Джон Геривел: Историк науки и взломщик «Энигмы» времён Второй мировой войны.

Введение

Джон Уильям Джеймисон Херивел (29 августа 1918 – 18 января 2011) – британский историк науки и дешифровщик кодов Второй мировой войны, работавший в Блетчли-парке. Как специалист по криптоанализу шифра «Энигма», Херивел наиболее известен открытием, которое вскоре получило название «подсказка Херивела» или «херивелизм». «Херивелизм» заключался в идее, самой «подсказке Херивела» и методе определения её применимости с помощью «квадрата Херивела». Он основывался на понимании Херивелом особенностей работы немецких операторов шифровальной машины «Энигма», что позволяло Блетчли-парку относительно легко восстанавливать часть ежедневного ключа. В короткий, но критический период после мая 1940 года «подсказка Херивела» в сочетании с «чили» (ещё один тип ошибок операторов) была основным методом взлома «Энигмы». После войны Херивел занялся академической деятельностью, изучая историю и философию науки в Королевском университете Белфаста, в частности, работы Исаака Ньютона, Жозефа Фурье и Христиана Гюйгенса. В 1956 году он временно покинул Королевский университет, чтобы работать научным сотрудником в Институте перспективных исследований в Дублине. На пенсии он написал автобиографическую книгу о своей работе в Блетчли-парке под названием «Херивелизм и немецкая военная «Энигма»».

Наем в Блетчли Парк

Джон Херивел родился в Белфасте и учился в Методистском колледже Белфаста с 1924 по 1936 год. В 1937 году он получил стипендию Китченера для изучения математики в Сидни Суссекском колледже Кембриджского университета, где его научным руководителем был Гордон Уэлчман. Уэлчман завербовал Херивела в Правительственную школу шифров и кодов (GC&CS) в Блетчли-парке. Уэлчман работал с Аланом Тьюрингом в недавно сформированном подразделении Hut 6, созданном для взлома шифров Энигма, используемых армией и авиацией. Херивелу, которому тогда было 21 год, прибыл в Блетчли 29 января 1940 года, где Алан Тьюринг и Тони Кендрик проинструктировали его об Энигме.

Энигма

В то время, когда Херивел начал работу в Блетчли-парке, Hut 6 добивался лишь ограниченного успеха в расшифровке сообщений, зашифрованных машиной Enigma, в основном из сети Enigma Люфтваффе, известной как "Красная". Он работал вместе с Дэвидом Рисом, ещё одним математиком из Кембриджа, завербованным Уэлчманом, в расположенной поблизости школе Элмерса, проверяя возможные решения и подбирая настройки вилки (штекера).

Наконечник хривеля

В феврале 1940 года Херивель пришел к выводу, что некоторые небрежные немецкие шифровальщики могли раскрыть настройки колец Энигмы (Ringstellung) в своем первом сообщении дня. Если таких небрежных шифровальщиков было несколько, то первое сообщение Grundstellung не было бы случайным, а имело бы тенденцию к группировке вокруг Ringstellung. Этот вывод стал известен как "подсказка Херивеля". В то время он не был востребован, поскольку Люфтваффе дважды шифровали свои ключи сообщений, что позволяло использовать такие методы, как листы Зигальски. В мае 1940 года немцы прекратили использование двойного шифрования ключей. Поскольку другие методы перестали быть эффективными, Блетчли-Парк начал использовать "подсказку Херивеля" для взлома сообщений Люфтваффе. Этот метод оставался основным до поступления машины "бомба" в августе 1940 года.

