Взломать «Растершлюссель 44»: история одного из самых крепких шифров

Взлом немецких шифров времен Второй мировой войны был настоящим вызовом. Наработки того периода стали революционными не только для криптографии, но и для теории информации. Например, первый программируемый двоичный компьютер «Колосс» был создан в Британии именно для взлома немецкой шифровальной машины «Лоренц SZ-40». Еще более известной является история взлома поляками, британцами и американцами немецкой «Энигмы» – одной из самых массовых шифровальных машин Второй мировой, одолеть которую удалось только силами лучших умов союзников.

Однако немецкий шифр «Растершлюссель 44» (Rasterschlüssel, с нем. raster – сетка и schlüssel – ключ) оказался даже более стойким, чем знаменитая «Энигма», хотя для его использования было достаточно бумаги, карандаша и шаблона. По заключению советских критпоаналитиков, взломать его можно было только с помощью материалов, добытых разведкой. Вот как об этом в секретной директиве от 15 октября 1944 г. писал заместитель начальника штаба 43-й армии по разведке полковник Пантелеймон Шиошвили:

«По имеющимся данным, немецкая шифровальная служба с августа 1944 г. ввела во всех армейских, полицейских и агентурных сетях новые весьма устойчивые системы шифров. Большинство этих шифров без наличия подсобных материалов, как-то: инструкции по шифрованию, открытых телеграмм, предназначенных к зашифрованию, черновых записей, отдельных ключей, таблиц и книг, которыми пользуются при шифровании, – раскрыть невозможно. Новый шифр имеет наименование "Raster 44" /растершлюссель/. Примите все меры для того, чтобы добыть действующий шифр "Raster 44" либо указанные подсобные материалы».

Как работал шифр

Методы шифрования можно упрощенно разделить на две большие группы – шифры замены и шифры перестановки (иногда эти методы сочетаются). В шифрах замены буквы меняются на определенные символы, например, на пляшущих человечков (как в одноименном рассказе Конана Дойля) или на другие буквы по определенному алгоритму. Шифры перестановки напоминают игру в анаграммы: в них буквы открытого, то есть исходного сообщения меняются местами в порядке, определяемом алгоритмом шифрования.

«Растершлюссель 44» относится к шифрам перестановки. Для того чтобы им воспользоваться, нужен шаблон – таблица, часть ячеек которой закрашены черным. Буквы сообщения записываются в шаблон слева направо без пробелов в белые ячейки (черные пропускаются), а затем выписываются сверху вниз.

Например, при помощи такой сокращенной таблички сообщение «Порядок букв в сообщении менялся» превратилось бы в фразу «сиомо оерня бядол кбшсу еяквн ипв».

Для каждого сообщения выбиралась новая стартовая ячейка, то есть место в шаблоне, в которое начинали записывать открытое сообщение, и новый стартовый столбец, из которого выписывалось зашифрованное сообщение. Благодаря тому, что черные ячейки распределены случайно, буквы сильно перемешиваются и восстановить их порядок без шаблона очень сложно. Современные компьютеры с такой задачей справятся, но в 1940-х у криптоаналитиков подобных устройств еще не было.

Кто создал шифр

«Растершлюссель 44» задумывался как доступная замена шифровальной машине «Энигма», не требующая электропитания и техобслуживания и при том достаточно стойкая для полевой радиосвязи. Для его применения было достаточно иметь специальную таблицу-шаблон, кальку и карандаш. Считалось, что целая радиосеть из нескольких сотен абонентов могла использовать один шаблон в течение суток.

Несмотря на кажущуюся простоту, «Растершлюссель 44» оказался даже более стойким, чем «Энигма». Криптоаналитикам в Блетчли-парке (британской организации, занимавшейся в годы Второй мировой войны взломом вражеских сообщений) удалось дешифровать всего 29% от перехваченных радиограмм, зашифрованных таким образом, тогда как в случае с «Энигмой» речь шла о 72%. Не помогло даже то, что над взломом работал фактический разработчик «Растершлюссель 44» Джон Тилтман.

И здесь нет ошибки. Этот шифр – отличный пример реверс-инжиниринга, причем произошедшего дважды. Его предыстория начинается в Германии: в середине сентября 1939 г., через две недели после вторжения в Польшу, немецкие танковые части начали использовать новый перестановочный шифр «Хельфшлюссель». Он напоминал «Растершлюссель 44», но был более примитивным.

За месяц до этого британская криптографическая служба GC&CS переехала на территорию поместья Блетчли-парк и набрала новых сотрудников. Одним из них был криптограф и разведчик Джон Тилтман, которому поручили работу над взломом этого шифра. Пользуясь только материалами радиоперехвата, Тилтман восстановил его устройство и предложил стратегию взлома, однако к 1940 г. немцы отказались от собственной разработки. Для общения низшего звена стал применяться более простой «Двойной Плейфер», а для важных сообщений – «Энигма».

В 1941 г. Тилтману поставили задачу разработать новый перестановочный шифр для 8-й британской армии, воевавшей в Северной Африке и Италии. Взяв за основу немецкий «Хельфшлюссель», Тилтман разработал шифр «Сайсквер» с квадратным шаблоном 26х26. На каждой его строке 16 из 26 ячеек закрашивались и не использовались.

Разработка Тилтмана оказалась непрактичной, поскольку предполагала использование бумажного шаблона, который быстро замарывался: после каждого применения сообщения стирались ластиком. В итоге британские шифровальщики от него отказались. Зато новинку высоко оценили... немцы.

Образцы были захвачены силами фельдмаршала Эрвина Роммеля в Африке и переданы в отдел шифров верховного главнокомандования вермахта. Там их проанализировал немецкий криптограф Вальтер Эрнст Фрике. Он переработал шифр, и уже в августе 1944 г. первый тираж «Растершлюсселя 44» поступил на вооружение группы армий «Север».

В результате метод шифрования «перепрыгнул» из немецкой армии в британскую, проделал путь из Польши в Африку, а затем – в Прибалтику, поскольку на тот момент группа армий «Север» была зажата между двумя советскими фронтами на территории Западной Латвии. Именно там «Растершлюссель 44» попал в руки советских специалистов.

Каждый его экземпляр тогда был на вес золота. А сейчас на один из самых крепких шифров войны можно посмотреть в столичном Музее криптографии.