Шифр замены и его применение
Во многих кинофильмах, посвященных ВОВ, на экране появляется клочок бумаги с ровненькими столбиками цифр – шифровка. Кто-то из читателей скажет: «Нет-нет, я и смотреть на такое не стану». Вот если в руки попадет документ с ограниченным доступом, ясно указанным, а доступа нет, тогда точно читать не стоит, надо бояться смотреть даже. Так как же наши прадеды, безо всяких шифровальных машин, компов и интернета, шифровали «на коленке»?
Составляется текст донесения: максимально коротко, слова подбираются максимально содержательно и точно, никаких оценочных категорий (много – мало, тепло – холодно, быстро – медленно и т.п.). Все похищенные материалы, образцы, карты и т.п. – передавали отдельным каналом, через партизан, курьерами или еще как-то, но это долго. Донесение утверждает командир.
Теперь каждую букву текста донесения нужно заменить на цифровую группу длиной в 5 цифр. Для этого можно использовать книжку, художественную, можно прозу, а можно и стихи. Нельзя использовать такие книжки, на которые враг отреагирует агрессивно, например: Манифест Коммунистической партии. Язык, на котором составлено донесение, должен соответствовать языку книжки. Такая книжка называется: шифр-книга. Таких книжек должно быть две: абсолютно идентичных – для отправителя и получателя. Шифровальщих, открыв книгу, ищет в тексте нужную букву из донесения. Две цифры – номер страницы, две – номер строчки сверху вниз, одна цифра – номер буквы в строчке. Получившуюся 5-ти цифровую группу шифровальщик записывает на отдельный листик. Следующая буква – следующая группа цифр – записывается правее. Допустим, что на листик помещается пять цифро-групп – это первый ряд цифр шифровки – будет в пять столбиков. Шестую, переходя на новую строчку, записывают под первой группой – так образуется первый столбик. И т.д. до самого конца донесения.
Букв всего 32. Так нельзя ли каждую букву перенумеровать двухзначной цифрой? Конечно можно! Но в каждом языке есть своя статистическая закономерность встречаемости каждой буквы в тексте любого содержания. Т.о. в тексте шифровки будут повторяющиеся цифры. Сначала самую частую цифру заменяют самой частой буквой, менее частую – менее частой. Если цифра больше 32, то это не зашифрованная буква, а цифра открытым текстом, например: время или день. При дешифровки нужно проявлять сообразительность и догадливость. В конечном итоге таблица соответствия (нумерация букв алфавита) будет раскрыта. Книга нужна для «убивания» статистической повторяемости – каждый раз повторяющуюся букву шифровальщик обязан искать по-новой. Т.о. буква та же, а цифровая группа будет другая – для другого места такой же буквы в шифр книге. Т.о. в шифровке не будет ни одной цифро-группы, повторившейся хотя бы дважды.
На экранах кинофильмов в кадре чистенький белый листик, аккуратно и ровно исписанный столбцами цифр – важно ли это? Важно, для усиления драматургического эффекта воздействия на зрителя. А в реальности? В реальности составленную шифровку шифровальщик передавал связисту. Когда шифровка аккуратно записана, связисту легче «отстучать» в эфир. Связист – это самое уязвимое звено в цепи: передавать приходилось при свечке, аккумуляторы вот-вот сядут в ноль. А как Вы себя чувствуете, когда смартфон начинает отключаться? С момента первого писка в эфире радиостанцию связиста пеленгуют и место нахождения работающей радиостанции передают группе захвата, которая галопом мчится к месту. Последние цифрогруппы радисты передавали под свистом пуль, сжигали листок шифровки и… последняя граната – на рацию, на себя и окруживших врагов. Бывало, что радисты попадали в плен. Но радист никогда не знал алгоритма шифровки (шифра), иногда не знал и шифровальщика в лицо – шифрограммы передавали связистам через тайники или посредников (курьеров).
Шифровальщик знает все содержание всех шифрограмм всех переписок за весь период времени и все применявшиеся шифры. Связист (радист) знает частоту и режим связи. Шифрограмму видит, пока передает, а потом сжигает. Почему шифровки не передавали голосом? Передавали и голосом! Но азбукой Морзе: это писк в радиоэфире – он есть или нет, длинный или короткий. Чем дальше расстояние, тем слабее сигнал и больше помех: расслышать писк легче, чем разобрать голос. Да и звуковая частота писка выбирается не случайно. Для старшего поколения: вспомните сигнал «Маяка» в 6 утра – слышно было через десять стен. Или сигналы точного времени. А можно передавать по цепочке? И так делали! Радист разведчиков передавал на рацию партизанского отряда в пригородных лесах, те передавали на рацию на передовой КА, те на рацию тылового штаба, а те на рацию РЦ фронта… - длинновато, повышается вероятность ошибок, сколько сеансов связи, каждый из которых строго по регламенту – надо ждать, уходит время.
