Бомба ( Великобритания : / b ɒ m b / ) была электромеханическим устройством, которое использовалось британскими криптологами для расшифровки немецких секретных сообщений, зашифрованных с помощью машины «Энигма» во время Второй мировой войны . [1] ВМС США [2] и армия США [3] позже создали свои собственные машины с теми же функциональными характеристиками, хотя и спроектированные по-разному как друг от друга, так и от польских и британских «бомб».
Британская бомба была разработана на основе устройства, известного как « бомба » ( польск . bomba kryptologiczna ), которое было разработано в Польше в Бюро шифров ( Biuro Szyfrów ) криптологом Марианом Реевским , который в течение предыдущих семи лет взламывал немецкие сообщения Enigma , используя ее и более ранние машины. Первоначальный проект британской бомбы был создан в 1939 году в Школе кодов и шифров правительства Великобритании (GC&CS) в Блетчли-парке Аланом Тьюрингом [4] , с важным усовершенствованием, разработанным в 1940 году Гордоном Уэлчманом [5] . Инженерное проектирование и конструкция были работой Гарольда Кина из British Tabulating Machine Company . Первая бомба под кодовым названием Victory была установлена в марте 1940 года [6], а вторая версия, Agnus Dei или Agnes , включавшая в себя новый дизайн Уэлчмана, заработала к августу 1940 года. [7]
«Бомба» была разработана для обнаружения некоторых ежедневных настроек машин «Энигма» в различных немецких военных сетях : в частности, набора используемых роторов и их положения в машине; начальных положений сердечника ротора для сообщения — ключа сообщения — и одной из проводов коммутационной панели . [8] [9] [10]
Enigma — это электромеханическая роторная машина , используемая для шифрования и дешифрования секретных сообщений. Она была разработана в Германии в 1920-х годах. Повторные изменения электрического пути от клавиатуры к ламповой панели реализуют полиалфавитный подстановочный шифр, который превращает открытый текст в шифротекст и обратно. Шифратор Enigma содержит роторы с 26 электрическими контактами на каждой стороне, чья проводка отводит ток в другое положение на двух сторонах. Когда нажимается клавиша на клавиатуре, электрический ток протекает через входной барабан на правом конце шифратора, затем через набор роторов к отражающему барабану (или рефлектору), который возвращает его обратно через роторы и входной барабан и наружу, чтобы зажечь одну из ламп на ламповой панели. [11]
При каждом нажатии клавиши правый или «быстрый» ротор продвигается на одну позицию, что приводит к изменению шифрования. Кроме того, один раз за оборот правый ротор заставляет средний ротор продвигаться; средний ротор аналогичным образом заставляет левый (или «медленный») ротор продвигаться. Положение каждого ротора обозначено буквой алфавита, показываемой через окно. Оператор Enigma вращает колеса вручную, чтобы установить начальное положение для шифрования или расшифровки сообщения. Последовательность из трех букв, указывающая начальное положение роторов, является «ключом сообщения». Существует 26 3 = 17 576 различных ключей сообщений и различных положений набора из трех роторов. Открыв крышку машины и освободив компрессионный стержень, можно извлечь набор из трех роторов на их шпинделе из машины и изменить их последовательность (называемую «порядком колес» в Блетчли-парке). Умножение 17 576 на шесть возможных порядков колес дает 105 456 различных способов настройки скремблера. [12]
Хотя 105 456 — большое число, [13] оно не гарантирует безопасность. Возможна атака методом грубой силы: можно представить себе использование 100 клерков-шифровальщиков, каждый из которых пытался расшифровать сообщение, используя 1000 различных настроек ротора. Поляки разработали карточные каталоги, чтобы они могли легко находить позиции ротора; Британия создала EINSкаталоги « » (немецкое слово, обозначающее один). Менее интенсивные методы также были возможны. Если весь трафик сообщений в течение дня использовал одну и ту же начальную позицию ротора, то частотный анализ для каждой позиции мог восстановить полиалфавитные замены. Если использовались разные начальные позиции ротора, то перекрывающиеся части сообщения могли быть найдены с помощью индекса совпадения . [14] Многие крупные державы (включая немцев) могли взломать трафик Энигмы, если бы знали проводку ротора. Немецкие военные знали, что Энигма слаба. [15]
В 1930 году немецкая армия ввела дополнительную функцию безопасности — штепсельную коммутационную панель ( на немецком языке Steckerbrett ; каждая вилка — это Stecker , и британские криптологи также использовали это слово), которая дополнительно шифровала буквы как до, так и после того, как они проходили через систему ротора-рефлектора. Шифрование Enigma является самообратной функцией , что означает, что она заменяет буквы взаимно: если Aпреобразуется в R, то Rпреобразуется в A. Преобразование штепсельной панели сохраняло самообратное качество, но разводка штепсельной панели, в отличие от положений ротора, не менялась во время шифрования. Эта закономерность была использована в усовершенствовании «диагональной доски» Уэлчмана для бомбы, что значительно увеличило ее эффективность. [16] При использовании шести выводов штепсельной вилки (оставляя 14 букв «незакрепленными»), было 100 391 791 500 возможных способов настройки штепсельной панели. [17]
