Шифровальное дело Советского Союза. Часть 1

Часть 2

 

ЕИС-3 (Егоров-Ильинский-Старицын) – аппарат, ставший серийным в 1937 году, предназначался для шифрования радиотелефонов. Устройство относилось к «маскирующему» типу, основанному на простой инверсии передаваемого сигнала. Дополнительно в канал связи подавался мешающий тон высокого тембра. Прослушать такие переговоры было возможно только со специальным оборудованием, а вот «любительские» перехваты с последующей дешифровкой были невозможны. Ленинградский завод «Красная заря» к тому времени работал на пределе своих возможностей – одновременно в спецслужбы шла, помимо ЕИС-3, целая серия аппаратуры простого засекречивания ЕС-2М, МЕС, МЕС-2, МЕС-2А, МЕС-2АЖ, ПЖ-8 и ПЖ-8М. Это позволило к 1 апреля 1941 года из имевшихся 134 линий правительственной междугородней связи засекретить аппаратами инверсии 66. Тем не менее, полностью перевести всю связь на шифрованную основу не удалось, что являлось прямым нарушением соответствующего приказа НКВД от 1940 года.

В 1939 года в правительстве появилась новинка – система междугородней автоматики для ВЧ-связи под индексом МА-5, обеспечивающая связью 5 абонентов по 10 каналам, что позволило отказаться от телефонисток. Существовал также вариант МА-3 на три абонента. Перед войной в рабочем состоянии было 116 ВЧ-станций и 39 трансляционных пунктов, что позволило обслуживать сразу 720 абонентов высшего партийного и государственного руководства. 

Телефоны Сталина в подземном бункере в Измайлово

Во время Великой Отечественной войны аппаратура серии ЕС использовалась на всех фронтах для организации ВЧ-связи. Однако, простое засекречивание инверсией было явно недостаточным, поэтому еще в 1938 году разработали и испытали на линии Москва-Ленинград аппарат «сложного» шифрования С-1. Позже систему апробировали на магистралях Москва-Хабаровск и Москва-Куйбышев-Ташкент. Но С-1 так и осталась в единичных экземплярах по причине высокой стоимости и сложности изготовления. По всем этом решающего преимущества в засекречивании перед «простым» алгоритмом С-1 не давал. 

Шифровали также и телеграфную связь. Для этой цели служил аппарат С-380М, не отличавшийся особенной стойкостью к взлому. Дешифровку с легкость могли провести сотрудники народного комиссариата связи, а это, учитывая непростые отношения Сталина с его руководителями – Ягодой и Рыковым, стало серьезным препятствием для широкого внедрения подобной аппаратуры. С началом войны получили распространение «чемоданная» аппаратура засекречивания СИ-15 «Синица» и САУ-16 «Снегирь», которые обеспечивали связью командующих фронтов связью на выездах. 

В общем, шифрование радиопередающих устройств, появившихся в СССР перед войной, можно разделить на несколько принципиальных схем:

— преобразование сигнала инверсией спектра частот;
— шифровка инверсией разговорных частот и «воблинг» за счет качания частоты радиопередатчика;
— динамической инверсии и перестановки двух полос спектра с заданной скоростью (аппарат СУ-1);
— преобразование в соответствии со сложной системой шифрования с динамической перестановкой трех полос спектра по произвольному закону и с произвольной в известных пределах скоростью (СЭТ-2).


Несмотря на все усилия отечественных инженеров, в 1940 году многолетний итог их работы были лаконично описан: «Разработанная по заказу НКВД заводом «Красная заря» аппаратура засекречивания телефонных разговоров обладает слабой стойкостью и не имеет кода».

Владимир Александрович Котельников на современном почтовом конверте и в молодости.

