Сороковые, роковые... и созидательные. От прикладных задач в области шифрования к фундаментальной науке

BIS Journal №1(44)/2022

22 марта, 2022

Сороковые, роковые... и созидательные. От прикладных задач в области шифрования к фундаментальной науке

Если в Первой мировой войне криптографический фронт лишь впервые заявил о себе, что прозвучало хотя и ярко, но не слишком громко, то во время Второй мировой войны этот фронт простирался уже за тысячи километров от линий боевого соприкосновения и глубоко затрагивал многие стороны государственной жизни.

Сороковые годы прошлого столетия стали временем демонстрации выдающейся роли криптографии в сфере военного управления. Вскоре последовало и признание её оборонной значимости наравне с ракетно-ядерным оружием.

 

ВЫРОСЛА ЗНАЧИМОСТЬ ДЕШИФРОВАЛЬНОЙ РАБОТЫ

Поскольку противоборствующие стороны активно внедряли шифрование на своих линиях связи, то возросла и значимость дешифровальной работы. В предшествующий и начальный период Великой Отечественной войны такая работа в СССР велась специально созданными подразделениями НКВД, ГРУ Генштаба РККА и в дешифровально-разведывательной службе ВМФ. По мобилизации в состав Генштаба была зачислена большая группа молодых математиков, физиков, инженеров, лингвистов, немало из которых имели учёные степени кандидатов наук. В дальнейшем они сыграли существенную роль в развитии криптографии и в подготовке специалистов-криптографов.

Среди этой группы были В. С. Полин, Г. И. Пондопуло, М. И. Соколов и многие другие. Их свежие идеи вскоре пригодились. Так, В. С. Полин (1907–1975) стал конструктором и организатором применения вспомогательного оборудования для дешифрования. Эта техника тогда представляла собой отдельные релейные или многоламповые устройства, облегчавшие трудоёмкие процессы статистического анализа материалов шифрперехвата. В условиях нехватки кадров основной упор в дешифровальной работе по военной линии был сделан на вскрытие шифрпереписки войсковых сетей немецкой армии, органов военной разведки и войск СС, а также переписки немецкой полевой полиции и жандармерии.

В ноябре 1942 года дешифровальная служба военной разведки была передана из Генштаба в НКВД. В декабре 1942 года на базе прежних школ Генштаба и НКВД, готовивших дешифровальщиков, организовали Специальную школу Пятого Управления НКВД в составе двух отделений с 10-месячным сроком обучения и был создан Криптографический совет. Два отделения школы готовили кадры для дешифрования военной и дипломатической переписки соответственно. В этой спецшколе в 1943 году был издан первый «Криптографический сборник» под редакцией Б. А. Аронского, С. С. Толстого и А. В. Австриакова. Сборник содержал 13 статей с описанием аналитических методов раскрытия ручных шифров и кодов. Специальная школа и криптографические подразделения, находившиеся в Уфе, подчинялись А. И. Копытцеву, в недавнем прошлом аспиранту мехмата МГУ, уже ставшему одним из руководителей дешифровальной службы НКВД.

 

КРИПТОГРАФИЧЕСКИЙ ЩИТ ОТЕЧЕСТВА

При всей значимости дешифровальной работы особой государственной заботой являлось обеспечение секретности при передаче важной информации по каналам связи. За годы войны только шифровальная служба Генштаба РККА разослала нижестоящим штабам и войскам порядка 3,2 млн комплектов шифрдокументов.

Криптографы противоборствовавших сторон проделали гигантскую работу по обеспечению безопасности проводной связи и радиосвязи для военных и гражданских нужд в масштабах значительной части земного шара. Ведь шифрование применялось даже в такой неожиданной области, как передача метеосводок. Как и во всех воевавших государствах, в СССР связь по линии Гидрометеослужбы была засекреченной, поскольку эта информация представляла большую ценность. Документ с интернет-сайта «Память народа» на илл. 1 свидетельствует о приоритетной передаче телеграмм с гидрометеоданными.

Иллюстрация 1. Директива ГУ Связи Красной Армии. Документ с сайта «Память народа»

 

Во фронтовых условиях для связи использовали ПГМТ – переговорные гидрометеотаблицы, одна из них представлена на илл. 2.