Шифровка – перевод текста в шифровку, расшифровка – перевод шифровки в текст, дешифровка – взлом алгоритма перевода. Взлом шифра позволяет не только читать донесения, но и писать фальшивые. На этот случай корреспонденты договариваются заранее о ряде мер предосторожности. Такие меры не имеют никакого отношения к шифру, т.к. разрабатываются на случай, когда шифр уже в руках противника.
Одна из сторон корреспонденции может быть арестована силами противника, т.о. может быть установлена шифр-книга (в длинном ряду похожих книжек на полке). И что теперь? В годы ВОВ наши разведцентры (РЦ) создавали шифр блокноты. Что это? Обычный блокнот, листы которого исписаны столбиками цифрогрупп. Такие блокноты изготавливали в РЦ заранее: строго в двух идентичных экземплярах. И сами блокноты и страницы в них строго пронумерованы. Один экземпляр шифровальщику ДРГ, другой - в шифровальный отдел РЦ.
Составив шифровку, шифровальщик перешифровывал ее повторно с использованием строго определенного листа блокнота. Давайте попробуем. На стол (на коленку) положить листик шифровки. Аккуратно вырвать нужный лист шифр-блокнота и положить сверху на лист шифровки: только первая строка цифр шифровки должна быть видна, ниже лежащие строки должны быть закрыты листом из блокнота – это расположение по-вертикали. А по горизонтали: каждая группа с листа блокнота должна быть под соответствующей ей группой из шифровки. Замечание: если в блокноте цифрогруппы в три столбика, то и шифровку нужно было писать в три столбика. Теперь берем третий листик бумаги – чистый. Его положим сверху так, чтобы он закрывал все нижние строки блокнота, кроме первой. Дальше обыкновенное арифметическое сложение цифрогруппы шифровки с цифрогруппой из блокнота: результат записываем в соответствующее положение на чистый листик. Замечание: если в результате сложения образуется цифра больше 9, наприме: 14, то единица просто выбрасывается (не замечается), а в результат записывают 4. Пример: 58421 (в шифровке) + 74259 (в блокноте) = 22670. При условии отбрасывания десяток – не важно, как Вы складываете: справа налево, как и положено в арифметике или слева направо – результат идентичен. Получатель получит цифровую группу 22670, вырвет идентичный листик блокнота и проведет арифметическое вычитание. Естественно, при вычитании из меньшего числа большего: к уменьшаемому добавляется 10, например: 2-5 = не -3, а 12-5=7 – это правильный ответ. Пройдя первую строку шифровки, шифровальщик загибал (заворачивал, перегибал) листик блокнота с отработанной строчкой и первой видимой становилась уже вторая строчка листа блокнота, подкладывал под вторую строчку шифровки и накрывал своим листом, куда записывал результаты так, чтобы нижние строчки шифроблокнота не были видны. Снова складывал каждую пару цифрогрупп и снова записывал результат сложения в соответствующее место на своем листике результатов.
Шифровка всегда получается с «недописанной» последней строчкой. Если передавали на бумаге со связным (курьером) – дописывали мусором, если по радио – ничем не дописывали. Промежуточный радист мог записать принятую шифрограмму в два столбика (другой бумаги не было) – да хоть в один, лишь бы без ошибок в цифрах и последовательности цифрогрупп. Только в конечном пункте получателя шифровальщик найдет нужный лист нужного блокнота и перепишет полученное во столько столбиков, сколько в листе блокнота. После арифметических манипуляций – свой экземпляр шифр-книги.
Естественно, расшифрованный текст не будет содержать ни знаков препинания, ни пробелов слов. Составлять донесение нужно так, что бы без знаков препинания ясно было: где конец предложения. Шифровальщик получателя самостоятельно заполняет бланк шифрограммы человеко-понятным сообщением и… докладывает начальнику. Есть определенный предел вольности шифровальщика – он настолько минимален, насколько это возможно. Передавали и знаки препинания! Но наличие (или отсутствие точки), что выглядит как несущественная погрешность – заранее оговоренный знак опасности. К/ф «Вариант Омега». А может быть и употребление слова с оговоренной грамматической ошибкой и т.д.
В указанном к/ф советский разведчик находился в охраняемом особняке абвера и весь персонал от гувернанток и охранников строго инструктировались. Все часы в доме перевели на час вперед. Т.о. при регламенте выхода в эфир в 11 часов на самом деле было только 10 часов – наш разведчик «отстукивал» радиограмму, но не в эфир, а в соседнюю комнату на магнитофон. У противника был целый час на анализ и корректировку радиограммы и в эфир она выходила точно в 11 (с магнитофона). Если интересно, то лучше посмотреть сам фильм. А я акцентировал на применении магнитофона, что бы продолжить тему. После окончания ВОВ и госсистема, и военные, и все народнохозяйственные отрасли постарались извлечь максимум поучительного из уроков войны. Предварительная запись морзянки на магнитофон позволяла в дальнейшем, при передаче в эфир ускорить, скажем: в 10 раз, что означает сократить время в эфире и вероятность точного пеленга. Принимали также, на магнитофон, а затем замедляли воспроизведение в те же 10 раз, слушали и записывали.