Важной особенностью машины с точки зрения криптоаналитика, и, несомненно, ахиллесовой пятой Энигмы , было то, что отражатель в шифраторе не позволял букве быть зашифрованной как она сама. Любое предполагаемое решение, которое давало, для любого местоположения, ту же букву в предложенном открытом тексте и шифртексте, могло быть, таким образом, исключено. [18]
В преддверии Второй мировой войны немцы внесли последовательные усовершенствования в свои военные машины Enigma. К январю 1939 года были введены дополнительные роторы, так что три ротора были выбраны из набора из пяти (следовательно, теперь было 60 возможных порядков колес) для армейских и военно-воздушных машин Enigma, и три из восьми (что составляет 336 возможных порядков колес) для машин флота. Кроме того, на коммутационной панели использовалось десять выводов, оставляя только шесть букв ненабранными. Это означало, что военно-воздушные и армейские Enigma могли быть настроены 1,5×10 19 способами. В 1941 году немецкий флот представил версию Enigma с вращающимся отражателем ( M4 или четырехроторная Enigma) для связи со своими подводными лодками . Она могла быть настроена 1,8×10 20 различными способами. [17]
К концу 1941 года изменение в судьбе немецкого флота в битве за Атлантику в сочетании с отчетами разведки убедили адмирала Карла Дёница , что союзники могли читать закодированные сообщения немецкого флота, и к немецким военно-морским «Энигмам», используемым для связи подводных лодок, был добавлен четвертый ротор с неизвестной проводкой, в результате чего появилась система «Тритон» , [ сомнительная – обсудить ] известная в Блетчли-парке как «Акула» . [19] Это было связано с более тонкой конструкцией отражателя, чтобы освободить место для дополнительного ротора. «Тритон» был спроектирован таким образом, чтобы оставаться совместимым с трехроторными машинами при необходимости: один из дополнительных «четвертых» роторов, «бета», был спроектирован так, что когда он был соединен с тонким отражателем «B», а ротор и кольцо были установлены на «A», пара действовала как отражатель «B», соединенный с тремя роторами. К счастью для союзников, в декабре 1941 года, до того как машина поступила на официальную службу, подводная лодка случайно отправила сообщение с четвертым ротором в неправильном положении, а затем передала сообщение повторно с ротором в правильном положении, чтобы имитировать трехроторную машину. В феврале 1942 года изменение количества используемых роторов стало официальным, и способность союзников читать сообщения немецких подводных лодок прекратилась, пока захват с захваченной подводной лодки не показал не только способность четырехроторной машины имитировать трехроторную машину, но и то, что четвертый ротор не двигался во время сообщения. Это, наряду с вышеупомянутой повторной передачей, в конечном итоге позволило дешифровальщикам выяснить проводку как четвертых роторов «бета», так и «гамма». [ необходима цитата ]
Первая половина 1942 года стала « вторым счастливым временем » для немецких подводных лодок, с возобновлением успеха в атаках на судоходство союзников, поскольку США только что вступили в войну неподготовленными к натиску, не имея самолетов, кораблей, персонала, доктрины и организации для борьбы с подводными лодками (ASW). Кроме того, их успеху способствовали безопасность новой «Энигмы» и способность немцев читать сообщения союзных конвоев, отправленные военно-морским шифром № 3. В период с января по март 1942 года немецкие подводные лодки потопили 216 кораблей у восточного побережья США. В мае 1942 года США начали использовать систему конвоев и потребовали затемнения прибрежных городов, чтобы корабли не выделялись на фоне их огней, но это лишь немного улучшило безопасность судоходства союзников. Неспособность союзников изменить свой шифр в течение трех месяцев, а также тот факт, что сообщения союзников никогда не содержали никаких необработанных расшифровок «Энигмы» (или даже не упоминали, что они расшифровывают сообщения), помогли убедить немцев в том, что их сообщения были защищены. Напротив, союзники узнали о том, что немцы взломали военно-морской шифр почти сразу из расшифровок «Энигмы», но потеряли много кораблей из-за задержки в изменении шифра. [ необходима цитата ]
Для расшифровки немецких военных сообщений Enigma необходимо обнаружить следующие настройки машины Enigma. Как только они будут известны, все сообщения для этой сети за этот день (или пару дней в случае немецкого флота) могут быть расшифрованы.