Иллюстрация 2. Переговорная гидрометеорологическая таблица периода Великой Отечественной войны. Документ с сайта «Память народа»

 

В свободных клетках таблицы (слева и вверху) записывали двузначные числа – очередной ключ шифра. Таким образом, каждая внутренняя клетка таблицы получала четырёхзначное числовое обозначение, и прогноз погоды можно было передать последовательностью четырёхзначных числовых групп.

 

Дополнение для тех, кому интересно

Как применять практически такую таблицу, посмотрим на примере. Предположим, что 10 клеток свободного левого столбца (назовём его ключевым столбцом) заполнены сверху (пропуская самую верхнюю клетку) вниз парами чисел 90, 85, 13, 40, 37, 50, 58, 00, 10, 03, а 10 клеток свободного верхнего ряда (назовём его ключевым рядом) заполнены слева (пропуская самую левую клетку) направо парами чисел 80, 75, 05, 40, 49, 38, 25, 90, 03, 08, и расшифруем такое начало сообщения:

5008 0338 5049 9080 3749 9049 1049 1038 8540 5849 1038 9080 1380 9090 [1] …

Каждую четырёхзначную группу чисел мысленно разобьём на две пары.

Первую пару ищем в ключевом столбце, а вторую – в ключевом ряду. Первая группа чисел 5008 составлена из пары 50, стоящей на шестом месте в ключевом столбце, и пары 08, стоящей на десятой позиции в ключевом ряду. Поэтому расшифровку для 5008 мы должны найти в клетке, расположенной на пересечении шестой строки и десятого столбца таблицы. Там указано «прогноз погоды». Для группы чисел 0338 смотрим пересечение десятой строки и шестого столбца таблицы, там стоит «на». Аналогично расшифруем 5049 как «14», здесь из трёх вариантов мы по умолчанию указаний выбрали первый. Для 9080 имеем значение «буквенная передача». Стало быть, далее будет возможен выбор, и следует выбирать буквенный вариант. Действительно, для 3749 возможны либо число «13», либо буква «о», либо «окопы», выбираем «о». Для 9049 находим «к», для 1049 – «т» и т. д. В результате читаем: «Прогноз погоды на 14 октября...».

 

ОСНОВНАЯ НАГРУЗКА ЛЕГЛА НА МАШИННУЮ ШИФРСВЯЗЬ

Велика, разумеется, была потребность в шифровальных кадрах. За время ВОВ Курсы усовершенствования командного состава, а также учебные команды фронтов и военных округов подготовили и отправили на фронт более 5 тысяч специалистов-шифровальщиков.

Чувствителен был недостаток специалистов высокой квалификации, способных к разработке новой шифртехники и обучению шифровальщиков. В предвоенные годы основы криптографии преподавались в Военно-инженерной академии имени В. В. Куйбышева в Москве и в Военной академии связи в Ленинграде. Их выпускники и пополняли в основном ряды создателей новой шифртехники. А ведь офицеры-конструкторы из ГШ РККА в годы войны занимались не только созданием новых технических образцов, но и внедрением их в войска, обучением работе во фронтовых условиях.

На машинную шифрсвязь в годы войны легла основная нагрузка при передаче секретных телеграмм. Только в ГШ РККА за военный период было обработано свыше 1,6 млн шифртелеграмм и кодограмм. К концу 1944 года в 130 шифрорганах Красной Армии имелись на вооружении шифровальные и кодировочные машины.

Разработкой шифртехники занимались также в НКВД и промышленности. Как известно, в предвоенное время государственные и партийные инстанции стимулировали это направление оборонного строительства притоком выпускников вузов с хорошей математической и физико-технической подготовкой. Такое качественное пополнение, усилившееся мобилизацией с первых дней войны, в дальнейшем принесло плоды. Но начало войны многое и осложнило.

В. А. Котельников вспоминал, что при приближении фронта к Москве ЦНИИС Наркомата связи, где он трудился, был распущен, а все сотрудники уволены. Оставили только его лабораторию, поскольку там велись работы по закрытой радиотелефонии, так необходимой для фронта. Им было поручено получить деньги и расплатиться со всеми уволенными сотрудниками института. Затем следовало сжечь всю документацию, кроме самой важной, и подготовить оборудование лаборатории к эвакуации в Уфу. На новом месте работа осложнилась тем, что была уничтожена значительная часть конструкторской документации. Несмотря на все трудности, уже к осени 1942 года было изготовлено несколько образцов аппаратуры секретной радиотелефонии. Их сразу же направили на Закавказский фронт, с которым временно прервалась проводная связь. Как известно, уже к началу 1943 года было налажено производство новой аппаратуры, а затем и использование её в действующей армии. Тогда не существовало более стойкой аппаратуры закрытой радиотелефонии. Вскоре это достижение было отмечено Сталинской премией 1-й степени.