Автоматизация процесса шифрования и расшифрования: электро-механическая немецкая шифровальная машина «Энигма». Начали в время войны, а после в советской госсистеме и в войсках появилась собственная шифровальная техника: ЗАС (засекречивающая аппаратура связи). Автоматизация процесса позволяла менять сам шифр (алгоритм шифрования, засекречивания) с использованием не более одного раза. Общий объем передаваемых сведений резко возрастал. В годы ВОВ войсковой приказ, скажем: 10 страниц печатного текста – невозможно шифровать «на коленке» - передавался только курьером спецсвязи (фельдъегерем). Здесь опасность доставки с опозданием или перехвата курьера силами противника, еще хуже: подмены курьера и приказа.
Естественно озадачились формированием списков слов русского языка. Словарный состав в 60 тысяч слов признается достаточным для любых текстов на любом развитом языке. В реальности 10-20 тысяч слов вполне хватает для передачи точного смысла в любой теме сообщения. Для шифрования тематически определенного текста применяются гораздо меньшие словари (по своим отраслям – по своему слэнгу терминов). Слова в таком словаре достаточно перенумеровать и слово – это все та же пятицифровая группа. Список слов языка можно обнаружить в любой программе проверки орфографии. Можно его существенно сократить и/или предусмотреть добавление слов в список в процессе эксплуатации – upgrade словаря. Тут уж корреспонденты должны немедленно синхронизировать свои словари.
Арифметические операции для современного компьютера, даже с коррекцией на правило отброса/дополнения 10 – как глазом моргнуть, да и любые операции с цифровыми массивами данных. Т.о. даже при постоянстве исходного словаря, можно использовать многократное перешифрование: лист1, затем аналогично через лист2, затем через лист3. Последовательность листов – тоже шифр – можно не определять заранее, а послать по другому каналу, другим способом. Когда и если у шифровальшика получателя сойдутся все «части головоломки», то и голову ломать не о чем: ввести в комп, задать конфигурацию (где-что) и прога сделает все манипуляции сама. Шифры, как и шифрограммы - ни при каких обстоятельствах никогда не могут попасть в руки не то, что противника, а самых верных и преданных друзей – это не обсуждается! Или принимается и выполняется, или никак.
Шифровальщики – особая каста, подчинение только и лично командиру/командующему. И те могут приказать только в рамках полномочий. Любые вопросы о шифрах или режимах – за рамками полномочий, всегда. Шифровальщик всегда имеет своего вышестоящего начальника в вышестоящем органе (в гражданских организациях частной формы собственности шифровальщик сам себе хозяин). Шифровальный отдел всегда часть особой структуры управления – штаба, канцелярии, аппарата. Шифровальщик – пожалуй, единственный служащий (военнослужащий), имеющий бесспорное право и реальную возможность беспокоить своего начальника в любое время, при любой обстановке, вне всяких там ожиданий и фильдеперсов вежливости. Но если доклад окажется надуманной глупостью – тут уж вполне в компетенции начальника (командира) навесить шифровальщику, чтоб не зазнавался. Следует заметить, что ярость начальника вберет в себя и все предыдущие случаи, так что лучше никогда не давать начальнику таких поводов.
Описанный метод шифрования – шифр замены – можно найти в любом учебнике по криптографии. А раз уж я упомянул слово crypt – шифр, то замечу, что шифровальщик – это техник, по сути, выполняющий предписанные алгоритмы и режимы засекречивания. Шифровальщик есть (или должен быть) в каждой организации (и ее подразделении), участвующей в засекреченном обмене информацией. Несекретные документы – это специально изданные документы для целей их публичного представления. Любой иной документ всегда имеет свои основания ограничения доступа и должен содержать соответствующий «гриф ограничения». На «линейке мастеров» есть криптографы – люди, занимающиеся дешифровкой (взломом), подбором из числа вновь разработанных алгоритмов, аппаратуры и режимов - наиболее подходящих для принятия в эксплуатацию шифровальщиками, иными вопросами. Криптологи занимаются исключительно научной разработкой новых шифров или анализом уязвимостей и совершенствованием старых шифров, иными вопросами. Сегодня развивается квантовый подход и сверхмелкие (нано) технологии производства материалов в архитектуре процессоров, каналах передачи данных, да и в самих шифрах. Но и описанный шифр [замены] «на коленке» не утратил своей криптостойкости, а вместе с тем и простоты применения.
В заключение замечу, что не располагаю программой, но весьма в ней заинтересован. Мне нечем платить и заказывать такую прогу. Если кого-то из программистов заинтересовала тема – прошу взяться на собственном энтузиазме. Слово – если знаю, то всегда скажу, только спрашивайте. Готовый программный продукт полная собственность программиста, никаких соавторств! Для легального распространения (продажи) готовой проги автору придется зарегистрировать, как программное средство засекречивания данных. Я б лишь надеялся на легальный экземпляр (не коммерческого использования и без права распространения любым способом) даром.
Благодарю за внимание.
РФ, г.Ростов-на-Дону
Борчанкин С.Г.
13.09.2024 № 056