Вадим Гребенников - Американська криптологія. Історія спецзв'язку

Ще влітку, через кілька місяців після того, як Сполучені Штати оголосили війну Німеччині, в компанії почалася робота над секретним проектом щодо можливості зберігання в таємниці повідомлень, переданих телетайпом. Під час досліджень виявилося, що коливання струму в лінії зв'язку могли бути записані за допомогою осцилографу та потім легко перетворені в букви переданого повідомлення. Тому було вирішено внести зміни в з'єднання дротів друкуючого механізму телетайпу. У результаті текст повідомлення шифрувався методом одноалфавітної заміни. У телеграфному відділенні розуміли, що такий захист був занадто слабким, однак нічого іншого придумати не змогли та припинили займатися цією проблемою до тих самих пір, поки Вернам не повідав їм про свою ідею.

Він запропонував використовувати особливості телетайпного коду Бодо, в якому кожний знак складався з п'яти елементів. Кожний з цих елементів символізував наявність (»+») чи відсутність (» —») електричного струму в лінії зв'язку. Таким чином, було 32 різні комбінації «+» і «—». 26 з них повинні були відповідати буквам, а ті, що залишилися, позначали «службові комбінації» (пробіл між словами, перехід з букв на цифри та розділові знаки, зворотний перехід з цифр і розділових знаків на букви, повернення каретки друкуючого пристрою, перехід на новий рядок і холостий хід).

Наприклад, буква «А» позначалася комбінацією «++–», а перехід на цифри та розділові знаки позначався комбінацією «++—++». Закодоване повідомлення набивалося на перфострічці: «+» були дірками, а «—» – їхньою відсутністю. При зчитуванні перфострічки металеві щупи проходили через дірки, замикали електричне коло та посилали імпульси струму по дротах. А там, де на перфострічці знаходився «—», папір не дозволяв цим щупам замкнути коло, і в результаті струмовий імпульс не передавався.

Вернам запропонував готувати перфострічку з випадковими знаками (так звану «гаму») заздалегідь і потім електромеханічно складати її імпульси з імпульсами знаків відкритого тексту. «Гама» – це секретний ключ, що хаотичним набором букв того ж самого алфавіту. Отримана сума являла собою шифротекст, призначений для передачі по лінії зв'язку. Вернам установив таке правило підсумовування: якщо відразу обидва імпульси були «+» чи «—», то підсумковий імпульс буде «-», а якщо ці імпульси різні, то в результаті вийде «+».

Додавання, за сучасною термінологією, здійснюється «за модулем 2» («0» означає знак «—», а 1 – «+»): 0 +0 = 0; 0 +1 = 1; 1 +0 = 1; 1 +1 = 0. Нехай, наприклад, знак «гами» має вигляд: «+—+–» (10100). Тоді буква «А» – «++–» (11000) при шифруванні переходить у двійкову комбінацію «—++–»: (01100) = (11000) х (10100). При розшифруванні ту ж операцію необхідно повторити у зворотному порядку: (01100) х (10100) = (11000) – «++–» – буква «А».

Щоб підсумовувати електроімпульси при шифруванні, Вернам сконструював спеціальний пристрій, що складався з магнітів, реле та струмознімних пластин. А оскільки процедура розшифрування була аналогічна процедурі зашифрування, цей же прилад міг бути використаний і при розшифруванні. Імпульси надходили в пристрій підсумовування з двох зчитувачів: один зчитував «гаму», а інший – відкритий текст. «Плюси» й «мінуси», що отримували на виході, можна було передавати як звичайне телетайпне повідомлення. На прийомному кінці пристрій, винайдений Вернамом, додавав імпульси, що зчитувалися з ідентичної стрічки з «гамою», і відновлював вихідні імпульси відкритого тексту.

Важливість винаходу Вернама полягала в тому, що більше не потрібно було здійснювати зашифрування й розшифрування секретних повідомлень у вигляді окремих операцій. Відкритий текст входив в апарат, що знаходився у відправника повідомлення, і такий же відкритий текст виходив з апарата, що належав одержувачу цього повідомлення. А якщо хто-небудь перехоплював це повідомлення на шляху проходження від відправника до одержувача, то в його розпорядженні виявлялася нічого не значуща послідовність «плюсів» і «мінусів». Тепер, щоб зашифрувати, передати, прийняти та розшифрувати повідомлення, було потрібно прикласти не набагато більше зусиль, ніж при відправленні повідомлення відкритим текстом.

Основна перевага винайденого Вернамом методу засекречування повідомлень полягала не в механічному шифруванні відкритого тексту з наступною печаткою результату на папері, що було здійснено ще на початку 70-х років XIX століття французами Емілем Вінеєм і Жозефом Госсеном. Вернам уперше зумів поєднати два процеси – шифрування та передачу повідомлення. Він створив те, що згодом назвали лінійним шифруванням, щоб відрізняти його від традиційного попереднього шифрування. Вернам звільнив процес шифрування від кайданів часу й помилок, виключивши з цього процесу людину. Видатний внесок, зроблений Вернамом у практику шифрування, полягає саме в тому, що він привніс у шифрувальну справу автоматизацію, що вже встигла до початку XX століття послужити людям у багатьох сферах їхньої діяльності.