«Загадка» Черчілля

«Ультра» — це те, чим ми виграли війну.

«Ультра» внесла вирішальний вклад у перемогу.

Хто попереджений (інакше кажучи, поінформований) — той озброєний. Про справедливість цієї істини давно відомо військовим, політикам та фінансистам. Свої секрети завжди прагнули зробити недоступними для противника або конкурента і, зі свого боку, дуже хотіли проникнути в його таємниці. Проблема збереження таємниці військової й політичної інформації завжди стояла гостро.

Юлій Цезар був генієм від політики й військової справи до реформування календаря. Йому ж належала ідея не лише шифрування своїх листів і наказів, а й певної механізації цього трудомісткого процесу. Адже чинник часу на війні часто є визначальним. Яка користь від наказу, якщо на його складання, шифрування, доставку за призначенням і дешифрування знадобиться стільки часу, що користі від нього вже немає жодної. Юлій Цезар придумав шифр, заснований на зсуві латинського алфавіту. Наприклад, літера а шифрувалася зсувом на п'ять позицій — літерою f. Сам по собі такий шифр досить примітивний, і до нього легко підшукати ключа. Однак його стійкість різко зростає, якщо крок зсуву зробити змінним. Шифрування (і дешифрування) здійснювалися за допомогою дерев'яного конуса, на який намотувався шматок білої матерії з написаними літерами. З огляду на те, що від основи до вершини конуса радіус окружностей перетинів зменшується, вони й забезпечували зміну зсуву літер алфавіту. Незважаючи на відому примітивність такого методу транспозиції, противники римського імператора так і не зуміли розкрити його шифролистування. Математику знали погано й не дуже до цього прагнули. Сам же божественний Юлій цю грецьку науку, як і його царствена подруга Клеопатра, знав непогано.

Взагалі історія криптографії — це такий захоплюючий роман, що перед ним, на нашу думку, бліднуть славнозвісні твори Дена Брауна. Ми ж зупинимося на одному епізоді Другої світової війни, пов'язаному з протистоянням криптографічних служб гітлерівської Німеччини та Великої Британії.

На початку листопада 1940 р. перед Вінстоном Черчіллем стояло дуже складне завдання. У ході операції «Ультра» були отримані цілком достовірні дані, що люфтваффе готує через два тижні операцію, яку назвали «актом залякування». Передбачався масований наліт на центр британського авіабудування, місто Ковентрі. У ньому брали участь 437 літаків, які скинули на місто 56 т запалювальних бомб, 394 т фугасних і 127 парашутних мін. Загинули понад 2 тис. людей, із них 808 лежать у братській могилі цвинтаря на Лондон-Роуд, зруйновані системи електро-, водо- і газопостачання. Полум'я здійнялося на 30 м у небо, а відсвіти пожежі було видно на відстані 150 миль. Хоч авіазаводи постраждали менше, ніж передбачалося, але на кілька місяців випуск літаків в Англії впав на 20%. Німці втратили лише один літак. Гітлер, якого надихнув успіх операції, пообіцяв «ковентрувати» й інші англійські міста. Цього в нього не вийшло. У наступному нальоті на Бірмінгем англійські льотчики влаштували ворогові гідну зустріч. Втрати німецької авіації були такі великі, що розлючений Гітлер заборонив масовані нальоти на Британію. І лише Ковентрі був винятком. Особливо руйнівними були нальоти 8 і 10 квітня 1941 р. Так завершилася «битва за Британію».

Про те, що трагедії Ковентрі можна було уникнути, тривалий час знало дуже обмежене коло осіб. Цілком можна було розпочати дії для захисту міста і його населення: посилити протиповітряну оборону, евакуювати жителів тощо. Однак ці заходи могли насторожити німецьку агентуру, і в гітлерівських штабах, без сумніву, спробували б виявити канал витоку інформації про наліт. І надсекретна операція «Ультра» на цьому й закінчилася б. Трагічне рішення про невжиття заходів із захисту міста прийняв особисто прем'єр-міністр Об'єднаного Королівства. Президент США Рузвельт писав Черчіллю: «War is forcing us more and more to play God. I don't know what I should have done... — Війна змушує всіх нас частіше діяти, як Бог. Не знаю, як би я вчинив...». Німці так і не дізналися про те, що їхні шифри відомі противникові.

Операція «Ультра» — дешифрування англійцями німецького шифратора «Енігма» в роки Другої світової війни — тривалий час залишалася великим секретом. Навіть у 1970-х рр. багато її учасників вкрай неохоче ділилися спогадами про неї. І лише наприкінці минулого століття багато документів про неї були розсекречені.

