Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Rasterschlssel 44 (RS44) (от нем. Raster — сетка, растр и Schlssel — ключ) — ручная техника шифрования, заменившая применявшийся прежде шифр «двойной квадрат» (нем. Doppelkastenschlssel, также известный как шифр Уитстона)[1][2]. RS 44 использовался вооружёнными силами нацистской Германии, начиная с марта 1944 года[3][4][5].
Содержание
История
Шифр использовался низшим командованием вермахта, ввиду того, что оно не имело в распоряжении никакой шифровальной машины, в отличие от среднего и высшего командования (штабы дивизий и выше), которое пользовалось Энигмой[6]. Для низшего командования, включавшего в себя штабы рот и батальонов и находящегося в основном на командно-наблюдательных пунктах, было необходимо применять технику шифрования текста вручную — «карандашом на бумаге». С 1941 года в сухопутных войсках стали применять шифровальную технику двойных квадратов. Ввиду постоянно угрожающей опасности вторжения с Запада, укрепляющегося осознания угрозы и необходимости иметь возможность обмениваться секретными сведениями с командно-наблюдательными пунктами, по приказу Шифровального Центра вермахта 27 марта 1944 года в сухопутных и воздушных войсках был внедрён RS 44. Начиная с 18 октября того же года, был внедрён упрощённый RS 44. Процедура была необходимой в силу того, что прежние инструкции толковались двояко, служащие допускали слишком много ошибок при шифровании, а радисты — при передаче сообщения[4][7].
Над взломом шифра в Блетчли-парке работало в разное время до 150 человек. В нём криптоаналитик Джон Тилтман прочитал десятидневный курс об уязвимостях и подходах к дешифрованию RS44. Так, по захваченным шаблонам британцам требовалось не больше часа, чтобы найти начальную клетку, оставшаяся часть расшифровывалась по рассказанному алгоритму. В августе 1944 года пришел первый успех: удалось восстановить однодневный шаблон и дешифровать 30 сообщений, присланных за сутки. Однако не всегда получалось уложиться в требуемые сроки, и информация теряла свою актуальность. В среднем, было необходимо две недели на успешную дешифровку сообщения. Американские коллеги выделили 20 служащих для взлома RS44, что было недостаточно для потока из тысячи сообщений в сутки[8]. Таким образом считалось, что шифр нельзя взломать, пока передающая сторона не допустит ошибки, снижающей его криптостойкость[9].
Описание RS44
Заголовок
Заголовок зашифрованного сообщения содержал в себе время отправления в формате ЧЧ:ММ, затем шло количество символов в сообщении — от 60 до 200, и завершал заголовок индикатор, то есть четыре неповторяющихся буквы латинского алфавита[10][11].
В случае превышения лимита символов, сообщение полагалось разбить на два независимых зашифрованных сообщения. Если же сообщение содержало меньше 60 символов, в него добавляли случайное слово (Wahlwort) или несколько слов. Чтобы отделить это слово от содержательной части послания, две последних буквы в предшествующем слове и две первых буквы в последующем по отдельности дублировались. Например, Tanneenn Das ist die geheime Nachricht ggeehen, где строка Das ist die geheime Nachricht была секретным сообщением, Tannen и gehen — случайными словами, которые перешли в Tanneenn и ggeehen соответственно.
Четыре буквы в конце заголовка являлись двумя зашифрованными и случайно выбранными биграммами, составленными из букв a, b, c, d, e. Биграммы шифровались при помощи вспомогательной таблички под решеткой (см. таблицу 1)[12][13].
Таблица 1 (биграммная)
| a
|
b
|
c
|
d
|
e
|
| y
|
v
|
f
|
x
|
g
|
| q
|
u
|
j
|
r
|
c
|
| s
|
k
|
t
|
b
|
w
|
| p
|
h
|
d
|
n
|
a
|
| m
|
o
|
i
|
l
|
e
|
Каждая буква из биграммы заменялась на любую из пяти, стоящих в соответствующем столбце. Если буквы в биграммах повторялись, по тем же правилам бралась другая буква, отличная от уже взятой. На самом деле, при шифровании биграмм caeb можно взять fpgu, равно как и jmwv. Если необходимо зашифровать bddd, то можно выбрать uxln или hbrx и т. д.[источник не указан 3181 день]
При декодировании по вспомогательной табличке биграммы однозначно восстанавливаются. Таким образом, заголовок мог представлять собой строку 1804 — 113 — fpgu, что обозначало время отправки сообщения (18:04), количество символов в шифрограмме (113), тип зашифрованной биграммы (caeb).
Подготовка исходного текста
Прежде чем шифровать текст непосредственно решёткой, нужно было его преобразовать. Определённые слова и символы шифровались следующим образом:
Буквосочетания «ck» и «ch» заменялись на «q», умлауты тоже заменялись: — «ae», — «oe», — «ue», — «sz».
Цифры записывались полными немецкими словами, за исключением 2 — «zwo», а не «zwei».
Римские цифры обозначились приставкой «roem». Например, IV — «roemeinsfuenf».