Внутренние настройки (требовавшие открытия крышки машины Enigma)
Внешние настройки (которые можно было изменить, не открывая машину Enigma)
Бомба определяла возможные начальные положения сердечников ротора и партнера по стекеру определенной буквы для набора порядков колес. Затем для завершения процесса расшифровки использовались ручные методы. [23] По словам Гордона Уэлчмана , «... задача бомбы состояла в том, чтобы просто свести предположения о порядке колес и положениях скремблера, которые требовали «дальнейшего анализа», к управляемому числу». [24]
Бомба была электромеханическим устройством, которое копировало действие нескольких машин Enigma, соединенных вместе. Стандартная немецкая Enigma использовала в любой момент времени набор из трех роторов , каждый из которых мог быть установлен в любое из 26 положений. Стандартная британская bombe содержала 36 эквивалентов Enigma, каждый с тремя барабанами, соединенными проводами для создания того же эффекта скремблирования, что и роторы Enigma. bombe могла выполнять два или три задания одновременно. Каждое задание имело «меню», которое должно было запускаться против нескольких различных порядков колес. Если меню содержало 12 или менее букв, на одной bombe можно было запустить три различных порядка колес; если букв было больше 12, то только два.
Для имитации роторов Enigma каждый роторный барабан бомбы имел два полных набора контактов, один для входа в рефлектор, а другой для выхода из рефлектора, так что отраженный сигнал мог проходить обратно через отдельный набор контактов. Каждый барабан имел 104 проволочных щетки, которые контактировали с пластиной, на которую они были загружены. Щетки и соответствующий набор контактов на пластине были расположены в четырех концентрических кругах по 26. Внешняя пара кругов (вход и выход) были эквивалентны току в Enigma, проходящему в одном направлении через шифратор, а внутренняя пара эквивалентна току, текущему в противоположном направлении.
Взаимосвязи внутри барабанов между двумя наборами входных и выходных контактов были идентичны тем, что были у соответствующего ротора Enigma. Между внутренними двумя наборами контактов трех входных/выходных пластин имелась постоянная проводка. Оттуда цепь продолжалась до коммутационной панели, расположенной на левой торцевой панели, которая была подключена для имитации рефлектора Enigma, а затем обратно через внешнюю пару контактов. На каждом конце «двухсторонней Enigma» на задней панели машины имелись гнезда, в которые можно было вставить 26-контактные кабели.
Барабаны-бомбы были расположены так, что верхний из трех имитировал левый ротор шифратора Энигмы, средний — средний ротор, а нижний — правый ротор. Верхние барабаны приводились в движение синхронно электродвигателем. За каждый полный оборот верхних барабанов средние барабаны увеличивались на одну позицию, и то же самое происходило со средним и нижним барабанами, что давало в сумме 26 × 26 × 26 =17 576 позиций 3-роторного шифратора Энигмы. [25] [26]
Барабаны имели цветовую маркировку в соответствии с тем, ротор какой Энигмы они имитировали: I красный; II бордовый; III зеленый; IV желтый; V коричневый; VI кобальтовый (синий); VII угольно-черный; VIII серебристый. [27]
В каждом положении роторов электрический ток будет или не будет течь в каждом из 26 проводов, и это будет проверено в компараторном блоке бомбы. Для большого количества положений тест приведет к логическому противоречию , исключая эту настройку. Если тест не приведет к противоречию, машина остановится.
Затем оператор находил точку, в которой тест был пройден, регистрировал решение-кандидат, считывая положения индикаторных барабанов и индикаторного блока на правой торцевой панели Bombe. Затем оператор перезапускал запуск. Решения-кандидаты, остановки , как их называли, обрабатывались далее, чтобы исключить как можно больше ложных остановок. Обычно было много ложных остановок bombe, прежде чем была найдена правильная.
Кандидаты на решения для набора порядков колес подверглись дальнейшей обширной криптоаналитической работе. Это постепенно исключило ложные остановки, построило набор соединений коммутационной панели и установило позиции колец алфавита ротора. [28] В конечном итоге результат был проверен на машине Typex , которая была модифицирована для копирования Enigma, чтобы увидеть, дала ли эта расшифровка немецкий язык . [29]
Прогон бомбы включал в себя получение криптоаналитиком сначала криба — части открытого текста , которая, как считалось, соответствовала шифротексту . Нахождение крибов было совсем не простым; это требовало значительного знакомства с немецким военным жаргоном и привычками общения операторов. Однако дешифровщикам помогал тот факт, что Энигма никогда не шифровала бы букву сама для себя. Это помогло в проверке возможного криба против шифротекста, поскольку это могло исключить ряд крибов и позиций, где одна и та же буква встречалась в одной и той же позиции как в открытом тексте, так и в шифротексте. Это было названо сбоем в Блетчли-парке.
