Советские шифры во Второй Мировой войне / Habr

Предисловие

С изобретением Александром Поповым радио, человечество вошло в эпоху, когда информация могла пройти огромные расстояния и дойти до получателя в считанные мгновения. Конечно, военная индустрия не обошла стороной эту инновацию. Использование этой технологии поставило два вопроса: "Как защитить свою информацию от противника?" и "Как получить доступ к чужой информации?". Моя статья посвящена ответам на эти вопросы, продемонстрированным во время Второй Мировой войны. Структурно, это статья - общий обзор на шифры советской стороны. Более подробную информацию вы сможете найти в конце публикации.

Шифр Рамзая

Для начала следует отметить, что советские шифры представляли собой так называемые "ручные шифры", разработка которых значительно опережала общемировой уровень развития криптографии в этой области. Данный вид шифров состоял из так называемого шахматного шифра, наложенного на иные способы тайнописи.

Шифр Рихарда Зорге, руководителя японской резидентуры ГРУ "Рамзай", ��сть типичный образец действующих шифросистем всех советских спецслужб. Телеграммы в Москву Зорге составлялись преимущественно на английском языке, потому в качестве ключа построения шахматного шифра использовалось слово SUBWAY. Ключ выписывался в верхней строке квадратной таблицы. А в оставшиеся клетки по порядку проставлялись буквы английского алфавита, не вошедшие в ключ. Тогда для ключа SUBWAY мы имеем следующую таблицу:

S	U	B	W	A	Y
C	D	E	F	G	H
I	J	K	L	M	N
O	P	Q	R	T	V
X	Z	.	/

Точка и слеш необходимы для обозначения разделения слов или перехода на цифровой текст.

Таблица использовалась только для перевода символов в цифровые обозначения. В качестве второго шага построения шифра Зорге использовал анаграмму ASINTOER ( a sin to err - грех в заблуждении) в которую входили наиболее часто встречающиеся символы в английской речи. Для этого он нумеровал входящие в анаграмму буквы в таблице по порядку сверху вниз и получал новую таблицу.

S = 0	U	B	W	A = 5	Y
C	D	E = 3	F	G	H
I = 1	J	K	L	M	N = 7
O = 2	P	Q	R = 4	T = 6	V
X	Z	.	/

В итоге получалась следующий шифр, который и является шифром Рамзая:

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
-	S	I	O	E	R	A	T	N	-	-
8	C	X	U	D	J	P	Z	B	K	Q
9	.	W	F	L	/	G	M	Y	H	V

В верхней строке мы видим наиболее часто встречающиеся в английском языке буквы, которым даны цифровые обозначения от 0 до 7. В две оставшиеся строки выписаны по порядку остальные буквы из таблицы SUBWAY. Они получают обозначения в виде двоичных чисел от 80 до 99. Как видно, в верхней строке конечные клетки под номерами 8 и 9 пустые. Эти цифры становятся номерами строк в ключевой таблице. Таким образом, здесь мы имеем воплощение идеи так называемого пропорционального шифра, позволяющее резко уменьшить количество входящих в шифрограмму знаков.

В качестве примера приведем шифрование следующей телеграммы на немецком языке: "DAL. DER SOWJETISCHEFERNE OSTEN KANN ALS SICHER VOR EINEM ANGRIFF JAPANS ERACHTET WERDEN. RAMSAY" (DAL. Советский Дальний Восток может не опасаться нападения Японии. Рамзай.). DAL - так называемый обратный адрес, который должны были отправлять в каждой радиограмме. В данном случае DAL - дальний восток.

Воспользуемся конечной таблицей для зашифровки сообщения и получаем:

DAL	.DE	R/SO	WJE	TISC	HE/	FERN
83593	90833	49402	91843	61080	98394	92347
E/OS	TEN/	KANN	/AL	S/SI	CHE	R/V
39420	63794	88577	94593	09401	80983	49499
OR/E	INEM	/ANG	RIF	F/J	APA	NS/E
24943	17396	94579	54192	92948	45855	70943
RACH	TET/	WER	DEN.	RAM	SAY	.
45809	86369	49134	83379	04596	05979	0

Шифротекст разведчики разбивали на пятизначные группы, последние цифры криптограммы или дополняли до полной «пятёрки» нулями, или просто удаляли.

М-100 "Спектр"

Теоретическую основу шифровальной техники в СССР заложил инженер И.П.Волосок в 1930 году. Впоследствии он стал ведущим конструктором отечественной шифротехники довоенного и послевоенного периодов. Им был предложен принцип наложения случайной последовательности знаков на комбинацию знаков открытого текста.

Данный способ шифрования также называется аддитивным шифром. В нем используется сложение по модулю исходного текста с гаммой, представленных в численном виде. Для современного шифрования можно пользоваться кодировками, такими как ASCII или UTF-8. Гамма же либо выбирается заранее, либо генерируется при помощи регистра сдвига.

Для примера работы алгоритма приведем процесс шифрования следующего короткого сообщения: 1я белорусская армия

Используя следующую гамму: ХОЛМ

А в качестве кодировки воспользуемся следующей таблицей:

А	Б	В	Г	Д	Е	Ё	Ж	З	И	Й
00	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10
К	Л	М	Н	О	П	Р	С	Т	У	Ф
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21
Х	Ц	Ч	Ш	Щ	Ъ	Ы	Ь	Э	Ю	Я
22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	/
33	34	35	36	37	38	39	40	41	42	43

Для удобства составим таблицу из 3 строк. Первая строка заполнена символами открытого текста, вторая - гамма, повторяющаяся до длины первой строки, последняя - шифротекст, полученный в результате сложения по модулю размерности алфавита.

