Пурпурный шифр

Пурпурный шифр (англ. Purple cipher) — кодовое название, присвоенное американскими криптоаналитиками японской дипломатической шифровальной машине, использовавшейся Министерством иностранных дел Японии в период с конца 1930-х годов до конца Второй мировой войны. В японской документации устройство и система шифрования обозначались как «Шифровальная машина типа B» (яп. 九七式欧文印字機, «Кю:нана-сики о:бун индзики» — «Печатная машина для европейских текстов типа 97»). «Пурпурный шифр» считается одной из самых сложных и значимых криптографических систем своего времени, а её взлом американскими специалистами (проект «Мэджик») стал одним из ключевых факторов, повлиявших на ход войны на Тихом океане.

История создания

Предпосылки

В 1920–1930-х годах Япония, стремясь к усилению своего влияния в Азии и на Тихом океане, активно модернизировала дипломатическую и военную связь. Для защиты секретной переписки требовалась надёжная шифровальная техника. Первым шагом стало внедрение в 1930-х годах так называемой «Красной машины» (англ. Red cipher) — электромеханического устройства, основанного на принципе роторного шифрования. Однако к середине 1930-х годов японские криптографы пришли к выводу, что «Красная машина» недостаточно стойка, и приступили к разработке более совершенной системы.

Разработка и внедрение

Новая машина, получившая обозначение «Тип B» (97-shiki), была разработана в 1937–1938 годах под руководством инженера-криптографа Кадзуо Танабэ. Устройство было спроектировано для шифрования и дешифрования латинского алфавита (ромадзи) и цифр, что позволяло передавать дипломатические телеграммы на английском и других европейских языках. В отличие от распространённых в то время роторных машин (например, немецкой «Энигмы»), японская машина использовала принцип ступенчатого переключения с помощью шаговых искателей — электромеханических переключателей, аналогичных применяемым в телефонных станциях.

Первые образцы поступили в дипломатические представительства Японии в 1939 году. К началу 1940-х годов «Пурпурный шифр» стал основным средством связи между Токио и японскими посольствами по всему миру, включая Берлин, Рим, Москву, Вашингтон и Лондон. Машина считалась абсолютно надёжной, и японское командование не подозревало о возможности её взлома.

Устройство и принцип работы

Конструкция

«Пурпурная машина» представляла собой электромеханическое устройство размером с небольшой письменный стол. Основными компонентами были:

• Клавиатура — для ввода открытого текста (латиница, 26 букв).
• Печатающее устройство — для вывода шифротекста на бумажную ленту.
• Шаговые искатели — два набора по 25 контактов, которые обеспечивали нелинейное переключение. В отличие от роторов, искатели не вращались непрерывно, а перемещались скачкообразно под управлением сложной системы зубчатых колёс и кулачков.
• Коммутационная панель — позволяла изменять начальные настройки (ключи) для каждого сеанса связи.

Алгоритм шифрования

Машина реализовывала полиалфавитную подстановку: каждая буква открытого текста заменялась на букву шифротекста в соответствии с текущим положением искателей. Положение искателей менялось после каждого введённого символа, причём закон изменения был нелинейным и зависел от начальной установки (ключа). Ключ состоял из нескольких параметров: начальное положение искателей, порядок соединения контактов на коммутационной панели и настройки механизма продвижения.

Особенностью «Пурпурного шифра» было то, что он не использовал роторы, как «Энигма», а применял ступенчатые искатели, что делало его криптоанализ принципиально иным. Машина шифровала буквы латинского алфавита, но японский язык передавался в виде ромадзи (транслитерация иероглифов латиницей), что увеличивало длину сообщений, но не снижало стойкость.

Криптоанализ и взлом

Американские усилия

В 1939 году, после начала войны в Европе, американские криптоаналитики из Сигнальной разведывательной службы (Signal Intelligence Service, SIS) под руководством Уильяма Фридмана приступили к анализу японской дипломатической переписки. Первоначально они работали с «Красным шифром», который был взломан относительно быстро. Однако в 1940 году японцы перешли на новую систему, которую американцы назвали «Пурпурной» (Purple) — по цвету папок, в которых хранились перехваченные сообщения.