Своеобразным добрым волшебником в этой ситуации стал Владимир Александрович Котельников (1908-2005), который с 1938 года руководил лабораториями по засекречиванию телефонной и телеграфной информации в ЦНИИ связи. Владимир Котельников по праву может считаться одним из самых выдающихся русских ученых — академик АН СССР, дважды Герой Социалистического Труда, лауреат многочисленных премий. В сферу его интересов входили радиотехника, радиолокация, радиоастрономия, а также теория помехоустойчивой связи. Многие его достижения вносятся в учебники со словами «впервые в мире». Владимир Котельников сформулировал и доказал теорему дискретизации, на которой базируется вся цифровая обработка сигналов. Его лаборатория разработала аппаратный комплекс «Москва», в котором впервые в стране телеграфные сообщения засекречивались путем наложения на текст знаков шифра. Идея Котельникова с наложением шифра на текст стала принципиальным прорывом в теории шифрования, став базой для многих последующих поколений засекречивающей техники.

Интересно устройство аппарата «Москва» С-308-М. В его основе лежали сложные и довольно громоздкие электромеханические узлы, а также барабаны, заполненные шариками. Во время вращения барабанов через систему штырей из щелей шарики случайным образом скатывались по шести вертикальным трубкам на две движущиеся телеграфные ленты, наложенные друг на друга через «копирку». После этого ленты по таким меткам перфорировались, что и образовывало случайный ключ, который позже рассылался по местам установки аппаратов. За считывание шифра с ключа отвечал фотоэлектронный элемент. Новинку испытали на сверхдлинной линии связи Москва — Комсомольск-на-Амуре и в тот же 1938 год разместили на заводе №209 заказ сразу на 30 аппаратов «Москва». Успех разработки Владимира Котельникова был в том, что новая система практически на 100% обеспечивала защиту телеграфных сообщений от дешифрования.

Уже на следующий год лаборатории Котельникова получили новое задание на разработку шифратора для засекречивания речи с повышенной стойкостью к несанкционированному прослушиванию. Заказ исходил от самого отдела правительственной ВЧ-связи Советского Союза. В проекте по разработке также принимали участие Александр Минц, Константин Егоров и Виктор Виторский. Группа пыталась обеспечить секретность передачи информации с помощью созданной ими уникальной многоканальной аппаратуры радиосвязи, которая впервые использовала одну боковую полосу частот. И это получились: в 1939 году на магистрали Москва — Хабаровск система шифрования речи по новому алгоритму заработала. Владимиру Котельникову принадлежит идея о потенциально нераскрываемом шифре, которую он сформулировал буквально за три дня до начала Великой Отечественной войны.

В воспоминаниях Котельников пишет: «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 остаётся уязвимой, поскольку каждый «кусочек» остается сам по себе незашифрованным. Поэтому-то важно сделать интервалы по возможности меньше, но при этом теряется качестве передаваемой речи».

В лаборатории под руководством Владимира Котельникова разработали новый телефонный шифратор «мозаичного» типа, который совмещал в себе частотные преобразования речевого сигнала с перестановкой его отрезков по времени. Изюминкой аппарата стало динамическое преобразование, которое менялось по закону распределения случайных величин, что было крайне сложно расшифровать даже высококлассным спецам. Система производила квазислучайные перестановки стомиллисекундных отрезков речи, которые были известны только получателю, а также две частотные полосы с инверсией речевого сигнала.

Еще одним детищем группы Котельникова стал первый в СССР полостной вокодер, название которого происходит от английского сочетания voice coder – голосовой шифратор. Аппарат довели до действующего прототипа, который испытали и показали принципиальную возможность сжатия речевого сигнала. Котельников в этой связи писал: «Для того чтобы было труднее расшифровать передаваемую речь, было важно сделать «отрезки», на которые мы её разбивали, как можно короче. А это проблема, потому что тогда ухудшалось качество передаваемой речи. Я стал думать, как бы передавать речь не всю полностью, а как-то сжать её спектр. Начал рассматривать спектр звуков, чтобы понять, какие частоты определяющие… В это время попалась на глаза ссылка на статью Хомера Дадли, опубликованную в октябре 1940 года, где говорилось, что он сделал преобразователь речи – вокодер. Бросился смотреть, а оказалось, что там ничего конкретного не написано. Но все равно это было очень полезно: идея у него та же, значит, мы на правильном пути. В общем, мы начали делать свой вокодер. И перед самой войной у нас уже работал его опытный образец. Правда, пока он еще «говорил» плохо «дрожащим голосом».