Числительные назывались по цифре, исключения составляли следующие числа:
10, 11, 20, 30, 40, 50, 60 ,70 ,80, 90, 100, 1000 — писались в соответствии с оговорёнными правилами написания букв и буквосочетаний.
12 уже писалось как «eins zwo», 0850 — «nullaqtfuenfnull».
Если стояло больше одного нуля подряд, то происходила замена 00 — «zenta», 000 — «mille», 0000 — «miria». Например, 800 000 — «aqtzentamille или aqtmillezenta».
Знаки пунктуации следовало заменять следующими словами:
- кавычки (Klammer) — «klam»;
- вопросительный знак (Fragezeichen) — «fraq»;
- запятая (Komma) — «koma»;
Пробел — «x» — использовался только в целях однозначно определить написанное или при необходимости записать время. В этом случае следовало разделять часы и минуты символом «x». Во всех остальных случаях текст шифровался без промежутков.
Географические названия реальных мест необходимо было шифровать при помощи специальной прилагаемой таблички, где каждой исходной букве ставилась в соответствие буква из таблицы, аналогично шифрованию биграммы. В шифрованном тексте перед названием ставилось «aa», а после «ee». Для исключения ошибок зашифрованный текст повторялся дважды[14].
Шифрование сообщения
Первым шагом необходимо было выбрать начальную клетку. Это делалось случайным образом, а начальная клетка записывалась в заголовок сообщения двумя зашифрованными биграммами. Так как трафарет выдавался на сутки[15], а передавать за это время требовалось более одного сообщения, то были приняты следующие ограничения на выбор начальной клетки: в первый раз клетка выбиралась произвольно, а биграммы, указывающие на эту клетку, вычеркивались на трафарете косой чертой слева направо и снизу вверх.
Последующие начальные клетки обязывали аналогично вычеркивать соответствующие им биграммы. В случае, если выбранная строка или столбец уже содержала перечеркнутую биграмму, эти буквы перечёркивались вновь, и в следующий раз эту позицию использовать было запрещено.
Когда все пары букв были дважды зачеркнуты, разрешалось взять любую биграмму в качестве определяющей первую клетку[13].
Служащие, которые должны были шифровать текст, получали шаблонный трафарет, который заменяли ежедневно[4][6]. Трафареты выдавались партиями по 31-32 штуки на следующий месяц в середине текущего, однако напрямую служащим они попадали в руки в день (в крайнем случае за день до) отправки сообщения[16]. Трафарет состоял из 25 столбцов и 24 строк[17]. Каждая строчка должна была содержать ровно 10 пустых клеток, расположенных случайно. Строчки нельзя было повторять, равно как и столбцы. Оставшиеся клетки полностью закрашивались[18][19][12]. Подготовленный текст сообщения вписывался только в белые клетки, слева направо. Начальная клетка была зашифрована в биграмме заголовка сообщения. В случае, если начальная клетка оказывалась чёрной, запись начинались с ближайшей правой белой клетки трафарета. Если текст сообщения доходил до конца трафарета, то его продолжение нужно было писать начиная с самой первой пустой клетки сверху[11].
Начальная колонка (пронумерованный столбец в трафарете) служила индикатором того, откуда после нанесения текста на трафарет следовало начинать списывать символы в итоговое сообщение
1804—113 — fpgu
Очевидно, номер начальной колонки — 18. Далее необходимо отсчитать вправо от указанного столбца количество столбцов, равное следующей сумме: это сумма цифр минут и количества символов сообщения. Для упомянутого заголовка посчитаем: (0+4) + (1+1+3) = 9. Двигаемся от 18 колонки на 9 позиций вправо, учитывая, что 18-я колонка отвечает за «раз». Таким образом, попадаем в колонку 24, и с этого столбца списываем сверху вниз буквы. Так и списывается, сначала 24-я колонка, потом 25-я, а затем пишется с 1-й по 23-ю.
Итоговое зашифрованное сообщение составлялось из блоков по пять букв.
После изменений от 18 октября 1944 года, вместо числа, отвечающего за часы отправки, в качестве определяющего начальную колонку стали использовать дополнительную. Она записывалась в конце заголовка[20].
