Среди кровопролитных сражений Второй мировой войны немалое влияние на ход событий оказала почти бескровная схватка английских и немецких математиков и инженеров. Речь идет о расшифровке закодированных радиоперехватов.

 Технические средства кодирования были известны еще в античности (см. Перельман «Живая математика»). Электромеханические кодирующие машины были созданы в конце Первой мировой войны. В двадцатых годах на немецких подводных лодках стали устанавливать кодирующие машины «Энигма» (тайна). В начале тридцатых годов польские математики и инженеры приступили к разработке декодирующей машины «Bomba kryptologiczna»  для расшифровки радиоперехватов с немецких подводных лодок. Руководителем аналогичного британского проекта был назначен ветеран военной разведки Алистер Деннистон (Alastair Denniston,  1881 – 1961). Работу по дешифровке возглавил известный лингвист и криптоаналитик  Альфред Нокс (Alfred Dillwyn Knox,  1884 –1943), коллега Деннистона по комнате № 40  ( подразделение Британского Адмиралтейства, которое было сформировано в октябре 1914 года.).

За общую организацию работы отвечал профессор-математик Гордон Уэлчман (Gordon Welchman,1906 — 1985). Деннистон начал набирать штат криптоаналитиков, исходя из области интересов: лингвистов, математиков, шахматистов, чемпионов по решению кроссвордов, египтологов и даже случайно попал палеонтолог, так как в названии одной из его работ употреблялся корень «крипто».

С сентября 1938 года к работам по расшифровке был привлечен выдающийся английский математик Алан Тьюринг (Alan Mathison Turing, 1912 — 1954) , автор опубликованной в 1936 классической работы, получившей название «Машина Тьюринга». Ему принадлежит честь создания современной теории алгоритмов. «Машину Тьюринга» по сей день изучают во всех ВУЗах мира, где есть компьютерные специальности.

Тьюринг с сентябре 1938 участвовал в деятельность  GCHQ — британской организации, специализировавшейся на взломе шифров. Совместно с Альфредом Ноксом  он занимался криптоанализом «Энигмы». Вскоре после встречи в Варшаве в июле 1939 года, на которой польское Бюро шифров предоставило Великобритании и Франции подробные сведения об«Энигме» и методе расшифровки сообщений, Тьюринг и Нокс начали свою работу над более общим способом решения проблемы.

На следующий день после того, как  Великобритания объявила войну Германии, 4 сентября 1939 года Тьюринг прибыл в Блетчли-парк (Bletchley Park), где в то время располагался Центр правительственной связи и работала группа Деннистона.

Усилия математиков Тьюринга, Нокса и Уэлчмана были направлены на создание алгоритма эффективного перебора вариантов кодирования, которые могли быть реализованы в «Энигме». К моменту начала работ эта машина содержала четыре вращающихся диска (роторов) и коммутационную панель, с помощью которой можно было изменять порядок подключения роторов и использование их состояния для преобразования исходного текста в код. Общее количество состояний устройства достигало 10²².  Декодирование требовало выявления фрагментов кода с известным содержанием (открытый текст) и последующего раскрытия всего шифра.

После решения математических вопросов последовала электромеханическая реализация этого алгоритма. Изготовлением криптологического устройства Bombe занималась компания «British Tabulating Machines»; проект машины сделал главный конструктор компании Гарольд Кин (Harold Keen, 1894–1973).Первая машина была запущена в эксплуатацию 18 марта 1940 года. Машина искала возможные настройки, использованные для шифрования сообщений: порядок роторов, положение каждого ротора, соединения коммутационной панели.

В качестве открытого текста использовали в том числе приветствие Heil Hitler и грубые ругательства, что особенно забавляло многочисленный женский персонал Блетчли-парка –  девушек-добровольцев из Women’s Royal Naval Service.

Для каждой возможной настройки роторов машина производила ряд логических предположений, основываясь на открытом тексте (его содержании и структуре). Далее машина определяла противоречие, отбрасывала набор параметров и переходила к следующему. Таким образом, бо́льшая часть возможных наборов отсеивалась и для тщательного анализа оставалось всего несколько вариантов.

В числе расшифрованной информации были и сведения о подготовке вторжения в СССР. Несмотря на риск раскрытия источника, сведения были переданы советскому правительству, которое их проигнорировало.