По материалам:
Бабаш А. В. и др. О развитии криптографии в XIX веке // Защита информации, №5, 2003.
Астрахан В. И., Гусев В. В. Становление и развитие правительственной связи в России, 1996.
Астрахан В. И., Павлов В. В., Чернега В. Г. Правительственная электросвязь в истории России. Часть 1, 2001.
Клепов А. Информационное оружие Сталина.                                                                                                               

Часть 3

Как и многие другие предвоенные теоретические наработки руководства Красной Армии, система правительственной связи в боевых условиях показала себя не с лучшей стороны. В частности, воздушные линии ВЧ-связи располагались вблизи железнодорожных и шоссейных дорог, которые были одними из приоритетных целей противника. Массированный артиллерийский удар или авианалет уничтожал как дорогу, так и линии засекреченной связи. Негативно сказалось на живучести правительственной связи и почти полное отсутствие резервных, обходных, кольцевых и рокадных линий, которые могли бы помочь в критических моментах. Кроме того, вся техника ВЧ-связи была очень громоздкой и располагалась в административных зданиях НКВД в крупных населенных пунктах, которые нередко попадали под приоритетный удар немцев. Ни о какой мобильности связи даже между Главным командованием, Генштабом и штабами фронтов говорить не приходилось.

А как функционировала связь на уровне командиров дивизий? Предполагалось, что комдив РККА в боевой обстановке должен искать ближайший населенный пункт с узлом исправной ВЧ-связи. Далее он посылает вестового к «абоненту», к примеру, командиру полка с указанием найти близлежащий к нему узел ВЧ-связи. От таких метаний оперативность принятия решений и их исполнение страдали в полной мере. Такую ситуацию могли бы спасти полевые средства шифрованной связи, но они, к сожалению, практически отсутствовали, а если и были, то у командующих фронтов и армий. Такое плачевное положение нередко приводило к фактической потери управления войсками РККА.

Предположительно одна из немногих фотографий аппарата С-1 "Соболь-П"

Проблему такого рода решать начали еще 1938 году, когда в лаборатории В. А. Котельникова приступили к разработке засекречивающей аппаратуры С-1 «Соболь-П». Это была очень сложная техника КВ-радиотелефонии, по многим параметрам не имеющая аналогов в мире. «Соболь-П» использовал временные и частотные перестановки, а в качестве шифратора использовалась упоминаемая в других статьях цикла телеграфная лента со случайными нанесенными перфорациями. Команда Котельникова уже спустя три месяца после начал войны приступила к первичным испытаниям отдельных компонентов «Соболя-П»: узла частотных перестановок с инверсией спектра, узла временных перестановок, узла шифратора на базе трансмиттера и пятистрочной перфорированной телеграфной ленты. Примечательно, что в ходе таких уникальных работ чуть ли не каждый день рождались новые технические решения, которые необходимо было фиксировать, опубликовывать и патентовать. Но в условиях войны времени на такое не было: все в лаборатории было подчинено созданию шифратора телефонных переговоров нового поколения. Да и у всех работ был гриф секретности, серьезно ограничивающий распространение информации.