 

«ВАМ НЕОБХОДИМО ЗАЩИТИТЬ ДИССЕРТАЦИЮ»

Весной 1943 года лаборатория В. А. Котельникова была разделена, часть её отозвали из Уфы в Москву и перевели в распоряжение НКВД. В этот момент Котельникова разыскала Валерия Алексеевна Голубцова — новый директор (ректор) МЭИ. Война была в разгаре, но страна уже приступала к восстановлению разрушенного народного хозяйства. Начал активно восстанавливаться и МЭИ, в ту пору единственный действующий электротехнический вуз, стране остро требовались специалисты. Рассказав о перспективах развития института, В. А. Голубцова (илл. 3) предложила Котельникову вернуться в МЭИ, и Владимир Александрович с готовностью согласился, поскольку предпочитал заниматься наукой в гражданском учреждении. Надо сказать, что В. А. Голубцова была женой крупного государственного руководителя, члена Политбюро и секретаря ЦК ВКП(б) Г. М. Маленкова. По-видимому, благодаря этому и удалось Владимиру Александровичу, будучи руководителем разработок с секретной тематикой, перейти из системы НКВД в МЭИ. Правда, Котельников продолжал заниматься вопросами секретной связи в ЦНИИС НКС. В. А. Голубцова (1901–1987) была незаурядным организатором, она оставила яркий след и в творческой биографии В. А. Котельникова.

Иллюстрация 3. В. А. Голубцова, ректор МЭИ в 1943–1952 годах

 

Приказ о переводе в МЭИ на должность заведующего кафедрой «Основы радиотехники» был подписан 1 ноября 1944 года. Позднее Владимир Александрович был избран ещё и деканом РТФ, объединив коллектив талантливых учёных и инженеров. В 1944–1947 годах они разрабатывали телеметрическую аппаратуру для самолётов. Новая телеметрия получила высокую оценку, а Котельников был удостоен второй Сталинской премии 1-й степени за создание систем специальной связи.

Весной 1946 года В. А. Голубцова вызвала как-то Котельникова и настоятельно рекомендовала: «Владимир Александрович, Вам необходимо защитить докторскую диссертацию». Котельников вспоминал, что никаких идей насчёт темы диссертации у него тогда не было. Летом, взяв очередной отпуск, он принялся сочинять «Теорию потенциальной помехоустойчивости» — так была озаглавлена диссертация, содержание которой было навеяно его прежними работами в секретной радиотелефонии и новыми — в радиолокации. Осенью диссертация была готова. Но подыскать оппонентов оказалось непросто, позднее о диссертации отзывались так: «Она появилась для научной общественности буквально на пустом месте».

Действительно, в работе Котельникова впервые были проанализированы основные проблемы связи с теоретико-вероятностных позиций. Близкая по замыслу работа К. Шеннона появилась позже, в 1948 году. Снова выручила Голубцова, оппоненты были найдены, и в январе 1947 года состоялась защита. Ныне признано, что эта диссертация дала мощный импульс для развития статистической теории передачи сообщений, для разработки эффективных способов функционирования приёмных устройств, что было очень актуально. Вскоре началась захватывающая работа в рамках Ракетно-космической программы страны, в которую активно включился и МЭИ.

 

КОСМИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

Как известно, 1945–1949 годы стали временем важных государственных решений, связанных с созданием ракетно-ядерного щита СССР. Так, 20 августа 1945 года был образован Спецкомитет, призванный руководить всеми работами по атомной проблематике (Комитет № 1). 19 мая 1946 года Сталин подписал постановление о создании в Советском Союзе ракетной отрасли промышленности, техники и науки (Комитет № 2). Вскоре подошёл черёд радиолокации, систем управления и всего радиоэлектронного вооружения. Соответствующее постановление о Спецкомитете (Комитет № 3) было подписано 10 июля 1946 года. Партийное руководство 2-м и 3-м Комитетами возложили на Г. М. Маленкова. Из воспоминаний участников реализации этих решений известно о гигантских усилиях, предпринятых для создания новых производств, для объединения исследований академической, отраслевой и вузовской науки, а также для подготовки новых кадров.