При эксплуатации одного экземпляра Bombe времени на расшифровку всех перехваченных сообщений катастрофически не хватало. Штабная военная бюрократия не осознавала важности разработок. Руководителям проекта пришлось, минуя непосредственное начальство, обратиться к Уинстону Черчиллю. Премьер-министр наложил резолюцию: «Action this day» (действовать сейчас же). Работы по дешифровке широко развернулись. Уже к лету 1941 немецкий подводный флот стал нести ощутимые потери, а количество потопленных англо-американских судов сократилось.

Немецкие шифровальщики приняли меры к усовершенствованию «Энигмы», и в начале 1942 стало ясно, что конструкция шифровальной машины изменилась и прежние способы расшифровки радиоперехватов не работают.

Для спасения ситуации была предпринята операция по захвату немецкой подводной лодки. Для этой цели был выделен противолодочный корабль «Petard». 30 октября 1942 года летающая лодка «Сандерленд» сообщила об обнаружении немецкой подводной лодки к северу от дельты Нила. Подводная лодка «U-559» была повреждена глубинными бомбами и всплыла на поверхность. Экипаж покинул подлодку, предварительно открыв клапаны затопления.

Первый лейтенант  Francis Anthony Blair Fasson (1913 – 1942) и матрос Colin Grazier (1920 – 1942) проникли на тонущую лодку, успели передать наверх кодовые журналы обновленной «Энигмы», но были сбиты с трапа потоком хлынувшей в корпус воды и утонули вместе с лодкой. Из полученной документации стало ясно, что немцы добавили еще один ротор, не изменяя принципиального подхода к шифрованию. В течение шести недель была выполнена модернизация алгоритма и устройства, после чего расшифровка радиоперехватов возобновилась в еще большем объеме.

В течение трех месяцев - февраля, марта и апреля 1943 потери подлодок составили ровно 50 единиц. Только в мае было потоплено 37 немецких подводных лодок. При таких потерях немецкий флот долго продержаться не смог бы, поэтому к концу мая командующий флотом адмирал Дениц под свою ответственность вывел из Атлантики все подводные лодки. Они вновь появились там в сентябре, но за оставшиеся четыре месяца 1943 года сумели потопить лишь 67 судов союзников, потеряв при этом 64 подводные лодки.

Дениц в отчаянии записал в своем дневнике 12 ноября 1943: "Противник держит в руках все козыри, перекрыв все районы дальним патрулированием с воздуха и используя методы локации, которым мы все еще ничего не можем противопоставить... Противнику известны все наши секреты. Нам же из его секретов не известен ни один."

К концу войны в эксплуатацию было запущено более двух сотен машин Bombe, что позволило довести темп расшифровки до двух-трёх тысяч сообщений в день.

В июле 1942 года начались работы по расшифровке сложнейшего кода «Lorenz SZ», разработанного немецкими шифровальщиками для передачи сообщений высшего командования. Новый шифр получил у англичан условное название «Tunny»— тунец, крупная жирная рыба. Если в «Энигме» применялись четыре, а потом пять роторов, то новая электромеханическая шифровальная машина содержала 12 роторов.

В расшифровке этого сложного кода принял участие тогда еще совсем молодой математик Уильям Татт (William Thomas Tutte, 1917 –  2002). В последующем он стал известен классическими основополагающими работами в теории графов и в других разделах дискретной математики. В английской Википедии содержится двадцать статей о математических понятиях, которые носят его имя.

Татт предложил использовать для анализа методы статистики и построил статистическую модель «Танни». В результате ему удалось выяснить, что ключ шифра состоит из двух частей. Первой частью являлось правило, по которому устанавливались маленькие механические наконечники по ободу каждого колеса.

Вторую часть ключа, названую шаблоном ротора, вводил сам оператор для передачи нескольких сообщений (Что также являлось ошибкой немецких шифровальщиков. Повторное использование одного и того же кода позволило выявить предполагаемые открытые тексты.) Всего насчитывался 501 шаблон, длины которых отличались и были взаимно просты.

Со своей стороны, Тьюринг подал идею использовать в конструкции дешифратора электронные лампы и привел в команду Т. Флауэрса (Thomas Harold Flowers,1905 —1998) — опытного инженера-электронщика.

