Теперь, когда мы познакомились со всеми основными элементами машины «Энигма» Шербиуса, и, зная количество кабелей штепсельной коммутационной панели и количество возможных расположений и ориентации шифраторов, мы сможем определить число ключей.
Ниже перечислены все параметры машины и соответствующее число возможных состояний для каждого:
Ориентация шифраторов. Каждый из 3 шифраторов может быть установлен в одном из 26 положений. Таким образом всего имеется 26 x 26 x 26 начальных установок: 17 576
Расположения шифраторов. Три шифратора (1, 2 и 3) могут располагаться в любом порядке из указанных ниже шести возможных: 123, 132, 213, 231, 312, 321. 6
Штепсельная коммутационная панель. Количество возможных способов соединений, с помощью которых осуществляются перестановки букв
в шести парах из 26 букв, огромно: 100 391 791 500
Полное число ключей. Полное число ключей получается перемножением этих трех чисел:
17 576 x 6 x 100 391 791 500 ~ 10 000 000 000 000 000
Если и отправитель, и получатель заранее оговорили установку кабельных соединений на штепсельной коммутационной панели, порядок расположения шифраторов и их ориентацию — все эти параметры определяют ключ, — то они смогут без труда зашифровывать и расшифровывать сообщения. Однако противник, который не знает ключа, должен перебрать все ключи из 10 000 000 000 000 000 возможных, чтобы дешифровать перехваченный шифртекст. Но для выполнения такой работы упорному криптоаналитику, который сумел бы проверять один ключ за минуту, потребовалось бы времени больше, чем возраст Вселенной. (В действительности же, так как я не учитывал в этих подсчетах наличие колец, количество возможных ключей возрастет, а значит, для взлома «Энигмы» потребуется еще больше времени.)Поскольку, без сомнения, самый весомый вклад в увеличение числа ключей вносит штепсельная коммутационная панель, вас может удивить, отчего же Шербиус так беспокоился о шифраторах? Сама по себе эта панель не делает ничего, кроме как реализует одноалфавитный шифр замены, переставляя местами в парах всего лишь 12 букв. Проблема здесь заключается в том, что в процессе зашифровывания перестановка букв в парах остается неизменной, поэтому при использовании одной только этой панели получается шифртекст, который можно дешифровать с помощью частотного анализа. Шифраторы же обеспечивают создание меньшего числа ключей, но их расположение все время изменяется, что означает, что для получающегося шифртекста частотный анализ использовать не удастся.
Объединив шифраторы со штепсельной коммутационной панелью, Шербиус защитил свою машину от возможности применения частотного анализа и в то же время обеспечил создание огромного количества возможных ключей.
Рис 37. Артур Шербиус
Шербиус получил свой первый патент в 1918 году. Его шифровальная машина помещалась в компактном корпусе размером всего 34 x 28 x 15 см, но весила целых 12 кг. На рисунке 39 показана готовая к работе «Энигма» с открытой крышкой. Видна клавиатура, с которой вводятся буквы открытого текста, а над ней панель с лампочками, где высвечиваются получающиеся буквы шифртекста. Под клавиатурой находится штепсельная коммутационная панель; с помощью этой панели можно осуществлять перестановку букв в более чем шести парах букв, поскольку на этом рисунке изображена «Энигма» более поздней модификации по сравнению с той моделью, о которой рассказывалось в тексте. На рисунке 40 представлена «Энигма» со снятой внутренней крышкой; здесь можно рассмотреть внутреннее устройство машины, в частности видны три шифратора.
Рис. 39 Готовая к работе армейская «Энигма».
Рис. 40 «Энигма» со снятой внутренней крышкой; видны три шифратора.
Шербиус верил, что «Энигма» неприступна и что ее криптографическая стойкость породит высокий спрос на нее. Он пытался заинтересовать ею и вооруженные силы, и деловые круги, предлагая для каждого круга потенциальных пользователей различные модификации шифровальной машины. Предприятиям и компаниям он предлагал базовую модификацию «Энигмы», а министерству иностранных дел — роскошную модель с принтером вместо панели с лампочками. По нынешним ценам стоимость одной машины составляла 20 тысяч фунтов стерлингов.
К сожалению, высокая стоимость машины отпугивала возможных покупателей. Предприятия и компании заявляли, что они не в состоянии позволить себе приобрести «Энигму», однако Шербиус полагал, что они не смогут обойтись без нее. Он аргументировал это тем, что важное коммерческое сообщение, перехваченное конкурентами, может стоить компании состояния, но лишь несколько бизнесменов обратили на это внимание. Немецкие вооруженные силы также не проявили энтузиазма, забыв, какой ущерб был понесен в мировой войне из-за нестойких шифров. Так, они продолжали считать, что телеграмма Циммермана была выкрадена американскими шпионами в Мехико, и потому винили в этой неудаче службу безопасности Мексики. Они все еще не осознавали, что на самом деле телеграмма была перехвачена и дешифрована англичанами и что фиаско Циммермана являлось провалом немецкой криптографии.