В частности, был создан головной институт по ракетной технике в Подлипках, вошедший в историю под именем НИИ-88, ныне это ЦНИИ машиностроения — интеллектуальный центр Госкорпорации «Роскосмос». Б. Е. Черток, бывший заместитель главного инженера НИИ-88 по системам управления, много позже вспоминал, как в начале апреля 1947 года в институт для ознакомления с его работой приехал президент Академии наук СССР Сергей Иванович Вавилов.

«Сергей Иванович приехал не со свитой академических учёных, а с директором МЭИ В. А. Голубцовой. Ознакомившись с проблемами, которые тогда требовали активного участия учёных разных направлений, Вавилов высказал мысль о необходимости создания в системе Академии наук специального Института — будущего Института космических исследований... В. А. Голубцова, в свою очередь, предложила, чтобы я, бывший студент и аспирант МЭИ, приехал в свой родной институт и рассказал учёным института о наших проблемах. Буквально на следующий день я приехал в МЭИ. Там была собрана группа учёных, возможно, Учёный совет, который вела сама Валерия Алексеевна. Я рассказал об основных проблемах, которые стояли перед нами, хотя мы сами мало ещё понимали, в чём эти проблемы, дело было ещё только на стадии становления. На следующий же день Голубцова ещё раз вызвала меня и посадила в компанию, в которой находился в качестве руководителя, как я понял, заведующий кафедрой «Основы радиотехники» В. А. Котельников. И тогда я рассказал, что для нас сегодня самое важное — это иметь возможность с помощью радиотехнических средств непрерывно в реальном времени получать параметры ракеты... Всего через 10 дней после нашей встречи в кабинете Голубцовой, 27 апреля 1947 г., вышло постановление правительства, подписанное Сталиным, о создании в МЭИ совершенно секретного Сектора специальных работ для выполнения НИР в интересах реактивного вооружения. Даже для нас, привыкших к оперативным решениям правительства, столь быстрая и эффективная реакция была впечатляющей.

Руководителем Сектора специальных работ был назначен Владимир Александрович Котельников... Все первые полёты, вошедшие в историю ракетной космической техники, проходили с непременным использованием радиотехнических устройств, созданных школой Котельникова. Имеется в виду и бортовая, и наземная радиотехническая аппаратура. И что очень важно — телеметрическая аппаратура, которая непрерывно посылает на землю все параметры, интересующие и разработчиков, и тех, кто эксплуатирует космические аппараты».

Иллюстрация 4. В. А. Котельников и Б. Е. Черток на конференции «10 лет полёту „Бурана“»

 

Предыдущие разработки авиационной телеметрии и засекреченной связи хорошо подготовили В. А. Котельникова к новым решениям, хотя требования к аппаратуре для применения в ракетных полётах заметно выросли. Спецсектор быстро добился независимости от промышленных министерств при изготовлении разрабатываемых систем, создав при МЭИ свои опытные мастерские, а затем и завод с законченным циклом. Перспективы открылись необъятные, космические.

 

«ПРОДОЛЖАЙТЕ СПОКОЙНО РАБОТАТЬ»

Когда осенью 1947 года Котельникова вызвали к министру государственной безопасности СССР B. C. Абакумову, бывшему начальнику СМЕРШа, Владимир Александрович, вероятно, подозревал, о чём пойдёт речь. Как вспоминал Котельников, разговор проходил в очень вежливом и уважительном тоне. Рассказав о создании Специальной лаборатории в Марфино, Абакумов предложил Владимиру Александровичу возглавить её. Когда тот отказался, министр удивился и поинтересовался причиной несогласия. Котельников объяснил, что хочет заниматься наукой в вузе. Абакумов безуспешно попытался его уговорить, пообещав множество привилегий. В конце концов министр заключил: «Ну что ж, а жаль» — и они распрощались. Возвратившись в МЭИ, Котельников сразу пошёл к ректору Голубцовой и рассказал о визите в МГБ. Выслушав, она спросила, чего хочет сам Владимир Александрович. После ответа: «Работать в МЭИ» Валерия Алексеевна сказала: «Тогда продолжайте спокойно работать».