После того, как подходящий криб был выбран, криптоаналитик создавал меню для подключения бомбы, чтобы проверить криб против шифртекста. Ниже приводится упрощенное объяснение процесса построения меню. Предположим, что криб — это ATTACKATDAWN, который должен быть проверен против определенного участка шифртекста, скажем, WSNPNLKLSTCS . Буквы криба и шифртекста сравнивались для установления пар между шифртекстом и открытым текстом криба. Затем они были изображены графически, как на схеме. Следует иметь в виду, что отношения являются взаимными, так что A в открытом тексте, связанном с W в шифртексте, совпадает с W в открытом тексте, связанном с A в шифртексте. В позиции 1 сравнения открытого текста и зашифрованного текста буква A связана с W , но A также связана с P в позиции 4, K в позиции 7 и T в позиции 10. Построение этих отношений в виде такой диаграммы дало меню, из которого можно было бы настроить соединения бомб и начальные позиции барабанов.
На иллюстрации есть три последовательности букв, которые образуют петли (или циклы или замыкания ), ATLK , TNS и TAWCN . Чем больше петель в меню, тем больше возможных настроек ротора бомба может отклонить, и, следовательно, тем меньше ложных остановок.
Алан Тьюринг провел очень существенный анализ (без каких-либо электронных средств), чтобы оценить, сколько остановок бомбы можно было бы ожидать в соответствии с количеством букв в меню и количеством циклов. Некоторые из его результатов приведены в следующей таблице. [30] Недавние симуляции бомбы показали похожие результаты.
Немецкая военная Enigma включала коммутационную панель ( Steckerbrett на немецком языке), которая меняла местами буквы (обозначенные здесь как P ) до и после изменения основного шифратора (обозначенного как S ). Соединения коммутационной панели были известны криптоаналитикам как значения Штеккера. Если бы не было коммутационной панели, было бы относительно просто проверить настройку ротора; можно было бы настроить машину Typex , модифицированную для копирования Enigma, и зашифровать на ней букву криба A и сравнить ее с шифртекстом W. Если они совпадали, пробовалась следующая буква, проверяя, что T зашифрована как S , и так далее по всей длине криба. Если в какой-либо момент буквы не совпадали, первоначальная настройка ротора отклонялась; большинство неправильных настроек исключалось после проверки всего двух букв. Этот тест можно было бы легко механизировать и применять ко всем17 576 настроек роторов.
Однако с коммутационной панелью было намного сложнее выполнять пробные шифрование, поскольку было неизвестно, во что преобразуются буквы криба и шифртекста коммутационной панелью. Например, в первой позиции P ( A ) и P ( W ) были неизвестны, поскольку настройки коммутационной панели были неизвестны.
Решение Тьюринга для вычисления значений штеккера (соединений штепсельной панели) состояло в том, чтобы отметить, что, хотя значения, скажем, P ( A ) или P ( W ) были неизвестны, криб все равно предоставлял известные взаимосвязи между этими значениями; то есть значения после преобразования штепсельной панели. Используя эти взаимосвязи, криптоаналитик мог рассуждать от одного к другому и, потенциально, выводить логическое противоречие, в этом случае рассматриваемая настройка ротора могла быть исключена.
Рабочий пример такого рассуждения может выглядеть следующим образом: криптоаналитик может предположить, что P ( A ) = Y . Рассматривая позицию 10 сравнения crib:ciphertext, мы видим, что A шифруется в T , или, выражаясь формулой:
Поскольку функция P является обратной самой себе, мы можем применить ее к обеим сторонам уравнения и получить следующее:
Это дает нам связь между P ( A ) и P ( T ) . Если P ( A ) = Y , а для рассматриваемой настройки ротора S 10 ( Y ) = Q (скажем), мы можем вывести, что
Хотя крибер не позволяет нам определить, какие значения находятся после коммутационной панели, он обеспечивает ограничение между ними. В этом случае он показывает, как P ( T ) полностью определяется, если P ( A ) известно.
Аналогично, мы также можем заметить, что T шифруется в L в позиции 8. Используя S 8 , мы можем вывести стеккерное значение для L , используя аналогичный аргумент, чтобы получить, скажем,
Аналогично, в позиции 6, K шифрует в L. Поскольку машина Enigma является самообратной, это означает, что в той же позиции L также будет шифровать в K. Зная это, мы можем применить аргумент еще раз, чтобы вывести значение для P ( K ) , которое может быть:
И снова, тот же тип рассуждений применяется в позиции 7, чтобы получить:
Однако в этом случае мы получили противоречие , поскольку по гипотезе мы изначально предположили, что P ( A ) = Y. Это означает, что первоначальное предположение должно было быть неверным, и поэтому (для этой настройки ротора) P ( A ) ≠ Y (этот тип аргумента называется reductio ad absurdum или «доказательство от противного»).