В результате имеем: "кгкнъъъэ 1эшхдкм8ыфв" , что фактически нечитабельно, к тому же видно что данное шифрование нелинейно, т.к. 4, 5 и 6 символы в шифротексте представлены одинаковыми символами.

На основе данного алгоритма была сконструирована ШМВ-1 в 1932 году. Позже, в связи с ненадежностью, была сконструирована В-4.

В 1939 году В.М.Шарыгиным была проведена модернизация шифра В-4. Новые машины получила название М-100 "Спектр" и производилась параллельно с В-4. Сама М-100 состояла из 3 основных узлов - клавиатуры с контактными группами, лентопротяжного механизма с трансмиттером и приспособления, устанавливаемого на клавиатуру пишущей машинки, и 7 дополнительных блоков. Главным его недостатком был вес - 141 кг. тем не менее он выпускался с 1938 года.

Впервые данное оборудование было применено во время гражданской войны в Испании (1936 - 1939) и во время советско-финской войны (1939 - 1940). Шифрованная связь в этих военных конфликтах осуществлялась в звене Генеральный штаб - Штаб армии. Боевой опыт осуществления скрытого управления войсками показал, что для успешного применения машинного шифрования необходима обособленная работа шифровальных органов РККА (Рабоче-Крестьянская Красная Армия). Кроме того, было необходимо обеспечить конспирацию в работе шифровальщиков и их достаточную мобильность.

Для этих целей в 1939 году в США были закуплены 100 автобусов "студебекер" и переоборудованы под спецаппараты-шифроорганы. Стало возможно производить работу по приему и отправке зашифрованных сообщений не только во время остановки, но и во время движения колонн.

К-37 "Кристалл"

Как альтернатива М-100, в 1939 году под руководством Н.В.Рытова была создана новая шифровальная машина K-37, основанная на алгоритме полиалфавитного шифрования.

Полиалфавитный шифр - циклическое применение нескольких моноалфавитных шифров к определенному числу букв открытого текста. Пусть мы имеем последовательность символов а[1], а[2], ... , а[2n], а также n моноалфавитных шифров. Принцип работы прост: для каждого символа с номером от 1 до N включительно, применяется шифр с соответствующим номером, начиная с N + 1, шифры применяются повторно в той же последовательности.

Важное преимущество такого шифра - маскировка частот проявления букв в открытом тексте.

По сравнению с М-100, К-37 весил всего 19 кг, что повысило мобильность штабов. В 1939 году эта машина поступила в серийное производство. К 1940 году было выпущено 150 комплектов К-37 и 96 комплектов М-100. Эта техника позволила в 5-6 раз повысить скорость обработки шифротелеграмм.

В первый год Отечественной войны немецкими войсками был захвачен образец «К-37» и оценен специалистами, как крайне примитивный. О потере машины было известно советскому командованию, и в дальнейшем она на Западном фронте не использовалась. Шифровальная машина применялась на Дальнем Востоке до 1945 года, а в 1947 году была снята с вооружения.

ВЧ-связь

"ЕС"

Помимо телеграфных сообщений, как способ передачи информации на фронте и в тылу, использовалось телефонирование. Его также было необходимо шифровать.

В 1930 году были сданы в эксплуатацию первые линии междугородной правительственной высокочастотной связи (ВЧ-связь) Москва - Ленинград и Москва - Харьков. К началу Великой Отечественной войны ВЧ-связь была организована между Москвой и большинством столиц союзных республик, многими областными центрами, военными округами.

Сама технология ВЧ-связи, без применения аппаратов шифрования, могла защитить только от прямого прослушивания. Дело в том, что по проводам передавался ток высокой частоты, модулированный звуковым сигналом от мембраны телефона.Такой сигнал не воспринимается человеческим ухом без соответствующего оборудования. А вот если его пропустить через демодулятор, то разговор восстанавливается.

В связи с этим в 1935 - 1936 годах на заводе "Красная заря" было создано устройство автоматического засекречивания телефонных переговоров - инвертор "ЕС", и налажен его выпуск для каналов телефонной высокочастотной связи. Через год был налажен выпуск шифратора "ЕС-2", которая подключалась непосредственно к аппаратуре ВЧ-связи. К 1940 году завод выпустил 262 аппарата., в основном с инверсией спектра.

Устройства типа "ЕС" успешно использовались для организации ВЧ-связи практически на всем протяжении Великой Отечественной войны и позже.

С-1 "Соболь" и "Соболь-П"

Наряду с производством "ЕС", в 1938 году В.А. Котельникову было поручено решение важной задачи - создание шифратора для засекречивания речевых сигналов с повышенной стойкостью к дешифрированию. Во второй половине того же года была завершена разработка и проведены испытания аппаратуры сложного засекречивания С-1. В данной аппаратуре уже использовалась система временных и частотных перестановок.

Выпущенный же в 1942 году "Соболь-П" помимо перестановок использовал шифратор - термографическую ленту со случайно нанесенными перфорациями. Команда Котельникова уже спустя три месяца после начала войны приступила к первичным испытаниям отдельных компонентов «Соболя-П»: узла частотных перестановок с инверсией спектра, узла временных перестановок, узла шифратора на базе трансмиттера и пятистрочной перфорированной телеграфной ленты.

Источники

Д.А. Ларин. Советская шифровальная служба в годы войны
А.В. Синельников. Шифры советской разведки
Вадим Гребенников. Криптология и секретная связь. Сделано в СССР.