Как Уилям Фридман разби японската кодираща машина „Пърпъл“
Преди Япония да удари Пърл Харбър, американското разузнаване прекарва много сериозно време в опитите да разбие кодовете за коресподенция между посолството и страната. Оказва се, че с помощта на криптиращата машина „Пърпъл“, американците могат да четат и разбиват всяко изпратено секретно послание до японското посолство.
Проблемът обаче е, че много често дори консулът не знае плановете на страната и стои в неведение, при това доста дълго. Другата криптираща машина със сигурност е известна на мнозина и носи името Енигма. Разбира се, разбкриването с разкриването на нейните тайни успява да се съкрати войната с няколко години, да намали значително броят на жертвите и да помогне за толкова мечтания край на глобалния конфликт.
И докато англичаните се занимават с Енигма, американците осъзнават, че е много важно да успеят да разбият кодиращата японска машина Пърпъл и съответно да проектират своя собствена, с която комуникацията да продължи да работи безпроблемно. И така без повече бавене ще насочим погледа си към Уилям Ф. Фридман. Той е математикът, който успява да пребори секретните кодове на Япония и да създаде американски еквивалент, с които да предложи най-добрата възможна криптираща система.
Преди да продължим темата е редно да отбележим, че разбиването на кодове се различава значително от разбиването на шифър. Машината за шифъри (каквито са Енигма и Пърпъл) обикновено използва напрежението и най-различни променливи, с които да промени една буква няколко пъти по време на употреба. Съответно, ако използваме буквата „а“ за едно изречение, тя може да бъде изписана един път като „з“, следващият път като „я“ и т.н. Съответно за дешифрирането на съобщението се изисква от другата страна да има човек, който да използва същото устройство с точно опоменатите настройки. Имайки предвид, че Енигма използва 150,738,274,937,250 комбинации, можем да бъдем сигурни, че се изисква силата на математика, която поставя човешкия ум отвъд пределите му.
Ситуацията не е по-различна и с японската кодираща машина, но тук се появява и Фридман. Впрочем, той самият успява да разбие кодиращата машина още през 1939 г. И за целта черпи вдъхновение от Шекспир. Преди да стигнем до него, нека обърнем внимание на Джордж Фабиян. Той е изключителен гений в своята среда и в зората на XX век инвестира цялото си състояние в текстила и лаборатория Ривърбанк. През 1915 г. Фабиян наема младият учен Уилям Фридман, който още е на 24 години и трябва да намери формула за подобряване на посевите, които неговият работодател притежава. Докато работи върху този проект, Фридман забелязва присъствието на друга млада дама – Елизабет Смит.
Тя е талант с висше образование по английска литература. Наета е, за да докаже, че сър Франсис Бейкън е използвал криптирани съобщения във всеки текст, който пише. Лека полека двамата учени откриват едно ново влечение – кодовете и шифърите. Вниманието и интересът към тази наука принуждава Фабиян да трансформира своята лаборатория и я посвещава изцяло на кодовете. Това може би е американският принос в Първата Световна война. През 1921 г. Уилям Фридман ще стане и първият цивилен служител в американската армия, като неговото основно занимание ще е именно разбиването и създаването на кодове. Междувременно Елизабет Смит започва да разбива шифъра на всички нелегални трафиканти на алкохол в САЩ, а след това работи срещу нацистите в Южна Америка.
Двамата навлизат в тази сфера, когато технологичната революция променя правилата на играта. В миналото всички кодове са се предавали смело с помощта на на най-различни писма, книги и дори вестници. С появата на телеграфа и морзовия код, както и машините, всичко започва да лети свободно във въздуха, надявайки се на най-добрата защита. И така през 20-те години на XX век почти всяка страна разполага с електрическа механична система за шифриране на данни. За всеки бутон отговаря определен заряд, който завърта съответно колело, следователно, по време на писане, изходните данни изобщо не приличат на входящите.
Преди американската армия да заложи на криптираща машина е обявен конкурс и мнозина, включително Фридман, участват в него. Оказва се, че именно творението на младия учен е най-надеждно и годно за употреба. През 1929 г. завежда отдела на армията за Сигнализация и разузнаване. Следващата година наема и трима математици, с които да създава техниката като в този случай залага на Франк Роулет, Ейбрахам Синков и Соломон Кулбак. Тримата са запознати с идеята на работа и много скоро започват да разработват следващото предизвикателство.
Снимка: By ArnoldReinhold – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=82233177
Фридман не забравя и една друга подробност, криптографията е двупосочна улица, в която освен разбиването на кодове, трябва да присъства и средство, чиято логика да се превърне в тъмна материя за противника. През 30-те години на миналия век се ражда и изключително бърза и напълно непробиваема машина за кодиране. Ако стандартните машини генерират един заряд за една буква, машината Роулет (създадена от Фридман) предоставя до четири възможни изходни позиции. По този начин всеки път кодът може да бъде неузнаваем, особено след като крайният резултат изисква точно това. В последствие и военноморският флот започва да търси иновативно решение за предаването на данни.