Криптоаналитик предположил одно соединение штепсельной вилки для проверки бомбы. Остальные значения штекеров и настройки колец были разработаны вручную.
Для автоматизации этих логических выводов бомба приняла форму электрической цепи. Ток протекал по цепи почти мгновенно и представлял все возможные логические выводы, которые могли быть сделаны в этой позиции. Для формирования этой цепи бомба использовала несколько наборов роторных стеков Enigma, соединенных вместе в соответствии с инструкциями, данными в меню, полученном из криба. Поскольку каждая машина Enigma имела 26 входов и выходов, реплики стеков Enigma соединены друг с другом с помощью 26-контактных кабелей. Кроме того, каждая настройка ротора стека Enigma смещена на несколько позиций, что определяется ее положением в крибе; например, стек Enigma, соответствующий пятой букве в крибе, будет на четыре позиции дальше, чем соответствующий первой букве.
Практические «бомбы» использовали несколько стопок роторов, вращающихся вместе, для проверки нескольких гипотез о возможных настройках машины «Энигма», таких как порядок роторов в стопке.
Хотя бомба Тьюринга работала в теории, она требовала непрактично длинных крибов, чтобы исключить достаточно большое количество настроек. Гордон Уэлчман придумал способ использования симметрии стекера Энигмы для увеличения мощности бомбы. Его предложением было приспособление, называемое диагональной доской , которое еще больше повысило эффективность бомбы. [5]
Польская криптологическая бомба (польск. bomba kryptologiczna ; множественное число bomby ) была полезна только до тех пор, пока соблюдались три условия. Во-первых, форма индикатора должна была включать повторение ключа сообщения; во-вторых, количество доступных роторов должно было быть ограничено тремя, что давало шесть различных «порядков колес» (три ротора и их порядок внутри машины); и, в-третьих, количество выводов на коммутационной панели должно было оставаться относительно небольшим, чтобы большинство букв не были заштампованы . [ сомнительный – обсудить ] Было построено шесть машин, по одному для каждого возможного порядка роторов. Bomby были доставлены в ноябре 1938 года, но всего через месяц немцы представили два дополнительных ротора для загрузки в шифратор Enigma, увеличив количество порядков колес в десять раз. Постройка еще 54 bomby была за пределами ресурсов поляков. Кроме того, 1 января 1939 года количество выводов на коммутационной панели было увеличено до десяти. Поэтому полякам пришлось вернуться к ручным методам, к листам Зыгальского .
Алан Тьюринг разработал британскую бомбу на более общем принципе, предположении о наличии текста, называемого крибом , который криптоаналитики могли предсказать, что он, вероятно, будет присутствовать в определенной точке сообщения. Этот метод называется атакой с известным открытым текстом и использовался в ограниченной степени поляками, например, немцы использовали «ANX» — «AN», немецкое «To», за которым следует «X» в качестве разделителя.
Был получен бюджет в размере 100 000 фунтов стерлингов на строительство машины Тьюринга, и контракт на строительство «бомбы» был присужден компании British Tabulating Machine Company (BTM) в Летчворте . [31] BTM поручила проект Гарольду «Доку» Кину . Каждая машина была шириной около 7 футов (2,1 м), высотой 6 футов 6 дюймов (1,98 м), глубиной 2 фута (0,61 м) и весила около тонны. [32] На передней части каждой «бомбы» было 108 мест, где можно было установить барабаны. Барабаны были разделены на три группы по 12 триплетов. Каждый триплет, расположенный вертикально, соответствовал трем роторам шифратора Enigma. Входные и выходные контакты барабанов «бомбы» шли на кабельные разъемы, что позволяло подключать «бомбу» в соответствии с меню. «Быстрый» барабан вращался со скоростью 50,4 об/мин в первых моделях [33] и 120 об/мин в более поздних, [34] при этом время настройки и прохождения всех 17 576 возможных положений для одного заказа ротора составляло около 20 минут. [35]
Первая бомба была названа «Победа». Она была установлена в «Хижине 1» в Блетчли-парке 18 марта 1940 года. Она была основана на оригинальном проекте Тьюринга и поэтому не имела диагональной доски. [36] 26 апреля 1940 года HMS Griffin захватил немецкий траулер ( Schiff 26 , Polares ) под голландским флагом; в захват были включены некоторые ключи Enigma за 23-26 апреля. [37] Блетчли ретроспективно атаковал некоторые сообщения, отправленные в этот период, используя захваченный материал и гениальное меню Bombe, в котором все быстрые роторы Enigma находились в одном и том же положении. [38] В мае и июне 1940 года Блетчли удалось прервать шестидневный морской трафик, 22–27 апреля 1940 года. [39] Эти сообщения были первыми перерывами сообщений Кригсмарине за всю войну, «[но] хотя этот успех расширил знания Военно-морского отдела об организации связи Кригсмарине, он не повлиял на военно-морские операции и не сделал возможными дальнейшие решения военно-морской «Энигмы». [40] Вторая бомба, названная « Agnus dei », позже сокращенная до «Agnes» или «Aggie», была оснащена диагональной доской Уэлчмана и была установлена 8 августа 1940 года; «Victory» позже была возвращена в Летчворт для установки диагональной доски. [41] Позже бомбы были перемещены из «Hut 1» в «Hut 11». Капитан группы Уинтерботэм называл бомбу «Бронзовой богиней» из-за ее цвета. [42] Операторы описывали устройства более прозаично, как «похожие на большие металлические книжные шкафы». [43]
