Джон Геривел: Ұлыбританиялық ғалымы және Энигма кодын бұзған сарбаз

Кіріспе

Британдық ғылым тарихшысы және Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде кодтарды бұзған (1918–2011)

Джон Уильям Джеймисон Херивел (29 тамыз 1918 – 18 қаңтар 2011) – британдық ғылым тарихшысы және Блетчли Парктегі Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде кодтарды бұзған маман. Энигманың криптоанализімен айналысқан кодтарды бұзушы ретінде Херивел, ең алдымен, көп ұзамай «Херивелдің ашылуы» немесе «Херивелизм» деп аталған жаңалықты тапқаны үшін есімдеріне іліккен. Херивелизм – бұл идея, Херивелдің ашылуы және оның қолданылуын анықтау әдісі, осы әдіс Херивел квадратын пайдалану арқылы жүзеге асырылды. Бұл Херивелдің «Энигма» шифрлау машинасының неміс операторларының әдет-ғұрыптарын түсінуіне негізделген, бұл Блетчли Паркке күнделікті кілттің бір бөлігін оңай анықтауға мүмкіндік берді. 1940 жылдың мамыр айынан кейін қысқа, бірақ өте маңызды кезеңде «Херивелдің ашылуы» «циллилермен» (операторлардың тағы бір қателік класы) бірлесіп, Энигманы шешудің басты тәсілі болды. Соғыстан кейін Херивел академиялық қызметке ауысты, ғылымның тарихы мен философиясын, әсіресе Исаак Ньютон, Джозеф Фурье және Кристиан Гюйгенс туралы зерттеулер жүргізді. 1956 жылы ол Дублин жоғары оқу орнында ғалым ретінде жұмыс істеу үшін Королева университетінен қысқа мерзімді демалыс алды. Зейнеткерлікке шыққаннан кейін ол Блетчли Парктегі жұмысы туралы «Херивелизм және неміс әскери Энигмасы» атты автобиографиялық еңбек жазды.

Блетчли паркіне қабылдау

Джон Херивел Белфаст қаласында дүниеге келді және 1924 жылдан 1936 жылға дейін Белфаст методистік колледжінде білім алды. 1937 жылы ол Кембридждегі Сидни Суссекс колледжінде математиканы оқу үшін Киченер стипендиясын жеңіп алды, онда Гордон Уэлчман оның ғылыми жетекшісі болды. Уэлчман Херивелді Блетчли Парктегі Үкіметтік кодтар және шифрлар мектебіне (GC&CS) шақырды. Уэлчман Алан Тьюрингпен бірге, Армия және Әуе күштерінің «Энигма» шифрын бұзу үшін жаңадан құрылған 6-шы бөлімде жұмыс істеді. 21 жастағы Херивел 1940 жылғы 29 қаңтарда Блетчлиге келді, ал Алан Тьюринг пен Тони Кендрик оған «Энигма» туралы толыққанды мәлімет берді.

Энигма

Херивел Блетчли Паркте жұмыс істей бастаған кезде, 6-шы бөлім Энигмамен шифрланған хабарламаларды шектеулі түрде ғана шеше алды, көбінесе "Қызыл" деп белгілі Люфтваффе Энигма желісінен келгендерін. Ол Дэвид Риспен, Велчман тартып әкелген тағы бір Кембридж математигімен, жақын жердегі Элмерс мектебінде кандидаттық шешімдерді сынап, плагборд параметрлерін анықтаумен айналысты.

Ерікті ұшы

1940 жылдың ақпан айында Геривель кейбір немiс кодтаушыларының жұмысын жалқау атқаруы салдарынан, күннiң алғашқы хабарламасында Энигма машинасының сақина параметрлерiн (Ringstellung) ашып беруi мүмкiн екенiн сездi. Егер осындай жалқау кодтаушылар бiрнеше болса, алғашқы хабарламадағы Grundstellungs кездейсоқ болмай, керiсiнше Ringstellung параметрiнiң айналасында шоғырланатын болар едi. Осы сезiм "Геривельдiң кеңесi" деп аталды. Сол кезде ол қажет болған жоқ, себебi Люфтваффе хабарламалардың кілттерiн екi рет шифрлегенiмен, Зигальски парақтары сияқты техникаларды қолдануға мүмкiндiк болды. 1940 жылдың мамыр айында немістер екi рет шифрленген кілттерді қолдануды тоқтатты. Басқа әдiстер тиiмдiлiгiн жойғаннан кейiн, Блетчли Парк Люфтваффе хабарларын бұзу үшiн Геривельдiң кеңесiн қолдана бастады. 1940 жылдың тамызында "бомба" жеткiзiлгенге дейiн бұл әдiс басты әдiс болып қала бердi.