«Енігма» у перекладі з грецької означає «загадка, таємниця». Протягом Другої світової війни це був найпоширеніший шифратор, що використовувався в Німеччині, Італії та Японії та в нейтральній Швейцарії. Базуючись на шифрувальному диску, створеному голландцем Хуго Кохом, «Енігму» розробив німецький інженер Артур Шербвус, який запатентував свій винахід 18 лютого 1918 р. 1923 р. він презентував апарат на з'їзді Міжнародного поштового союзу. Але покупців відлякувала надто висока ціна. Англійські шифрувальники ознайомилися з устроєм «Енігми» у червні 1924 р. Німецька компанія Chiffrier-maschinen AG, яка виробляла цей шифратор, запропонувала його британському уряду за досить високою на той час ціною — близько 0 за штуку. У відповідь уряд Великої Британії запропонував німцям зареєструвати апарат у Британському патентному бюро. Німецька компанія погодилася й надала в бюро повну документацію з описом роботи шифратора. Починаючи з 1926 р. ним після певної модифікації стали оснащуватися збройні сили і спецслужби Німеччини. До квітня 1945 р. було випущено близько двохсот тисяч апаратів. Вони застосовувалися в усіх видах німецьких збройних сил, у абвері та у службі безпеки.

«Енігма» була електромеханічним пристроєм, що складався з кількох (в останніх моделях — п'яти) обертових на одній осі барабанів-дисків. На кожній стороні диска по окружності було двадцять шість електричних контактів — за кількістю літер у латинському алфавіті. Контакти з обох сторін випадковим чином з'єднувалися всередині диска, формуючи заміну символів. Диски складалися разом, і їхні контакти, торкаючись один одного, забезпечували проходження електричних імпульсів крізь весь набір дисків на реєструвальний пристрій. На бічній поверхні дисків було нанесено алфавіт. Перед початком роботи диски повертали у вихідне положення (за термінологією англійських криптографів — у стан) таким чином, щоб встановилося кодове слово.

У момент натискання клавіші відбувалося шифрування знака відкритого тексту. При цьому електричний імпульс надходив із клавіатури і проходив крізь систему дисків, після чого лівий диск повертався на один крок. Рух дисків відбувався як у лічильнику електроенергії або в арифмометрі. Після того, як перший диск робив повний оберт, на один крок повертався другий диск. Після повного повороту другого диска зсувався на один крок третій тощо.

Після проходження крізь усі диски електричний сигнал надходив на рефлектор. За його допомогою сигнал ішов назад через диски, але вже іншим шляхом. Сигнал, що виходив із системи дисків, надходив на лампочку-індикатор або друкувальний пристрій. «Енігма» була розміром із друкарську машинку, працювала від батареї, мала дерев'яний футляр. Для роботи в польових умовах це було дуже зручно. Шифрування й дешифрування здійснювалися швидко, як зараз сказали б, у режимі реального часу. При цьому початкові налаштування здійснював не оператор, а уповноважений офіцер. Людський фактор зменшувався до мінімуму.

Цілком виключалися втрати, пов'язані із застосуванням таблиць сигналів, шифр-блокнотів, журналів перекодування та інших компонентів криптографії, що вимагають довгих годин копіткої роботи та пов'язаних із майже неминучими помилками. Саме тому німецьке командування увірувало в абсолютну стійкість шифру і практично всю війну не приділяло збереженню його в секреті достатньої уваги. За що й поплатилося.

Польська криптографічна служба була утворена одразу ж після проголошення незалежності країни. Під час радянсько-польської війни поляки перехоплювали й дешифрували радянські військові та дипломатичні повідомлення. Так, 2-й відділ польського Генерального штабу на піку конфлікту в серпні 1920 р. дешифрував 410 секретних телеграм, підписаних Троцьким, Тухачевським, Гаєм та Якіром. Під час наступу Червоної армії на Варшаву поляки організували псевдовузол зв'язку, за допомогою якого їм вдалося змусити армію Тухачевського відступити до Житомира, що мало для Червоної армії катастрофічні наслідки.

Із 1926 року польські радіорозвідники почали перехоплювати німецькі повідомлення, зашифровані новим невідомим їм шифратором — «Енігмою». У 1928—1929 рр. у Познані було організовано курси з вивчення криптографії для студентів-математиків зі знанням німецької мови. У Познанському університеті прочитав курс лекцій з криптології начальник «німецького» відділу шифрбюро міністерства оборони Польщі лейтенант Максиміліан Ченжський. Серед його слухачів були Маріан Режевський, Генрік Зигальський та Єжи Розицький. Ці фахівці згодом вступили на службу в шифрбюро і першими отримали результати з дешифрування «Енігми». Саме в Польщі розробили для цього математичний апарат і дешифрували деякі перехоплені криптограми.