В течение 1940 года на двух машинах было взломано 178 сообщений, почти все успешно. Из-за опасности потери бомб в Блетчли-парке в случае бомбардировки, были созданы станции бомб [44] в Эдстоке , Гейхерсте и Уэйвендоне , все в Бакингемшире . [45] В июне-августе 1941 года в Блетчли-парке было от 4 до 6 бомб, а когда Уэйвендон был достроен, в Блетчли, Эдстоке и Уэйвендене было в общей сложности от 24 до 30 бомб. Когда Гейхерст начал функционировать, в общей сложности было от 40 до 46 бомб, и ожидалось, что общее количество увеличится примерно до 70 бомб, которыми управляли около 700 Ренов (Женская королевская военно-морская служба) . Но в 1942 году с появлением военно-морской четырехроторной Энигмы потребовалось «гораздо больше, чем семьдесят бомб». В Стэнморе и Исткоте были созданы новые станции , и бомбы Wavendon и Adstock были перемещены туда, хотя площадка в Гейхерсте была сохранена. Несколько бомб, оставшихся в Блетчли-парке, использовались только для демонстрационных и учебных целей. [46]
Производство бомб на заводе BTM в Летчворте в условиях военного времени было далеко не таким быстрым, как это было достигнуто позднее американцами на заводе NCR в Дейтоне, штат Огайо.
Сержант Джонс был назначен Эдвардом Тревисом ответственным за техническое обслуживание Bombe . Позже он стал командиром эскадрильи и его не следует путать с Эриком Джонсом . Он был одним из первых инженеров по обслуживанию Bombe и имел опыт в методах BTM . Уэлчман сказал, что позже во время войны, когда другие люди пытались их обслуживать, они поняли, как им повезло, что у них есть он. Около 15 миллионов тонких проволочных щеток на барабанах должны были надежно контактировать с клеммами на шаблоне. На барабан приходилось 104 щетки, на бомбу — 720 барабанов, и в конечном итоге около 200 бомб. [52]
После Второй мировой войны около пятидесяти «бомб» были сохранены на базе ВВС в Исткоте , а остальные были уничтожены. Уцелевшие «бомбы» были задействованы в работе, возможно, над шифрами Восточного блока . Смит цитирует официальную историю «бомбы», в которой говорится, что «некоторые из этих машин должны были быть сохранены, но другие должны были выполнять новые задания, и шестнадцать машин были сравнительно заняты в меню». и «Интересно отметить, что большинство заданий выполнялось, а время работы, проверки и другие показатели были ниже, чем в лучшие периоды войны». [53]
Программа была инициирована Bletchley Park для разработки гораздо более быстрых бомб, которые могли бы расшифровать четырехроторную систему за разумное время. Было два потока разработки. Один, под кодовым названием Cobra, с электронным сенсорным блоком, был разработан Чарльзом Уинном-Уильямсом из Исследовательского центра телекоммуникаций (TRE) в Малверне и Томми Флауэрсом из Главного почтамта (GPO). [54] Другой, под кодовым названием Mammoth, был разработан Гарольдом Кином в BTM , Летчворт. Первоначальная поставка была запланирована на август или сентябрь 1942 года. [47] Проекты двойной разработки создали значительную напряженность между двумя командами, обе из которых поставили под сомнение жизнеспособность машины команды противника. После значительного внутреннего соперничества и споров Гордон Уэлчман (к тому времени помощник директора Bletchley Park по механизации) был вынужден вмешаться, чтобы разрешить ситуацию. В конечном итоге Cobra оказалась ненадежной, и Mammoth пошел в полномасштабное производство. [55]
В отличие от ситуации в Блетчли-парке, вооруженные силы США не имели общей криптоаналитической службы. Действительно, существовало значительное соперничество между службой разведки армии США (SIS) и службой ВМС США , известной как OP-20-G . [56] До того, как США вступили в войну, существовало сотрудничество с Великобританией, хотя и со значительной долей осторожности с британской стороны из-за чрезвычайной важности того, чтобы Германия и ее союзники не узнали о взломе ее кодов. Несмотря на некоторое полезное сотрудничество среди криптоаналитиков, их начальникам потребовалось некоторое время, чтобы достичь доверительных отношений, в которых как британские, так и американские «бомбы» использовались для взаимной выгоды.
