Американская криптология. История спецсвязи

Гребенников Вадим Викторович

В современном понимании он использовал шифр пропорциональной замены, в котором количество возможных шифробозначений пропорционально частоте повторяемости букв в открытом тексте. При использовании такого шифра знаки зашифрованного текста появлялись приблизительно с одинаковой частотой. Разработав собственный шифр пропорциональной замены, Франклин воспроизвёл идею шифра, предложенного Габриэлем де Лавинда ещё в XV веке.

К сожалению для американцев, один из помощников Франклина – генеральный секретарь американской миссии во Франции Эдуард Банкрофт (Edward Bancroft) – был английским шпионом. В результате Франклин часто отправлял в Америку дезинформацию, предоставленную ему Банкрофтом. Другой

помощник Франклина, Артур Ли (Arthur Lee), пользовался своеобразным книжным шифром. Открытый текст шифровался не по буквам, а по словам. Ключом шифра был заранее выбранный словарь, а все слова заменялись на соответствующие номера страниц и слов на странице. Однако этот шифр оказался достаточно неудобным в применении.

В 1779 году конгрессмен и офицер континентальной армии Бенджамин Толмадж (Benjamin Tallmadge) (1754–1835) разработал для связи с Вашингтоном номенклатор, который состоял из одного раздела и 760 элементов. Для этого он использовал наиболее употребляемые слова из «Нового орфографического словаря» Джона Энтика (John Entick). Выписав в столбец выбранные слова, Толмадж присвоил каждому из них определённое число, а географические названия и имена людей поместил в отдельный раздел. Слова в номенклаторе были расположены в буквенно-цифровой последовательности, а кроме того, номенклатор содержал также перемешанный алфавит для кодирования слов и чисел, не вошедших в список.

В 1781 году Секретарь иностранных дел США Роберт Ливингстон (Robert Livingston) (1746–1813) разработал номенклатор, который содержал упорядоченную по алфавиту группу слов и слогов на одной стороне и числа от 1 до 1700 на другой. Воспользовавшись системой Ливингстона, будущие госсекретарь и президент США Томас Джефферсон (Thomas Jefferson) (1743–1826) и Джеймс Мэдисон (James Madison) (1751–1836) разработали свою собственную систему защиты переписки. Она оказалась удобнее, поскольку позволяла вставлять буквы или числа в открытый текст при любых выбранных отправителем и адресатом кодовых комбинациях.

Кроме того, Мэдисон как член вирджинской делегации на Континентальном конгрессе пользовался номенклатором, состоявшим приблизительно из 846 элементов, чтобы отправлять частные письма губернатору штата Вирджиния Бенджамину Гарисону (Benjamin Harrison). Его система состояла из перечня чисел, букв, слогов и географических названий, таких как Вена и т. п.

С 1801 года Мэдисон, состоя в должности госсекретаря США, для переписки с Ливингстоном, который в то время был послом во Франции, пользовался номенклатором, состоявшим из 1700 элементов. С 1803 года Мэдисон переписывался со своими представителями Ливингстоном и Джеймсом Монро (James Monroe) уже новым кодом, получившим название «шифр Монро». Хотя эта система была названа шифром, она имела все свойства номенклатора, 1600 элементов которого были расположены в алфавитном порядке.

В 1790-х годах американская криптология обогатилась замечательным изобретением. Его автором был государственный деятель, первый госсекретарь, а затем и президент США Томас Джефферсон (Thomas Jefferson). Свою систему шифрования он назвал «дисковым шифром». Этот шифр реализовывался с помощью специального устройства, впоследствии названным «шифратором Джефферсона». Конструкция шифратора может быть кратко описана таким образом.

Деревянный цилиндр разрезался на 36 дисков (в принципе, общее количество дисков может быть и другим). Эти диски насаживались на одну общую ось так, чтобы они могли независимо вращаться на ней. На окружности каждого из дисков выписывались все буквы английского алфавита в произвольном порядке. Порядок следования букв на разных дисках был различным. На поверхности цилиндра выделялась линия, параллельная его оси.

При

шифровании открытый текст разбивался на группы по 36 знаков, затем первая буква группы фиксировалась положением первого диска по выделенной линии, вторая – положением второго диска и т. д. Шифрованный текст получался путём считывания последовательности букв по любой параллельно выделенной линии.

Обратный процесс осуществлялся на аналогичном шифраторе: полученный шифротекст выписывался путём поворота дисков по выделенной линии, а открытый текст отыскивался среди параллельных ей линий путём прочтения возможного осмысленного варианта. Хотя теоретически этот метод позволял допустить появление разных вариантов открытого сообщения, но как показал накопленный к тому времени опыт, это было маловероятно: осмысленный текст читался только по одной из возможных линий.

Шифратор Джефферсона реализовывал ранее известный шифр многоалфавитной замены. Частями его ключа был порядок расположения букв на каждом диске и порядок расположения этих дисков на общей оси. Общее количество ключей было огромным.

Это изобретение стало предвестником появления так называемых дисковых шифраторов, которые нашли широкое применение в развитых странах в XX веке. Шифратор «М-94», который был аналогичен шифратору Джефферсона, использовался в армии США во время Второй Мировой войны. Однако при жизни Джефферсона судьба его изобретения сложилась неудачно.

Будучи госсекретарём, сам Джефферсон продолжал использовать традиционные коды (номенклаторы) и шифры Виженера. Он очень осторожно относился к своему изобретению и считал, что его нужно обстоятельно проанализировать. С этой целью он длительное время поддерживал связь с математиком Робертом Паттерсоном (Robert Patterson).

В результате обмена информацией Паттерсон предложил свой собственный шифр, который, по его мнению, был надёжнее, чем шифр Джефферсона. Он представлял собой шифр вертикальной перестановки с введением «пустышек». По своей стойкости он значительно уступал шифру Джефферсона, тем не менее тот принял доводы своего оппонента и признал его шифр более приемлимым для использования. Таким образом, Джефферсон сам не оценил всю значимость своего собственного изобретения.

В 1817 году полковник американской армии, начальник артиллерийско-технической службы армии США Джеймс Уодсворт (James Wadsworth) также предложил свой механический шифратор. Основными элементами устройства были два шифровальных диска. По окружности первого из них (верхнего), реализовывавшего алфавит открытого текста, по алфавиту были расположены 26 букв английского алфавита. На втором (нижнем) диске с алфавитом шифротекста в произвольном порядке располагались эти же буквы и цифры от 2 до 8. Таким образом, он содержал 33 знака. Буквы на диске были съёмными, что позволяло изменять алфавит шифротекста. Диски были соединены между собой шестерёнчатой передачей с количеством зубцов 26х33.

При вращении первого диска (с помощью кнопки) на один шаг второй диск вращался также на один шаг в другую сторону. Поскольку числа 26 и 33 были взаимно простыми, то при пошаговом вращении первого диска оба диска возвращались в изначальное состояние через 26х33=858 шагов. Диск открытого текста вращался только в одну сторону. Диски содержались в футляре, в котором были прорезаны окна.

С помощью специальной кнопки шестерни разъединялись, что позволяло независимо друг от друга возвращать диски в изначальное для шифрования положение (с помощью дополнительных кнопок). Долгосрочным ключом был алфавит шифротекста (их количество было 33), а разовый ключ состоял из двух букв (верхнего и нижнего диска) и устанавливался в окнах при независимом повороте дисков. Количество разовых ключей было: 26х33=858.