Энигма шифрлау тәртібі

Роторлар мен ойықты қамтитын сақинаның орналасуы күнделікті өзгертілді. Баптаулар осы желідегі барлық операторларға ортақ код кітапшасында анықталды. Күннің басында, кез келген хабарлама жіберілмей немесе қабылданбай тұрып, Enigma операторлары күндік роторларды таңдап, сақиналарды орнатты. Үш роторды таңдағаннан кейін, олар сақина баптауларын реттеді. Бұл роторларды білігіне орнатудан бұрын немесе машинаға енгізгеннен кейін жасалуы мүмкін. Жүктелген роторлардың сақиналарын серіппелі ұстағыш штифті оңға жылжытып, роторды бұрап, көрсетілген әріпті көрсету арқылы реттеуге болады. Херивель кем дегенде, кейбір операторлар роторларды машинаға орнатудан кейін сақиналарды реттейтін шығар деп ойлады. Әліппе сақиналарын орнатып, қақпақты жапқаннан кейін оператор роторларды терезелерде сақина баптауларының үш әріпін көрсететін позициялардан едәуір алыстатуы керек еді, бірақ кейбір операторлар олай істеген жоқ. 1940 жылдың ақпан айының бір кешінде үй иесінің оттығының алдында демалып жатқанда Херивельге зор түсінік келді. Роторлар машинада болған кезде сақиналарды орнатқан шаршаған немесе жалқау операторлар сақина баптауларын жоғарыда немесе оған жақын қалдырып, сол үш әріпті күндік алғашқы хабарлама үшін қолдануы мүмкін. Әрбір жіберілген хабарлама үшін жіберуші оператор стандартты процедураны орындайтын. 1938 жылдың қыркүйегінен бастап ол индикаторды шифрлау үшін бастапқы позицияны пайдаланып, оны ашық түрде жіберетін, содан кейін осы баптауда шифрланған хабарлама кілтін жіберетін. Егер жерлік баптау (link=no) GKX болса, онда ол GKX орнатылған роторлары бар Enigma-ны хабарлама баптауларын шифрлау үшін пайдаланатын, ол RTQ болуы мүмкін, ал ол LLP-ге шифрланатын. (1940 жылдың мамырына дейін шифрланған хабарлама баптауы қайталанатын, бірақ бұл Херивельдің түсінігіне ешқандай әсер етпейді.) Оператор роторларын RTQ-ға бұрып, нақты хабарламаны шифрлайтын. Осылайша, хабарламаның преамбуласы шифрланбаған жерлік баптау (GKX) және одан кейін шифрланған хабарлама баптауы (LLP) болады. Қабылдаушы Enigma операторы ақпаратты пайдаланып хабарлама баптауын қалпына келтіріп, содан кейін хабарламаны шифрлай алатын. Жерлік баптау (жоғарыдағы мысалда GKX) кездейсоқ таңдалуы керек еді, бірақ Херивель операторлар жалқау болса, асығып жатса немесе басқа да қысымға тап болса, олар ротордың қазіргі уақытта машинада көрсетіліп тұрған кез келген баптауын пайдалануы мүмкін деп ойлады.