Вскоре В. А. Котельников как главный конструктор Спецсектора вошёл в межведомственный Совет главных конструкторов, который возглавлял С. П. Королёв.

Конечно, Котельников являлся прежде всего выдающимся учёным и инженером XX в., одним из основоположников цифровой техники анализа сигналов, статистической радиофизики и радиотехники, радиолокационной астрономии. Но в широкий круг его интересов входили также и надёжное шифрование многоканальной телеметрии, и секретная телефония. Он не только продолжал консультировать разработчиков новой телефонной засекречивающей аппаратуры, но и принимал участие в работе Государственной комиссии по приёмке опытных образцов. Как известно, криптографически стойкая аппаратура для засекречивания телефонной информации, использовавшая результаты исследований по дискретизации речевого сигнала и оригинальный вокодер, была создана в 1950-х годах.

 

ВЫСОКИЙ СТАТУС ПРОБЛЕМ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

В конце 1940-х годов руководство СССР вполне осознавало необходимость преобразований в шифровальной деятельности. Стали ясны и крупные масштабы предстоящего развития такого направления. Ведь обеспечение эффективности создаваемого ракетно-ядерного щита требовало гарантированной защиты от попыток противника преодолеть его. Необходимо было исключить любую возможность для несанкционированного доступа к системам управления и бортовой телеметрии, а значит, вся полётная информация нуждалась в надёжном шифровании. А в условиях уже складывавшегося глобального радиоэлектронного контроля следовало предусмотреть возможность гарантированной защиты всей государственно важной информации. Можно представить себе, какие силы и средства были необходимы, чтобы развернуть разработку, производство и широкое внедрение шифровальной техники, развить научные направления криптографии, наладить подготовку кадров. И, несмотря на тяжёлое экономическое положение, руководители СССР посчитали жизненно важным приоритет задач защиты информации наряду с ракетно-ядерной проблематикой.

Вскоре после успешного испытания советской атомной бомбы было создано ГУ Специальной службы (ГУСС) при ЦК ВКП(б). Такое подчинение подчеркнуло особую значимость защиты информации и нового ведомства. Оно возникло на основе 6-го Управления (шифрование-дешифрование) МГБ и дешифровально-разведывательной службы ГШ Вооружённых сил. Как известно, соответствующее постановление Политбюро вышло 19 октября 1949 года. Вскоре было активизировано создание стойкой к дешифрованию секретной телефонии и высокоскоростных шифраторов, а также специализированной вычислительной техники. В криптографию привлекли ведущих специалистов Академии наук и вузов. При механико-математическом факультете МГУ организовали специальное отделение по подготовке математиков-криптографов. Одновременно в структуре ГУСС было создано специальное высшее учебное заведение по подготовке криптографов и специалистов математического, физико-технического и связного профиля. Его преемником является ныне Институт криптографии, связи и информатики. Крупные силы, ресурсы и богатые научные традиции обеспечили постепенный выход советской криптографии на передовые позиции в мире.

 

[1] Приведённые здесь переговорная таблица и числовые данные использовались организаторами московской интернет-олимпиады «Готов к жизни в умном городе» (май 2020 г.) при составлении видеозаданий для школьников.

Публикация подготовлена с использованием средств гранта Президента Российской Федерации на развитие гражданского общества №21-1-009977, представленного Фондом президентских грантов.

Смотрите также

24.09.2022
Эволюция технологий, единство людей. Открыта регистрация на SOC-Форум 2022
24.09.2022
«Стать перед зеркалом, признаться и покаяться»
23.09.2022
Узбекистан приостановил обслуживание карт «Мир». Не всех и временно
23.09.2022
«Чтобы финансовая система продолжила работать бесперебойно»
23.09.2022
Хакеры по сравнению с производителями зарубежного ПО — это безобидная история
23.09.2022
ФСТЭК России в ближайшее время выпустит методики оценки критичности уязвимостей и тестирования обновлений
23.09.2022
«Газпромбанк» на очереди?
22.09.2022
Целью HR-мошенников может быть включение устройства соискателя в ботнет-сеть
22.09.2022
В Турции обсудят перспективы платёжной системы «Мир»
22.09.2022
«Чтобы обеспечивать киберустойчивость государства и бизнеса, необходимо больше специалистов по ИБ»