Разочарование Шербиуса росло с каждым днем, и в этом он был не одинок. Три других изобретателя в трех других странах независимо и почти одновременно натолкнулись на идею шифровальной машины на основе вращающихся роторов. В 1919 году в Нидерландах Александр Кох получил патент № 10700, но он не сумел превратить свою роторную машину в финансовый успех и в конце концов продал этот патент в 1927 году. В Швеции подобный патент был выдан Арвиду Дамму, однако и он не смог найти покупателей вплоть до 1927 года, когда умер. В Америке изобретатель Эдвард Хеберн был — абсолютно уверен в своем изобретении, названном им «сфинксом радиосвязи», но и его постигла неудача, которая оказалась самой значительной изо всех.
В середине 20-х годов Хеберн начал строить завод по производству этих машин, вложив в это дело 380 000 долларов, но, к сожалению, это был период, когда настроение в Америке менялось от паранойи до открытости. В предыдущее десятилетие, после Первой мировой войны, правительство США создало американский «черный кабинет» — эффективно действующее бюро шифров, штат которого составляли двадцать криптоаналитиков под руководством яркой и выдающейся личности — Герберта Ярдли. Позднее Ярдли писал, что «черный кабинет, запрятанный за надежными засовами, невидимый, скрытый, все видит и все слышит. Хоть ставни здесь закрыты, а окна плотно занавешены, его зоркие глаза видят, что творится на секретных совещаниях в Вашингтоне, Токио, Лондоне, Париже, Женеве и Риме. Его чуткие уши улавливают самый слабый шепот в столицах иностранных государств всего мира».
За десять лет американский «черный кабинет» прочел 45 000 криптограмм, но к тому времени, как Хеберн построил свой завод, президентом был избран Герберт Гувер, стремящийся в международных делах проводить новую эру доверия. Он расформировал «черный кабинет», а его государственный секретарь Генри Стимсон заявил, что «джентльмены не должны читать чужую переписку». Если государство считает неправильным читать чужие сообщения, то оно также полагает, что и другие также не будут читать его собственные сообщения, и в этом случае не видно необходимости в придумывании шифровальных машин. Хеберн продал всего лишь двенадцать машин общей стоимостью примерно 1200 долларов, а в 1926 году он был привлечен к суду недовольными акционерами и признан виновным согласно Акту о ценных бумагах корпорации штата Калифорния.
Однако, к счастью для Шербиуса, благодаря двум британским документам немецкие вооруженные силы в конце концов были вынуждены признать ценность его «Энигмы». Первым документом явился «Мировой кризис» Уинстона Черчилля, опубликованный в 1923 году, в котором содержалось сенсационное сообщение о том, как Британия получила доступ к ценнейшим немецким криптографическим материалам:
В начале сентября 1914 года в Балтийском море был потоплен немецкий легкий крейсер «Магдебург». Несколькими часами позже русские моряки подобрали тело утонувшего немецкого унтер-офицера, к груди он крепко прижимал судорожно сжатыми после смерти руками шифровальные и сигнальные книги немецких военно-морских сил и точные карты Северного моря и Гельголандской бухты. 6 сентября русский военно-морской атташе пришел повидаться со мной. Он получил сообщение из Петрограда о том, что произошло и что русское Адмиралтейство с помощью этих шифровальных и сигнальных книг смогло дешифровать часть депеш немецкого флота. Русские посчитали, что и британскому Адмиралтейству следует иметь эти книги и карты. Если мы пошлем судно в Александров, то русские офицеры доставят их в Англию.
Эти материалы помогли криптоаналитикам из «Комнаты 40» регулярно вскрывать немецкие зашифрованные сообщения. В конце концов, спустя почти десятилетие, немцы осознали, что их средства связи не обеспечивают безопасность. Наряду а этим в 1923 году Британские королевские военно-морские силы обнародовали свою официальную историю Первой мировой войны, в которой еще раз был упомянут тот факт, что перехват и криптоанализ сообщений немцев дал союзникам явное преимущество.
Эти похвальные достижения британской разведывательной службы явились результатом некомпетентности тех, кто нес ответственность за обеспечение безопасности и кто потом вынужден был признать в своем докладе что «немецкое военно-морское командование, чьи радиосообщения были перехвачены и дешифрованы англичанами, играло, если можно так выразиться, открытыми картами против британского командования».
Немецкие вооруженные силы задались вопросом, как в дальнейшем избежать повторения криптографического фиаско Первой мировой войны, и пришли к выводу, что наилучшим решением станет использование «Энигмы». К 1925 году Шербиус наладил массовое производство шифровальных машин «Энигма», которые начали поступать в армию уже в следующем году, а впоследствии использовались правительством и государственными организациями и предприятиями, к примеру, железнодорожными службами. Эти машины отличались от тех машин, которые Шербиус ранее продавал для коммерческого применения, — в них у шифраторов внутренняя проводка была иной. Поэтому владельцы коммерческого варианта «Энигмы» доподлинно не знали о правительственной и армейской модификациях.