Вадим Гребенников - Криптология и секретная связь. Сделано в СССР

В 1939 году советскому ученому В. А. Котельникову была поручена важная государственная задача — создание шифратора для засекречивания речевых сигналов с повышенной стойкостью к дешифровке, заказчиком которой выступало ОПС. Для этого в ЦНИИС была создана лаборатория под руководством В. А. Котельникова по засекречиванию телефонной информации. В основном лаборатория была укомплектована инженерами, которые только закончили институт связи или завершали учебу на этапе дипломного проекта, защищаемого по тематике своей новой работы.

Кроме В. А. Котельникова в работах по секретной телефонии принимали участие Александр Львович Минц (1894–1974), Константин Петрович Егоров (1905–1959) и Виктор Виторский. Ученые пытались обеспечить конфиденциальность передачи информации с помощью созданной ими уникальной многоканальной аппаратуры радиосвязи, которая впервые использовала одну боковую полосу частот. В 1939 году она была установлена на магистрали Москва — Хабаровск.

Идею нераскрываемого шифра В. А. Котельников сформулировал незадолго до войны. Свой закрытый отчет «Основные положения автоматической шифровки», где было впервые представлено строгое обоснование того, что системы шифрования с одноразовыми ключами абсолютно стойкие, он сдал за три дня до начала Отечественной войны. Эта работа, к сожалению, малоизвестная, поскольку так и не вышла в открытой печати.

А через пять лет американский инженер и математик Клод Элвуд Шеннон изложил подходы к построению стойких систем шифрования в своем секретном докладе, датированном 1 сентября 1946 года. В открытой печати его работа появилась в 1949 году.

Из воспоминаний В. А. Котельникова: «Использование одноразового ключа полезно и для засекречивания в телефонии как проводной, так и радио. Только там все гораздо сложнее, и в случае аналоговой передачи спектра речи, не преобразуя его в цифровую, получить абсолютно стойкое засекречивание невозможно. Можно получить высокую степень стойкости, но не абсолютную. При мозаичном шифровании спектра, даже если применяется одноразовый ключ, система остается уязвимой, поскольку каждый „кусочек“ сам по себе оказывается незашифрованным. Поэтому-то важно сделать интервалы и по возможности меньше, но при этом теряется качество передаваемой речи».

Под руководством В. А. Котельникова был разработан первый телефонный шифратор «мозаичного типа», который совмещал в себе частотные преобразования речевого сигнала с перестановками его отрезков по времени. Реализуемые им преобразования были динамическими, т. е. периодически изменялись по закону распределения случайных величин, и потому их раскрытие представляло очень серьезную задачу даже для квалифицированных специалистов. Была предложена система, основанная на квазислучайных (известных только получателю) перестановках временных (сто миллисекунд) отрезков и двух частотных полос с инверсией речевого сигнала. Управление частотными и временными перестановками на передаче и приеме осуществлялось шифратором, который генерировал пять бит гаммы десять раз в секунду.

Из воспоминаний В. А. Котельникова:

«Сначала мы просто „перевертывали спектр“, но быстро поняли, что это легко разгадать. Тогда стали разбивать речь на некоторые „отрезки“ по частоте с инверсией спектра и их „перепутывать“… „перепутывали“ не просто так, как придется, а определенным образом, с помощью шифратора… Был у нас „барабан“, наполненный маленькими шариками, который крутился, и из него высыпались шарики на специальное устройство со штырьками и щелями так, что потом через эти щели шарики случайным образом попадали на две движущиеся телеграфные ленты, которые были наложены одна на другую через „копирку“.

В результате получался на обеих лентах одинаковый рисунок — „дорожки“ из случайно расположенных пятнышек. Затем по этим меткам ленты перфорировались. Одна лента оставалась на „передающем конце“, а вторую мы аккуратненько скручивали и упаковывали в пластмассовую коробочку, которую запаивали, чтобы никто не подсмотрел. Эту процедуру повторяли несколько раз. Таким образом получали два одинаковых набора шифров. Мы их пронумеровывали, и один из наборов отправляли на „пункт приема“. А туда во время сеанса связи секретно сообщали номер шифра, и таким образом на том конце знали, какую из коробочек надо распаковывать, чтобы использовать спрятанный там шифр».

В. А. Котельниковым был разработан первый в СССР полосной «вокодер» (англ. voice coder — голосовой шифратор) с выделением основного тона речи. Работа была доведена до действующего макета, который был испытан и показал возможность использования этого принципа для сжатия речевого сигнала. В ходе этой работы ученым был также предложен и испытан принцип тестирования артикуляции систем передачи речи.