Наприкінці 1920-х — на початку 1930-х рр. польські криптографи вважалися досить авторитетними фахівцями. Так, японці запросили читати лекції з криптографії капітана польської армії Яна Ковалевського. Пізніше до нього в Польщу направили групу японських студентів, серед яких був Різобар Іто. Він розкрив шифрсистему типу Playfair, що застосовувалася в 1930-х рр. на англійських лініях зв'язку.

Починаючи з 1931 р. польські криптоаналітики активно співробітничали з французькими, а пізніше — англійськими колегами. Під керівництвом Маріана Режевського на фірмі AVA було розроблено електромеханічний пристрій під назвою «Бомба» Цей апарат давав можливість знаходити шляхом перебору початкове положення дисків за дві години. Уперше для керування «Бомбою» почали використовуватися нові носії інформації — перфокарти, винайдені Генріком Зигальським.

Після окупації Польщі більшість працівників польського шифрувального бюро втекли до Франції. Усі копії «Енігми» й «Бомби» були ретельно знищені. Німці так і не дізналися про те, що їхній шифратор був розкритий поляками. Основні ж роботи з дешифрування «Енігми» розгорнулися у Великій Британії. Отримана від поляків інформація надала можливість англійцям розпочати операцію, що отримала назву «Ультра». Роботи з дешифрування велися в містечку Bletchley Park (Блетчлі-Парк) у вікторіанській садибі графства Бекінгемшир за 50 миль від Лондона. Тут розташовувалася GC&CS — Government Code and Cypher School — «Урядова школа кодів і шифрів».

У цій школі, що є предметом національної гордості Великої Британії, було організовано центр «Station X», який налічував 12 тис. людей. Серед математиків, які працювали в ньому, слід відзначити Гордона Велчмана, Макса Ньюмана, Тоні Фоулера. Але особлива роль належить видатному математикові Алану Тьюрингу. Саме він розробив не лише математичний апарат дешифрування, а й теоретичні основи автоматизації величезного обсягу обчислювальної роботи, яку доводилося виконувати дешифрувальникам. Математична модель, запропонована ним, «машина Тьюринга» є основою сучасної обчислювальної та комп'ютерної техніки.

Після вивчення польських матеріалів Алан Тьюринг дійшов висновку, що використати підхід з повним перебором повідомлень уже не вийде. По-перше, це потребуватиме створення понад 30 екземплярів «Бомби», що в багато разів перевищувало річний бюджет «Station X». По-друге, Німеччина мала невдовзі здогадатися й виправити конструктивний недолік, на якому ѓрунтувався польський метод. Тому він розробив власний метод, що надавав можливість істотно скоротити перебір послідовностей символів вихідного тексту. Однак комутаційна дошка, найпростіший з погляду схемотехніки елемент, який з'явилася в «Енігмі», додала проблем дослідникам. Цю нову досить складну математичну задачу розв'язав Гордон Велчман, який удосконалив метод Тьюринга. Він винайшов так звану діагональну дошку. На цій математичній основі в серпні 1940 р. за допомогою компанії British Tabulating Machines та її конструктора Гаральда Кіна було побудовано першу британську криптоаналітичну машину, що отримала назву Bombe, на знак поваги до польських криптографів.

Щоб дешифрувати закодоване німецьке повідомлення, криптоаналітикам потрібно було розв'язати дві головні задачі. По-перше, «розкрити колеса», тобто встановити точне розташування робочих і неробочих штифтів шифрувальних дисків «Енігми». Друга задача — знайти початкове положення (стан) дисків, використане для конкретної телеграми. Кожне секретне повідомлення зашифровувалося за нових установок, тому ця задача розв'язувалася лише після того, як були вирахувані штифтові комбінації на всіх дисках.

Для розкриття такого шифру був потрібен величезний обсяг обчислень. За тижні такої роботи втрачалася оперативна цінність так важко добутої інформації. Тому поряд з емулятором Bombe для автоматизації робіт було створено спеціальний підрозділ, який отримав жартівливу назву «Ньюменарій», оскільки його очолив математик Макс Ньюмен.

Першим проектом з автоматизації дешифрування була оптомеханічна спеціалізована машина-компаратор — порівняльний пристрій Heath Robinson, названа за ім'ям популярного в довоєнних коміксах персонажа-винахідника дивних механізмів. Головна проблема полягала в точній синхронізації двох перфострічок, одна з яких містила німецьке шифроване повідомлення, а на другій було набито циклічно повторювані послідовності бітів, породжувані штифтовими комбінаціями розкритих дисків шифратора. У принципі проблема вирішувалася, але працювати з компаратором було дуже складно. Папір перфострічок розтягувався, і синхронізація збивалася, що призводило до численних помилок.