В феврале 1941 года капитан Эйб Синков и лейтенант Лео Розен из армии США, а также лейтенанты ВМС США Роберт Уикс и Прескотт Курриер прибыли в Блетчли-Парк, привезя с собой, среди прочего, копию шифровальной машины «Purple» для японского отделения Блетчли-Парка в хижине № 7. [ 57] Четверо вернулись в Америку через десять недель с военно-морским радиопеленгатором и множеством документов, [58] включая «бумажную Энигму». [59]
Позже Курриер писал:
Было полное сотрудничество. Мы ходили везде, включая Hut 6. Мы наблюдали за всей операцией и все методы были объяснены в мельчайших подробностях. Нас тщательно проинструктировали о последних методах решения Enigma и операциях bombes. У нас было достаточно возможностей делать столько заметок, сколько мы хотели, и наблюдать из первых рук все операции, которые были задействованы. [60]
Главным ответом на четырехроторную «Энигму» стала «Бомба» ВМС США, которая производилась в гораздо менее ограниченных условиях, чем те, которые имелись в Британии во время войны.
Полковник Джон Тилтман , который позже стал заместителем директора в Блетчли-парке, посетил офис криптоанализа ВМС США ( OP-20-G ) в апреле 1942 года и признал жизненно важную заинтересованность Америки в расшифровке трафика подводных лодок. Острая необходимость, сомнения относительно британской инженерной нагрузки и медленный прогресс побудили США начать исследование проектов для военно-морской бомбы на основе полных чертежей и схем электропроводки, полученных лейтенантами ВМС США Робертом Эли и Джозефом Эхусом в Блетчли-парке в июле 1942 года. [62] [16] [63] Финансирование полной, в размере 2 миллионов долларов, работы по развитию флота было запрошено 3 сентября 1942 года и одобрено на следующий день.
Командир Эдвард Трэвис , заместитель директора, и Фрэнк Бирч , глава немецкого военно-морского отдела, отправились из Блетчли-Парка в Вашингтон в сентябре 1942 года. Вместе с Карлом Фредериком Холденом , директором военно-морских коммуникаций США, они заключили 2 октября 1942 года соглашение между Великобританией и США, которое может иметь «более весомые претензии, чем BRUSA , на звание предшественника Соглашения UKUSA », будучи первым соглашением «об установлении особых отношений Sigint между двумя странами», и «оно установило образец для UKUSA, в котором Соединенные Штаты были во многом старшим партнером в альянсе». [65] Оно установило отношения «полного сотрудничества» между Блетчли-Парком и OP-20-G. [16]
Было рассмотрено полностью электронное решение проблемы быстрой бомбы [16], но оно было отклонено по прагматическим причинам, и был заключен контракт с National Cash Register Corporation (NCR) в Дейтоне, штат Огайо . Это создало Лабораторию вычислительных машин ВМС США [3] Инженерные разработки возглавлял Джозеф Деш из NCR .
Алан Тьюринг , написавший меморандум для OP-20-G (вероятно, в 1941 году), [66] был откомандирован в британскую Объединенную штабную миссию в Вашингтоне в декабре 1942 года из-за его исключительно широких знаний о бомбах и методах их использования. Его попросили взглянуть на бомбы, которые строились NCR, и на безопасность определенного оборудования для шифрования речи , разрабатываемого в Bell Labs. [67] Он посетил OP-20-G и отправился в NCR в Дейтоне 21 декабря. Он смог показать, что не было необходимости строить 336 бомб, по одной для каждого возможного заказа ротора, используя такие методы, как Banburismus . [16] Первоначальный заказ был уменьшен до 96 машин.