Процедура шифрования Энигмы

Роторы и положение кольца с выемкой менялись ежедневно. Настройки определялись в кодовой книге, общей для всех операторов этой сети. В начале каждого дня, до отправки или получения каких-либо сообщений, операторы «Энигмы» устанавливали выбор роторов и настройки кольца. Выбрав три ротора, они регулировали кольца. Это можно было сделать до установки роторов на ось или после их вставки в машину. Было возможно регулировать кольцевые настройки загруженных роторов, перемещая пружинный фиксатор вправо и поворачивая ротор до отображения нужной буквы. Херивель полагал, что по крайней мере некоторые операторы настраивали кольца уже после установки роторов в машину. После установки алфавитных колец и закрытия крышки оператор должен был переместить роторы далеко от позиций, на которых в окнах отображались три буквы настройки кольца, однако некоторые операторы этого не делали. Важное озарение пришло к Херивелю одним февральским вечером 1940 года, когда он отдыхал у камина своей хозяйки. Операторы, находящиеся в стрессе или проявляющие лень, которые устанавливали кольца, когда роторы находились в машине, могли оставить настройку кольца на исходной позиции или близко к ней и использовать эти три буквы для первого сообщения дня. Для каждого отправляемого сообщения оператор следовал стандартной процедуре. Начиная с сентября 1938 года, он использовал исходную позицию для шифрования индикатора и отправлял его открытым текстом, за которым следовал ключ сообщения, зашифрованный в этой позиции. Например, если исходная настройка (link=no) была GKX, он использовал «Энигму» с роторами, установленными на GKX, для шифрования настройки сообщения, которую он мог выбрать как RTQ, которая могла быть зашифрована как LLP. (До мая 1940 года зашифрованная настройка сообщения повторялась, но это не имеет значения для понимания Херивеля.) Затем оператор поворачивал роторы на RTQ и шифровал само сообщение. Таким образом, преамбулой сообщения была незашифрованная исходная настройка (GKX), за которой следовала зашифрованная настройка сообщения (LLP). Оператор «Энигмы», принимающий сообщение, мог использовать эту информацию для восстановления настройки сообщения и последующей дешифровки сообщения. Исходная настройка (GKX в приведенном выше примере) должна была выбираться случайным образом, но Херивель предположил, что если операторы ленивы, спешат или находятся под давлением, они могли просто использовать текущую настройку роторов, отображаемую на машине.

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.

Дополнительные ключевые компоненты

Хотя подсказка Херивеля предоставляла настройки колец Enigma, она не предоставляла другие части ключа Enigma: порядок роторов и соединения шифвальной панели. В то время в Люфтваффе использовали 5 роторов, поэтому существовало 60 возможных комбинаций порядка роторов. Кроме того, на шифвальной панели могло быть от 8 до 10 соединений, что означало, что все, кроме 6 из 26 букв, переставлялись ею. Криптоаналитикам приходилось использовать другие методы для определения оставшихся частей ключа Enigma. Подсказка Херивеля использовалась в сочетании с другим типом ошибок операторов, известным как "чили", для определения настроек и дешифровки сообщений. Подсказка Херивеля применялась в течение нескольких месяцев, пока специализированные машины для взлома кодов, разработанные Аланом Тьюрингом, так называемые "бомбы", не были готовы к использованию.

Признание

Гордон Уэлчман писал, что подсказка Херивеля была важнейшей частью взлома "Энигмы" в Блетчли-парке. Ввиду значимости его вклада, Херивель был отмечен и представлен Уинстону Черчиллю во время посещения Блетчли-парка. Он также обучил американских специалистов, направленных в 6-ю хижину, криптоанализу "Энигмы" в рамках интенсивного двухнедельного курса. Позже Херивел работал в администрации "Ньюманри" – подразделения, отвечавшего за расшифровку немецких телеграфных шифров с использованием машинных методов, таких как компьютеры "Колосс", в качестве помощника руководителя подразделения, математика Макса Ньюмана. В 2005 году исследователи, изучавшие набор сообщений, зашифрованных "Энигмой" во время Второй мировой войны, обнаружили кластеризацию в сообщениях за август 1941 года, что соответствовало предсказаниям подсказки Херивеля.

После Второй мировой войны

После окончания войны Херивел преподавал математику в школе в течение года, после чего поступил в Королевский университет Белфаста, где стал доцентом по истории и философии науки. Одним из его аспирантов был актер Саймон Каллоу, который говорил о нем следующее:

Он опубликовал книги и статьи об Исааке Ньютоне, Жозефе Фурье и Кристиане Гюйгенсе. Его публикации включают:

Исследование, на котором основана эта работа, было проведено в Париже в 1964 году при поддержке стипендии Bourse de Marque, предоставленной французским правительством через его посольство в Лондоне, и гранта от Комитета по исследованиям Академического совета Королевского университета Белфаста. В 1978 году он вышел на пенсию и переехал в Оксфорд, где стал членом колледжа All Souls. Его пережила дочь Жозефина Херивел.