, допустим, к букве «Т», от нее к «X», потом на третий барабан к «В» и далее к «У». В результате при нажатии клавиши «А» загоралась лампочка в окошке «У». Ее-то и следовало записать в шифровку вместо «А». При следующем нажатии на какую-либо клавишу первый барабан сдвигался на одну позицию, и кодировка любой буквы изменялась.
После 26 смещений первого барабана смещался на одну позицию и второй барабан. Аналогично после 26 смещений второго смещался и третий. А всего три барабана обеспечивали 17576 (двадцать шесть в кубе) отличающихся друг от друга положений. Таким образом, каждая последующая буква шифровалась по-новому, что и являлось главным достоинством «Энигмы».
Чтобы прочесть послание, адресат должен был иметь такую же «Энигму», но включенную на дешифровку. Теперь уже при нажатии клавиши «У» загорелась бы лампочка, соответствующая букве «А», которую и следовало записать в качестве первой буквы расшифрованного сообщения. Однако надо иметь в виду, что правильная дешифровка текста произойдет только в том случае, если исходные положения всех трех барабанов первой и второй «Энигмы» будут совпадать. Указанные исходные положения, одинаковые для целой группы машин, задавались специальными шифровальными таблицами и менялись каждый день (а в разгар войны — даже трижды в сутки). Всего в гитлеровской армии использовались десятки тысяч машин «Энигма», кодированные сообщения которых вермахт считал не поддающимися расшифровке.
Но немцы переоценивали свою «Загадку». Начиная еще с 1932 года польское Бюро шифров усиленно занималось «Энигмой». Блестящие математики Мариан Раевский и Ежи Рожицкий обрабатывали многие сотни немецких радиограмм, перехваченных польской разведкой. Помог им и польский шпион Ганс Шмидт, служивший в Берлине в отделе шифров немецкой армии. Переданные им рабочие инструкции и шифровальные таблицы «Энигмы» существенно облегчили польским специалистам разгадку электрической схемы машины. А, определив схему, поляки смогли построить и несколько копий «Энигмы».
В 1939 году, всего за две недели до начала Второй мировой войны, поляки передали по одной машине своим британским и французским союзникам. Вскоре немцы оккупировали Польшу. Многие сотрудники Бюро шифров были арестованы и уничтожены. Однако ни один из них не проговорился, что тайна немецкой «Энигмы» разгадана.
Работа была продолжена в Великобритании. Специальная служба «Игрек» и большое число радистов-добровольцев перехватывали немецкие радиограммы и передавали их в Правительственный центр связи. Под этим скромным названием скрывалась мощная организация, в которой работало около десяти тысяч человек.
Скорость расшифровки немецких документов колебалась от нескольких минут до десятков часов. Естественно, что в условиях войны расшифровка какого-нибудь приказа через сутки зачастую теряла смысл — удар уже мог быть нанесен. Для ускорения результата англичане использовали любые методы и ухищрения — от сложных математических теорий до учета индивидуальных привычек конкретных немецких шифровальщиков использовать определенные три буквы в начале сообщения. Именно в этих буквах и было зашифровано начальное положение трех барабанов «Энигмы». Нередко разгадку ускоряла предполагаемая подпись, возможное заглавие документа или его вводная фраза.
В ходе войны немцы усовершенствовали свою шифровальную машину, увеличив количество барабанов до четырех. Это значительно усложнило процесс дешифровки, но работа продолжалась днем и ночью.
В мае 1941 года англичанам очень повезло — удалось захватить подводную лодку U-110 вместе с ее «Энигмой». Это позволило значительно поднять эффективность борьбы с немецкими подлодками в Атлантике.
В 1943 году был построен весьма примитивный по нынешним меркам компьютер «Колосс», который анализировал буквы шифрограмм со скоростью 5 тыс. знаков в секунду. Темпы расшифровки увеличились, ее результаты стали регулярно сообщаться высшему командному составу Великобритании, Америки, а в некоторых случаях и России. При этом, чтобы не спугнуть немцев, делался вид, что информация получена секретными агентами.
Иногда недооценка расшифрованных данных приводила к тяжелым потерям. Например, был уничтожен воздушный десант союзников в Арнеме, поскольку командование не приняло во внимание расшифрованную радиограмму, говорившую о наличии в этом районе двух танковых дивизий противника.
Особенно большую роль перехват шифрограмм сыграл в Северной Африке, в Италии и, конечно, при высадке во Франции в 1944 году. Союзники вовремя узнавали о расположении, численности и перемещениях войск противника, что позволяло им выполнять боевые задачи с максимальной эффективностью и минимальными потерями.
Но не следует забывать, что за всеми этими успехами скрывались многолетние самоотверженные усилия целой армии математиков, лингвистов, радистов и прочих тружеников незримого фронта.