В американских ВМС бомбы использовали барабаны для роторов Enigma во многом так же, как и британские бомбы. У них было восемь эквивалентов Enigma спереди и восемь сзади. Быстрый барабан вращался со скоростью 1725 об/мин , что в 34 раза больше скорости ранних британских бомб. «Остановки» обнаруживались электронным способом с помощью термоэлектронных клапанов (вакуумных трубок) — в основном тиратронов — для высокоскоростных цепей. Когда обнаруживалась «остановка» [68], машина перебегала по мере замедления, возвращалась в найденное положение и распечатывала его перед повторным запуском. Время работы для 4-роторного запуска составляло около 20 минут, а для 3-роторного — около 50 секунд. [69] Каждая машина была шириной 10 футов (3,0 м), высотой 7 футов (2,1 м), глубиной 2 фута (0,61 м) и весила 2,5 тонны.
Первая машина была завершена и испытана 3 мая 1943 года. К 22 июня первые две машины, названные «Адам» и «Ева», взломали особенно сложный немецкий военно-морской шифр, настройки Offizier на 9 и 10 июня. [70] А. П. Махон, который присоединился к Военно-морскому отделу в Hut Eight в 1941 году, сообщил в своей официальной «Истории Hut Eight 1939-1945» за 1945 год:
Американская бомба была по сути такой же, как и английская бомба, хотя функционировала она гораздо лучше, поскольку их не ограничивала необходимость делать ее, как Кин был вынужден сделать из-за производственных трудностей, на основе трехколесной машины. К концу осени [1943] новые американские машины вступали в строй примерно по 2 в неделю, а общее количество составляло около 125. [71]
Эти бомбы были быстрее и вскоре более доступны, чем британские бомбы в Блетчли-Парке и его окрестностях. Следовательно, они использовались для работы в Hut 6, а также Hut 8. [72] В своей «Криптографической истории работы над немецкой военно-морской «Энигмой»» Александр написал следующее.
Когда американцы начали выпускать бомбы в больших количествах, происходил постоянный обмен сигналами — крибы, ключи, тексты сообщений, криптографический чат и т. д. Все это передавалось по кабелю, сначала зашифрованным на объединенной англо-американской шифровальной машине, CCM. Большинство крибов были оперативной срочности, быстрая и эффективная связь была необходима, и в этом отношении был достигнут высокий стандарт; аварийный приоритетный сигнал, состоящий из длинного криба с крибом и текстом сообщения, повторяемым в качестве защиты от искажения, занимал менее часа с того момента, как мы начали записывать сигнал в Hut 8, до завершения его расшифровки в Op. 20 G. В результате этого мы могли использовать бомбы Op. 20 G почти так же удобно, как если бы они находились на одной из наших станций в 20 или 30 милях. [73] Гл. VIII, параграф 11
Производство было остановлено в сентябре 1944 года после того, как было изготовлено 121 бомба. [69] Последняя изготовленная бомба ВМС США выставлена в Национальном музее криптологии США . Джек Ингрэм, бывший куратор музея, описывает, как ему сказали о существовании второй бомбы и он искал ее, но не нашел ее целиком. Остается ли она на хранении по частям, ожидая своего обнаружения, или больше не существует, неизвестно.
US Army Bombe физически сильно отличалась от британских и американских военно-морских bombes. Контракт на ее создание был подписан с Bell Labs 30 сентября 1942 года. [74] Машина была разработана для анализа трафика с 3, а не с 4 роторами. Она была известна как «003» или «Madame X». [75] [76] Она не использовала барабаны для представления роторов Enigma, вместо этого использовались реле телефонного типа. Однако она могла справиться с одной проблемой, с которой не могли справиться bombes с барабанами. [69] [72] Набор из десяти bombes состоял из 144 эквивалентов Enigma, каждый из которых был установлен на стойке примерно 7 футов (2,1 м) в длину, 8 футов (2,4 м) в высоту и 6 дюймов (150 мм) в ширину. Было 12 станций управления, которые могли размещать любые эквиваленты Enigma в желаемой конфигурации с помощью коммутационных панелей. Изменение порядка роторов не требовало механического процесса смены барабанов, а достигалось примерно за полминуты с помощью кнопок. [68] Прогон с тремя роторами занимал около 10 минут. [69]
В 1994 году группа под руководством Джона Харпера из BCS Computer Conservation Society начала проект по созданию рабочей копии бомбы. [77] Проект потребовал детального исследования и потребовал тринадцати лет усилий, прежде чем реплика была завершена, а затем выставлена в музее Блетчли-парка. В марте 2009 года она выиграла премию Engineering Heritage Award. [78] Реконструкция бомбы была перенесена в Национальный музей вычислительной техники в Блетчли-парке в мае 2018 года, [79] новая галерея официально открылась 23 июня 2018 года. [80]
Помните, что верхний, быстрый барабан «Бомбы» соответствует медленному левому барабану машины «Энигма».