Завдання було виконано завдяки створенню комп'ютера Colossus (Колос). Головна роль у його конструюванні належала працівникові британського Міністерства пошти, інженеру-електронщику Томмі Флауерсу. У Дослідному центрі міністерства пошти Dollis Hill у Північному Лондоні в період з лютого до грудня 1943 р. Флауерс та його колеги побудували небувалу на той час машину Mark I Colossus, що містила у своїх схемах близько 1500 електронних ламп. Напередодні нового року готовий комп'ютер розібрали й перенесли в Блечлі-Парк, де з лютого 1944 року Colossus почав на постійній основі розкривати шифрлистування вищого ешелону німецького військового командування. Завдяки цьому комп'ютеру час розкриття телеграм скоротився з кількох тижнів до двох-трьох годин. Натхнені успіхом англійці протягом 1944 р. створили ще більш досконалий комп'ютер під назвою Colossus Mark II. Він був приблизно вп'ятеро швидший від свого попередника, містив близько 2500 електронних ламп і працював за програмами. Фактично це був перший у світі комп'ютер. Цікаво, що Томмі Флауерс наполіг на тому, щоб комп'ютер не вимикали. Електронні лампи того часу найчастіше перегоряли в момент вмикання-вимикання. Загалом було виготовлено десять Colossus Mark II. Вони працювали безупинно, і вимкнули їх тільки в день перемоги.

Загалом за допомогою Colossus'ів було дешифровано понад 63 млн. знаків телеграм німецького верховного командування. Над цим працювали приблизно 550 працівників (здебільшого працівниць) Блечлі-Парк і служба радіоперехоплення.

У травні 1945 р. зірка комп'ютерів Colossus закотилася. Черчілль дуже побоювався, що Сталін дізнається про потужні дешифрувальні можливості нещодавнього союзника. Він особисто дав вказівку, щоб комп'ютери розібрали на частини розмірами «не більшими від руки людини». Вісім з десяти машин були цілком демонтовані того ж 1945 року. Два останніх комп'ютери спочатку перевезли до Лондона, а потім до міста Челтнема, де розмістилася (і базується нині) спадкоємиця GC&CS, криптографічна спецслужба Великої Британії GCHQ — Government Communications Headquarters — Штаб-квартира урядового зв'язку. За щільною завісою таємності ці комп'ютери використовувалися ще 15 років для тренувальних і допоміжних криптографічних завдань. У 1959—1960 рр. демонтували дві останні машини, тоді ж було знищено їхню технічну документацію. 1996 р. групі ентузіастів при національному музеї Блечлі-Парк вдалося відтворити працездатну копію цієї машини.

Якби Черчілль знав, що дядько Джо чудово обізнаний про операцію «Ультра», він не наказав би розбирати комп'ютери Colossus. Радянський агент Кім Філбі ще 1939 р. передав до Москви інформацію про Блетчлі-Парк і роботу GC&CS. Проникнути туди йому не вдалося. Це зробив 1942 р. інший радянський агент із «кембриджської п'ятірки» Джон Кернкросс. Він постачав радянську розвідку змістом розшифровок «Енігми». Однак, довго там працювати йому не довелося. Контррозвідувальний режим було так посилено, що передавати інформацію з Блетчлі-Парка Джон Кернкросс був просто не в змозі. Йому довелося піти звідти. Але найбільшу таємницю Черчілля Сталін знав.

Випадок з бомбардуванням Ковентрі наочно показує, якого значення Черчілль надавав таємності робіт з дешифрування «Енігми». У Великій Британії для позначення ступеня таємності інформації існують грифи «Секретно» й «Абсолютно секретно». Коли постало питання про гриф інформації, отримуваної внаслідок дешифрування «Енігми», то було запропоновано варіант «Ультрасекретно», що потім скоротився до «Ультра». Звідси й назва операції.

Англійський актор Л. Говард, який мав світову популярність та одночасно був співробітником однієї зі спецслужб Англії, отримав завдання передати важливі секретні документи одному з адресатів розвідки. Для прикриття він мав вилетіти цивільним літаком. Німецька розвідка агентурним шляхом дізналася про це, і німці вирішили збити літак. У свою чергу англійці з розшифрованого повідомлення «Енігми» люфтваффе дізналися про намір противника, однак не скасували операцію. Літак було збито, і Говард загинув. Так Велика Британія захищала таємницю операції «Ультра».

Під час конфлікту через Фолклендські острови між Великою Британією та Аргентиною 25 травня 1982 р. бомбовим ударом аргентинської авіації було потоплено британський есмінець «Ковентрі». У певному сенсі він повторив долю міста, на честь якого був названий. Як то кажуть, як корабель назвати — так він і попливе.