Найдены инструкции и ключи к шифровальной машине, считавшейся совершеннее «Энигмы»
В пражских архивах найден уникальный артефакт криптографической истории — считавшаяся утраченной документация к сверхсекретной немецкой шифровальной машине Schlüsselgerät-41, превосходившей по сложности знаменитую «Энигму».
Находка включает инструкции по эксплуатации, руководства по шифрованию и даже оригинальные таблицы с ключами, использовавшиеся немецким вермахтом в последние недели войны в 1945 году. Исследование документов и проведенный на их основе криптографический анализ стали темой статьи в журнале Cryptologia.
Превзошедшая «Энигму»
«Энигма» стала легендой после того, как криптоаналитики союзников взломали ее код во время войны. Однако SG-41, разработанная в 1941 году немецким изобретателем Фрицем Менцером, в те времена считалась еще более сложной и совершенной.
В отличие от электрической роторной системы «Энигмы», у SG-41 была чисто механическая конструкция, основанная на принципе «штифтов и кулачков», изначально разработанном шведским пионером криптографии Борисом Хагелином.
Устройство содержало шесть вращающихся колес с подвижными штифтами, которые можно было устанавливать в активное или неактивное положение в соответствии с ежедневными ключами шифрования. Когда оператор нажимал клавишу с буквой, механизм считывал положение штифтов и генерировал псевдослучайное число. Затем это число прибавлялось к букве открытого текста для получения зашифрованного символа.
Для расшифровки сообщения требовалась обратная операция: вычитание того же значения с помощью идентично настроенной машины.
Инновации, сбивавшие с толку криптоаналитиков
Конструкция Менцера ушла далеко вперед от первоначальной концепции Хагелина. По словам исследователей, в SG-41 были реализованы две новаторские особенности, которые делали ее анализ исключительно трудным.
- Механизм неравномерного шага. Во многих шифровальных машинах роторы продвигаются предсказуемым образом. В SG-41 колеса влияли друг на друга, что приводило к неравномерному изменению их положения. Это чрезвычайно затрудняло выявление повторяющихся паттернов — одного из основных методов взлома шифров.
- Функция отрицания, встроенная в шестое колесо. Если определенный штифт на этом колесе был активен, он инвертировал состояние штифтов на остальных колесах. Простыми словами, активные штифты становились неактивными, а неактивные — активными, мгновенно изменяя поведение машины и добавляя еще один уровень сложности.
Эти особенности сделали SG-41 одной из самых совершенных механических шифровальных машин, когда-либо созданных в годы войны.
Спрятанные в пражских архивах
Недавно обнаруженные документы сохранились в двух разных пражских архивах. В Военно-историческом институте исследователи наткнулись на папку с названием «Шифровальные инструкции вермахта». Внутри обнаружилось несколько оригинальных немецких документов в отличном состоянии, включая Gebrauchsanleitung — официальное руководство по эксплуатации SG-41 и ее варианта SG-41Z, датированное 2 сентября 1944 года.
Папка также содержала:
- полевое руководство для операторов,
- «Приказ № 90», подробно описывающий правила генерации ключей шифрования,
- ежемесячные таблицы ключей, использовавшиеся в период с 16 по 31 марта 1945 года.
Эти таблицы представляют особую ценность, поскольку они показывают, как устройство фактически использовалось в последние дни войны.
В Архиве служб безопасности исследователи обнаружили 41-страничный документ на чешском языке. Он содержал техническое описание машины, а также послевоенный криптоанализ, выполненный чехословацкой разведкой. Это позволяет предположить, что спецслужба получила в свое распоряжение действующий экземпляр SG-41, который тщательно изучался после войны.
Удивительно тяжелое портативное устройство
Из документации можно понять, как выглядел и работал аппарат. Несмотря на то, что SG-41 предназначалась для полевой связи, она была далеко не легкой. Сама машина весила около 10 килограммов, а в полностью собранном виде с защитной крышкой и основанием общий вес достигал примерно 17 килограммов.
Для упрощения эксплуатации к устройству прилагался Knieplatte — подставка-наколенник. Эта обитая мягким материалом деревянная доска позволяла оператору размещать машину на коленях во время набора сообщений — примерно так, как сегодня используется ноутбук. Доску также можно было трансформировать в раму для рюкзака, чтобы переносить тяжелый прибор на себе.
Сложная трехступенчатая система ключей
Самым важным открытием стала сложная трехступенчатая система ключей SG-41. Операторы использовали месячную таблицу, содержащую 26 возможных конфигураций штифтов — по одной на каждую букву алфавита. Каждый день они получали ежедневный ключ из шести букв. Он определял, какая строка конфигурации из месячной таблицы будет применена к каждому из шести колес машины. Система также включала маскировочный ключ, который перемешивал алфавит и скрывал стартовую позицию каждого сообщения. Наконец, каждый пункт связи имел свой собственный двузначный идентификационный номер, который устанавливался на двух последних колесах машины.
Перед отправкой сообщения все эти параметры нужно было ввести в машину, что отнимало много времени, но обеспечивало высокую защищенность шифрования.
Была ли машина по-настоящему невзламываемой
Анализ, проведенный чехословацкой разведкой, выявил одну тонкую уязвимость в шифре SG-41. Из-за способа генерации чисел машиной некоторые значения появлялись немного чаще других. Теоретически эта неравномерность распределения дает возможность определить, был ли текст зашифрован именно на этом устройстве.
Однако при шифровании реальных текстов на естественном языке эти различия в частоте настолько малы, что использовать их на практике было бы чрезвычайно трудно.
Тайна, раскрытая не до конца
Исследователи проделали огромную работу, однако многие вопросы остались без ответа. Неизвестно, как именно чехословацкие власти получили эти документы, хотя есть свидетельства, что они анализировались для какой-то конференции в 1952 году.
Вероятно, существуют и другие материалы. Когда советские войска в 1945 году захватили немецкие заводы, они вывезли машины SG-41, их компоненты и техническую документацию. Эти предметы до сих пор могут находиться в российских государственных архивах.
Тем не менее, на сегодняшний день пражская находка представляет собой самый значительный прорыв в понимании загадочной шифровальной машины. Спустя десятилетия загадок одна из самых совершенных шифровальных машин Второй мировой войны наконец начинает раскрывать свои секреты — и все благодаря забытой папке с документами в пражском архиве.