- Шифрование сообщения
Пусть текстом исходного сообщения является следующее:
Panzervormarsch bei Prochorowka beginnt am 1. September um 2:00 Uhr. Artilleriebeschu ist erwartet
(перевод: Танковое наступление под Прохоровкой начинается первого сентября в два часа ночи. Ожидается артобстрел)
Выполняем подготовку текста, заменяем 'ch' на 'q', '2' на 'zwo', '' на 'sz', ставим 'x' между часами и минутами, точку заменяем на 'stop'. Теперь шифруем название места 'Prochorowka' по специальной табличке:
Таблица 2 (географическая)
| a
|
b
|
c
|
d
|
e
|
f
|
g
|
h
|
i
|
j
|
k
|
l
|
m
|
n
|
o
|
p
|
q
|
r
|
s
|
t
|
u
|
v
|
w
|
x
|
y
|
z
|
| z
|
d
|
x
|
o
|
f
|
b
|
u
|
k
|
h
|
p
|
l
|
j
|
y
|
m
|
e
|
t
|
a
|
q
|
v
|
n
|
s
|
w
|
g
|
r
|
i
|
c
|
| c
|
m
|
r
|
z
|
i
|
k
|
x
|
p
|
h
|
j
|
l
|
q
|
v
|
g
|
a
|
d
|
f
|
o
|
s
|
u
|
y
|
b
|
w
|
n
|
e
|
t
|
Получаем:
panzervormarsq bei aa tqexkeqeglz tqexkeqeglz ee beginnt am ersten September um zwo x zenta uhr stop Artilleriebesqusz ist erwartet
Так как ячейка caeb — чёрная, двигаемся вправо до deeb. Начиная с этой ячейки вписываем подготовленный текст. Так доходим до крайней правой нижней cbec, и затем продолжаем сверху, с dacb. Таким образом, последняя буква попадает в aaae. Теперь вспоминаем номер начальной колонки — 18+9 = 24, и списываем со столбца 24 все буквы, начиная с верхней. Повторяем с 25-й, затем 1-я, 2-я и так до 23-й.
Таблица 3
| 24
|
25
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
| appz
|
reie
|
gee
|
nswog
|
nsuia
|
mhatq
|
bmzzk
|
tusrmal
|
| 7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
| mzltg
|
te
|
tr
|
eerq
|
spteqk
|
es
|
naerb
|
ealu
|
| 15
|
16
|
17
|
18
|
19
|
20
|
21
|
22
|
| xtxee
|
eeosrez
|
erboiqex
|
nerva
|
tae
|
tqe
|
rinsq
|
wztl
|
| 23
|
|
|
|
|
|
|
|
| itbre
|
|
|
|
|
|
|
|
Последний шаг — разбиваем на группы по 5 букв:
Таблица 4
| appzr
|
eiege
|
enswo
|
gnsui
|
amhat
|
| qbmzz
|
ktusr
|
malmz
|
ltgte
|
treer
|
| qspte
|
qkesn
|
aerbe
|
aluxt
|
xeeee
|
| osrez
|
erboi
|
qexne
|
rvata
|
etqer
|
| insq
|
wztlit
|
bre
|
|
|
Остается записать заголовок и зашифрованное сообщение готово[3].
- Расшифровка сообщения
Смотрим в заголовок:
18:04 113 fpgu
При помощи вспомогательной таблицы 1, fpgu однозначно дает caeb. На трафарете ищется эта ячейка, и начиная с ближайшей правой пустой отсчитывается 113 ячеек. Так как ячеек гарантировано по 10 в каждой строке, несложно найти сразу конечную (содержащую последний символ сообщения) ячейку: 3 + 11*10 — то есть 3 ячейки в строке eb, далее 11 строк, полностью заполненных символами. Таким образом, получаем, что aaae — последняя ячейка, содержащая символ. Все остальные — заведомо пустые (строки с be до ячейки caeb) — вычеркиваются[5].
Далее вычисляем начальную колонку: 18 со сдвигом на (0+4+1+1+3) — 24-я. Теперь из зашифрованного сообщения посимвольно вписываем буквы в пустые незачеркнутые ячейки с самой верхней, то есть вписываем a, p, p, z. Далее ищем 25-ю колонку, повторяем действия, 1-ю, 2-ю и так далее. Когда все буквы вписаны в ячейки, возвращаемся к начальной и справа налево списываем текст. Осталось только расшифровать название географического места. Оно зашифровано между буквами aa и ee. Каждому символу из tqexkeqeglz поставлен в соответствие один символ из специальной таблицы 2, и, аналогично биграммам в заголовке, мы получаем Prochorowka. Повторяющееся слово Prochorowka и выделительные биграммы aa и ee удаляются из расшифрованного сообщения, производятся мелкие замены букв и умлаутов, и расшифрованное сообщение готово.
Криптостойкость
Шифр считался вычислительно стойким в годы войны[21]. Статистика тех лет показала, что за апрель 1945 года из 12 000 полученных сообщений только 3 500 удалось прочесть, что составляет 29 %, в то время как аналогичные показатели для Энигмы были равны 79 %[22].
К факторам уязвимости можно отнести следующие:
- Человеческий фактор: ошибки во время шифрования приводили к тому, что исправленное сообщение приходилось посылать снова с использованием того же шаблона. Послание отличалось от предыдущего всего несколькими символами. Менялась только начальная клетка[23].
- Захват шаблонов: в случае попадания ключа в руки союзников, все сообщения расшифровывались по описанному алгоритму с использованием захваченного образца, пока передающая сторона не меняла его на новый.
- Ограниченность ресурсов: для изготовления шаблона использовалось 36 различных готовых шаблонных рядов с 10 пустыми клетками в каждом. Из них было необходимо изготовить трафарет, состоящий из 24 строчек. Это приводило к повторам в новых экземплярах шаблонов[24][25].
Считалось, что для успешной дешифровки сообщения нужно было знать минимум 30-40 символов исходного текста. Для сравнения, 8-20 букв было достаточно для взлома Энигмы при помощи Turing Bombe[26][8].
|
|