The rotors and the positioning of the ring containing the notch were changed daily. The settings were defined in a codebook that was common to all operators on that network. At the start of each day, before any messages were sent or received, Enigma operators implemented the day's rotor selection and ring settings. Having selected the three rotors, they adjusted the ring settings. That could be done before the rotors were mounted on their axle or after they had been inserted into the machine. It was possible to adjust the ring settings of the loaded rotors by moving the spring loaded retaining pin to the right and turning the rotor to display the specified letter. Herivel thought it likely that at least some of the operators would adjust the rings after they had mounted the rotors in the machine. Having set the alphabet rings and closed the lid, the operator should then have moved the rotors well away from the positions that displayed the three letters of the ring setting in the windows, but some operators did not. Herivel's great insight came to him one evening in February 1940 while he was relaxing in front of his landlady's fire. Stressed or lazy operators who had set the rings when the rotors were in the machine might then have left ring setting at or near the top and used those three letters for the first message of the day. For each transmitted message, the sending operator would follow a standard procedure. From September 1938, he would use an initial position to encrypt the indicator and send it in clear, followed by the message key that had been enciphered at that setting. If the ground setting (link=no) was GKX for example, he would then use Enigma with the rotors set to GKX to encrypt the message setting, which he might choose to be RTQ; which might encrypt to LLP. (Before May 1940, the encrypted message setting was repeated, but that makes no difference to Herivel's insight.) The operator would then turn his rotors to RTQ and encrypt the actual message. Thus, the preamble to the message would be the unencrypted ground setting (GKX), followed by the encrypted message setting (LLP). A receiving Enigma operator could use the information to recover the message setting and then decrypt the message. The ground setting (GKX in the above example) should have been chosen at random, but Herivel reasoned that if operators were lazy, in a hurry or otherwise under pressure, they might simply use whatever rotor setting was currently showing on the machine.

Қосымша негізгі компоненттер

Herivel ақпараты Enigma машинасының сақина параметрлерін көрсеткенмен, Enigma кілтінің басқа бөліктерін көрсетпеді: роторлардың реті мен плагиннің параметрлері. Ол кезде Люфтваффе кілті үшін 5 ротордан таңдау жасалынды, сондықтан 60 түрлі ротор реті болуы мүмкін еді. Бұған қоса, 8-ден 10-ға дейін плагиндік қосылымдар болуы мүмкін, яғни 26 әріптің 6-сы ғана плагиндік арқылы өзгертілмеген. Кодты бұзушылар Enigma кілтінің қалған бөліктерін табу үшін басқа әдістерді пайдалануға мәжбүр болды. Herivel ақпараты "cillies" деп аталатын операторлардың басқа қателіктерімен бірге қолданылып, параметрлерді анықтау және хабарламаларды шифрдан шығару үшін пайдаланылды. Алан Тьюринг құрастырған, "бомбалар" деп аталатын арнайы кодты бұзу машиналары пайдалануға дайын болғанға дейін Herivel ақпараты бірнеше ай бойы қолданылды.

Тану

Гордон Уэлчман Херивелдің кеңесі Блетчли Паркте Энигманы қабылдаудың маңызды бөлігі болды деп жазды. Оның үлесінің маңыздылығына байланысты, Херивел Блетчли Паркіне сапар барысында Уинстон Черчилльге жеке таныстырылды. Ол сондай-ақ 6-шы бөлімге тағайындалған американдықтарға Энгима криптоанализін интенсивті екі апталық курста оқытты. Кейіннен Херивел "Ньюманри" бөлімінде әкімшілік қызметкер болып жұмыс істеді, бұл бөлімнің басшысы, математик Макс Ньюманның көмекшісі ретінде, Colossus компьютерлері сияқты машиналық әдістерді пайдаланып неміс телепринтер шифрларын шешуге жауапты болды. 2005 жылы Энигмамен шифрланған хабарламалар жиынтығын зерттеген ғалымдар 1941 жылдың тамызына қарайғы хабарламаларда Херивелдің болжағандай, кластерленудің пайда болуын анықтады.

Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін

Соғыс аяқталғаннан кейін Херивел бір жыл бойы мектепте математика сабақтарын берді. Кейін ол Белфаст Король университетіне қосылып, Ғылым тарихы мен философиясы бойынша оқырман болды. Оның басшылық еткен студенттерінің бірі актер Саймон Каллоу болды, ол оның туралы былай деді:

Ол Исаак Ньютон, Жозеф Фурье және Кристиан Гюйгенс туралы кітаптар мен мақалалар жариялады. Оның жарияланымдары:

Бұл мақаланың негізінде жасалған зерттеу 1964 жылы Парижде Франция үкіметінің Лондондағы елшілігі арқылы берілген Bourse de Marque стипендиясымен және Белфаст Король университетінің академиялық кеңесінің зерттеу комитетінің грантымен жүргізілді. 1978 жылы ол Оксфордқа зейнетке шығып, Олл Соулз колледжінің мүшесі болды. Оның қызы Жозефина Херивел одан кейін қалды.