Томми Флауэрс начал проектировать Colossus с «чистого листа». Несмотря на распространенное среди его коллег негативное отношение к электронным лампам, он решил перенести весь процесс моделирования работы шифра на ламповые схемы.

В результате совместных усилий математиков и инженеров был разработан «Колосс» — одна из первых в мире ЭВМ. С помощью «Колосса» код «Лоренц» был взломан, что позволило союзникам читать всю переписку высшего германского руководства.

Первым результатом дешифровки стал план летнего наступления вермахта под Курском (Операция Цитадель). Архивные материалы свидетельствуют о передаче в Москву детального плана операции «Цитадель»в начале 1943 г. через фиктивную агентурную сеть Lucy. Англичане опасались раскрывать СССР работы по расшифровке, чтобы эти сведения не попали к немцам. Только в 1951 году выяснилось, что это была «тщетная предосторожность», так как в  Блетчли-парке работал советский агент — Джон Кернкросс, один из членов Кембриджской пятерки.

Компьютер Colossus состоял из 1500 электронных ламп (2500 в Colossus Mark II 1944 года), что делало Colossus самым большим компьютером того времени (ближайший конкурент имел всего 150 ламп). Создание и введение в строй в 1944 году Colossus Mark II позволило сократить время расшифровки перехваченных сообщений с нескольких недель до нескольких часов.

К концу войны использовалось 10 Колоссов. Включенные однажды компьютеры Colossus ни разу не выключались до окончания Второй мировой войны для поддержания температурного режима электронных ламп.

Таким образом, соотечественникам Чарльза Бэббиджа и Ады Лавлейс принадлежит честь создания первого в мире электронного программируемого компьютера. Его быстродействие и в наше время восхищает инженеров, но надо учитывать, что это была специализированная машина, а не универсальный компьютер.

Одним из важных расшифрованных с помощью Colossus сообщений было известие о том, что Гитлер "проглотил" дезинформацию о несуществующей армии на юге Англии и поверил, что высадка союзников будет проходить не в Нормандии, а в Па-де-Кале.

В том числе и благодаря расшифровке Ла-Манш был полностью очищен от немецкого флота и авиации перед высадкой союзников в Нормандии.Таким образом, Германия не только потерпела сокрушительное поражение на суше (прежде всего на Восточном фронте), на море и в воздухе, но и проиграла битву умов.

Талантливые инициативные свободные люди, впитавшие вековые научные традиции своей страны, с честью победили в этом сражении. При этом работали они отнюдь не в тюремной шарашке, не под конвоем вертухаев или под  неусыпным бдением партийных функционеров.

Нельзя не отметить еще одно обстоятельство. Масштабная работа по радиоперехватам и расшифровке была бы невозможна без самоотверженной квалифицированной работы сотен людей. И в подавляющем большинстве это были женщины-добровольцы с энтузиазмом отдававшие силы своему делу. Как и в Советском Союзе, английские женщины  заменили в тылу призванных в войска мужчин.

В то же время нацистский режим даже в тяжелые военные годы ограничивал женское поприще пресловутыми «киндер» и «кюхе», плюс надзирательницы в концлагерях, плюс, мягко говоря, спецобслуживание воинских контингентов. Фашисты предпочитали рабский труд военнопленных и угнанных в Германию мирных жителей.

Безусловно, главная честь победы принадлежит воинам на полях сражений, но и свободная творческая мысль, беззаветный свободный труд по праву разделяют лавры победителей!

 

Ссылки.

https://en.wikipedia.org/wiki/Cryptanalysis

https://en.wikipedia.org/wiki/Enigma_machine

https://en.wikipedia.org/wiki/Lorenz_cipher

https://en.wikipedia.org/wiki/Alastair_Denniston

http://en.wikipedia.org/wiki/Dilly_Knox

https://en.wikipedia.org/wiki/Gordon_Welchman

https://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Turing,

https://en.wikipedia.org/wiki/Harold_Keen

https://en.wikipedia.org/wiki/Tony_Fasson

https://en.wikipedia.org/wiki/Colin_Grazier

https://en.wikipedia.org/wiki/W._T._Tutte

https://en.wikipedia.org/wiki/Tommy_Flowers