Единственият проблем е, че в предишните години може да бъдат открити всички патентовани устройства на Фридман, с изключение на Роулет. Опитът на математика да интегрира своето устройство не е успешен, флотът отказва, защото вярва, че публичният достъп до всеки патент може да коства изхода на всяка битка. Макар и да се опитват да бъдат различни, флотът представя копие на машината на Фридман. В последствие двете служби – армията и флотата – решават да използват едно устройство, в което ще внедрят всички успешни механизми. Наричат я Сигаба и през март 1941 г. започва производството. Успехът е толкова впечатляващ, че службата ѝ продължава и по време на Студената война, като до този момент няма история дали изобщо кодът е бил разбит.
В този момент трябва да добавим и една от най-големите издънки по време на Втората Световна война. Хитлер често споделял някои от стратегическите си планове с Япония и най-вече с японския посланик в Берлин – Хироши Ошима. От своя страна, посланикът изпраща кодирани съобщения до Япония, за да се знаят всички военни маневри на съюзника. Най-забавната подробност е, че американците можели да прихванат и разбият всяко съобщение, следователно за пореден път можем да видим как Германия практически е заложила на много слаби съюзници. Друга важна подробност е, че криптиращата машина на японците използвала по-често латински букви.
Снимка: By Daderot – Cropped and rotated from File:PURPLE analog, improved version of March 1944 – National Cryptologic Museum – DSC07831.JPG and said improvements released under CC0 by–agr (talk) 00:10, 25 April 2019 (UTC), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=78321046
Не използват йероглифи, поради простата причина, че предаването им е сложно и скъпо. Радиограмите на Япония обикновено пътували по линията на комерсиалния флот. Латинската азбука разполага само с 26 букви и много скоро Фридман и екипът му успяват да открият гласните. Друг проблем на японската кодираща машина е фактът, че макар да се използват нови методи за разбъркване, самата последователност не се променяла. И така, когато се прихване едно съобщение, то винаги съдържа индикатор, с което се напомня, че започва ново изречение.
След това се откриват около 25 повтарящи се стартови точки и накрая се стига до заключението, че присъстват около 120 индикатора, които практически нямат никаква стойност. Когато един оператор улови послание от Япония до консолството или обратно, той практически получава само гласните букви и разстоянието между тях, което позволява и по-нататъчни изследвания. Един важен урок за спечелването на всяка война е: не бъдете скръндзи. След като за пореден път се налага нова версия на кода на Филипс, с която радиограмите ще бъдат значително по-кратки и същевременно по-евтини, Япония изпраща редица цифри, с които тества настройките си.
След като гласните вече са известни, те дори не подозират, че разкриват последната част от загадката и позволяват на учените да направят връзката между цифри и букви. След като се откриват важните елементи в уравнението, екипът започва да търси логика във всички останали 13 превключвателя за криптиране. Машината разполагала с правилната система, но японците не се сетили да променят самият цикъл на въвеждане. След серия тестове, Фридман може да си представи структурата и да заключи, че има около 1500 възможни комбинации за една буква. Изследването се провежда, докато никой дори не е виждал тази машина за кодиране.
Докато напрежението в Сингапур расте, американците изпращат кодираща машина Пърпъл за употреба в далечния изток. Как САЩ се сдобива с такава? След като успяват да прихванат съобщенията, започват да опознават структурата ѝ и накрая сглобяват копие. При познаването на устройството, всяко изпратено съобщение от японците се превръща в публична тайна. През 1941 г. се озовава в Сингапур и известно време помага на разузнаването на съюзниците да се подготвят за противодействия. Когато Япония завладява и подчинява Сингапур, повечето шпиони вече са напуснали страната, но са забравили едно много важно устройство – Пърпъл.
В такива мигове съдбата си знае работата, защото откриването на тази техника би накарала всяко разузнаване да търси нови методи или да подобри изцяло кодирането си. Впрочем дори разбиването на Енигма е възможно благодарение на всички грешки, които немското разузнаване прави. Да се изгубят няколко екземпляра на Енигма определено е безумен пробив в системата. Без никакво съмнение, тя е съвършена машина, но в последствие успява да попадне в ръцете на съюзниците и останалото е история.
Не трябва да си мислим, че гениите не плащат сериозна цена за тази вълнуваща игра. Фридман преживява нервно разстройство и макар да е повишен в чин, неговите занимания в армията се ограничават рязко. Той продължава да е съветник по технологичните въпроси, но през 1956 г. осъзнава, че трябва да приключи своята работа и да се насочи към съвсем друга сфера, далече от армейските рангове и математически загадки. Когато най-накрая се пенсионира, продължава да работи с Елизабет Смит и доказва, че сър Франсис Бейкън наистина е вграждал код в пиесите на Шекспир. В следващите 13 години ще се занимава с кодовете в литературата и през 1969 г. ще издъхне. На надгробната му плоча е написано едно важно послание „Знанието е сила“.