Команда Фридмана

Взлом «Пурпурного шифра» стал одной из самых сложных криптографических задач того времени. Уильям Фридман, главный криптоаналитик SIS, собрал команду из талантливых математиков и лингвистов, включая Фрэнка Роулетта, Абрахама Синкова и Лео Розена. Аналитики не имели физического доступа к японской машине, поэтому работали только по перехваченным шифротекстам.

Метод взлома

Ключевым прорывом стало обнаружение статистической аномалии: в японских сообщениях часто встречались стандартные дипломатические фразы (например, «Согласно инструкции...»). Используя метод «вероятного слова» (crib), аналитики подбирали возможные соответствия между открытым текстом и шифротекстом. В 1940 году команда Фридмана восстановила логическую структуру машины, не видя её физически. Они поняли, что «Пурпурный шифр» использует не роторы, а шаговые искатели, и построили математическую модель, а затем и электромеханический аналог — «аналитическую машину» (Purple analog).

К сентябрю 1940 года американцы смогли читать до 80% японских дипломатических телеграмм. Взлом был настолько успешным, что японцы не подозревали о нём до самого конца войны. Американцы держали этот факт в строжайшей тайне, используя перехваченную информацию в рамках программы «Мэджик» (Magic).

Значение взлома

Взлом «Пурпурного шифра» позволил США и их союзникам получать ценнейшую разведывательную информацию. Например, в декабре 1941 года американцы перехватили и расшифровали японские сообщения, указывающие на подготовку к нападению на Перл-Харбор, хотя из-за бюрократических задержек и неверной интерпретации эти данные не были своевременно использованы. Позже, в 1942 году, расшифрованные сообщения помогли американцам одержать победу в битве за Мидуэй, а также раскрыть планы японской дипломатии, включая переговоры о сепаратном мире с СССР.

Наследие и историческое значение

«Пурпурный шифр» считается одним из величайших достижений криптоанализа XX века. Уильям Фридман и его команда впервые в истории взломали сложную электромеханическую шифровальную машину, не имея её образца, что стало важным шагом в развитии теории криптографии. После войны Фридман был награждён за свои заслуги, а его работы легли в основу современной компьютерной криптографии.

Сама машина «Тип B» была уничтожена японцами в конце войны, но несколько восстановленных образцов и чертежей хранятся в музеях, в том числе в Национальном музее криптографии (США) и в Музее разведки (Япония). «Пурпурный шифр» также упоминается в литературе и кино как символ тайной войны разведок.

Интересные факты

• Название «Пурпурный шифр» было дано американцами по цвету папок, в которых хранились перехваченные сообщения. Другие японские шифры также имели цветовые кодовые названия: «Красный», «Синий», «Зелёный».
• В 1944 году американцы построили несколько десятков копий «Пурпурной машины» для дешифровки японской переписки в реальном времени. Одна из таких копий была отправлена в Великобританию.
• Японские дипломаты, работавшие с «Пурпурным шифром», были уверены в его абсолютной надёжности и часто передавали по нему крайне секретные сведения, включая личные инструкции министра иностранных дел.
• Взлом «Пурпурного шифра» оставался засекреченным до 1970-х годов, когда были рассекречены архивы программы «Мэджик».

Источники

• Kahn, David. The Codebreakers: The Story of Secret Writing. Scribner, 1967.
• Budiansky, Stephen. Battle of Wits: The Complete Story of Codebreaking in World War II. Free Press, 2000.
• Friedman, William F. The History of the Purple Machine. National Security Agency, 1975 (рассекречено).
• National Cryptologic Museum. Exhibit: The Purple Machine.
• Smith, Michael. The Emperor's Codes: The Secret History of the Japanese Codebreakers. Bantam Press, 2001.