В книге Вадима Гребенникова «Криптология и секретная связь. Сделано в СССР» приводится пример разработки узла временной перестановки, который очень наглядно описывает трудности, с которыми столкнулись разработчики. Конструкция узла состояла из двух объектов: прибора замедления речевого сигнала на 100 и 200 миллисекунд и схемы переключения замедленных сигналов, осуществлявшей перестановку 100-миллисекундных отрезков речи. Инженеры, работающие с В. А. Котельниковым, рассматривали несколько вариантов замедления звуковых сигналов. В первом исполнении брали резиновый шланг длиной 33 метра, подавали на вход звуковой сигнал из динамика, а на выходе микрофон с усилителем фиксировал замедление звука на требуемые сто миллисекунд. Однако громоздкость такого исполнения ожидаемо поставила крест на идее. Во втором варианте предлагалось использовать шведскую узкую и достаточно тонкую стальную ленту для магнитной записи. Борясь с габаритами такой конструкции, ленту натягивали на барабан в надежде обеспечить гладкий стык. Но все портил щелчок, возникающий при прохождении стыка через звукоснимательный механизм. Попытки наложить на обод барабана несколько витков ленты и осуществить запись по центру многовитковой «навивки» также не дали хорошего результата, поскольку адаптер, проходя по стыку двух витков, создавал мешающий шум. С третьего захода целью было уменьшение стыков и повторов мешающих щелчков. Инженеры использовали для этого длинную петлю, которую пропускали через множество роликов. Была обратная зависимость между длиной петли и количеством щелчков – чем длиннее, тем меньше щелкает. Но все упиралось в громоздкость и серьезный шум, который генерировала движущаяся стальная лента – в итоге все наработки отмели как неперспективные. В идее №4 вообще было предложено использовать… циркулярную пилу с отшлифованной плоскостью, на которую и записывали информацию. Конечно, все зубцы предварительно удалялись. Все в этом варианте работало, щелчков не было, но вот качество речи оставляло желать много лучшего. В итоге диск оставили, но писать решили не на плоскости, а на ободе. Правда, для магнитной записи пришлось искать качественную сталь, которую нашли на предприятии «Серп и молот» в Москве. Это были экспериментальные марки ЭХ-3А и ЭХ-6А. Так родился один из сложных узлов будущего аппарата телефонного шифрования «Соболь-П». Инженерные поиски в лаборатории Котельникова наглядно показывают, на каком уровне развития техники находилась промышленность Советского Союза в те времена.

Первые успешные испытания в реальных условиях С-1 «Соболь-П» прошла на радиотелефонной линии Москва – Хабаровск. В боевой обстановке уникальную аппарату опробовали на линии связи между Ставкой Верховного главнокомандования и штабом Закавказского фронта, так как проводная ВЧ-связь между ними была нарушена в ходе боевых действий. Именно «Соболь-П» впервые перевёл связь такого уровня с проводной основы на радиоканал.

Медаль Сталинской премии I степени, которую в том числе вручили за разработку "Соболь-П". В 1943 и 1946 годах

В 1943 году Котельников усовершенствовал своё детище, выпускаемое на заводе в Ленинграде. Руководитель лаборатории неоднократно вылетал в блокадный город для наладки производства на месте, при этом его самолет регулярно попадал под обстрелы. Аппаратура «Соболь-П» активно применялась в ходе подготовки Курской битвы и во время самого сражения, что во многом и определило победу на этом участке фронта. Немцы до самого конца войны не смогли вскрыть принцип работы шифратора Котельникова. И, если верить советской разведке, Гитлер неоднократно говорил, что отдал бы за одного криптоаналитика, способного взломать «чудо-Соболь», три лучшие дивизии вермахта.

Такие конструкторские успехи не могли пройти мимо руководства СССР, и в марте 1943 года В. А. Котельников, Д. П. Горелов, И. С. Нейман, Н. Н. Найденов и А. М. Трахтман получили Сталинские премии I степени. Все полученные денежные средства инженеры традиционно передали войскам, а на премию самого Котельникова собрали танк.

"Прямую трансляцию" для Москвы с церемонии подписания акта о безоговорочной капитуляции фашистской Германии вели по С-1 "Соболь-П"

До самого конца войны «Соболь-П» использовался на всех фронтах для организации связи с Верховным командованием РККА. Тегеранская, Ялтинская и Потсдамская конференции также не обошлись без шифратора команды Котельникова. И наконец, апофеозом карьеры аппарата "Соболя-П" была работа в мае 1945 года, когда Москва держала связь с Берлином во время безоговорочной капитуляции Германии. Уже после 1945 года оборудование применяли на линиях радиосвязи Москвы с европейскими столицами. Потенциал для модернизации «Соболя-П» был настолько велик, что работы по его доработке шли и после окончания боевых действий Второй мировой войны, а в 1946 году всему инженерному составу повторно присвоили Сталинскую премию I степени.

Итогами работы по теме секретной телефонии в СССР до 1946 года стал огромный объем опытно-конструкторских работ, ставший в дальнейшем фундаментом для более глубоких изысканий. Кроме того, в спецслужбах и войсках накопился ценный опыт эксплуатации и обслуживания такой техники, что положительно сказалось на дальнейших разработках. И наконец, появились первые коллективы профессионалов, из которых в будущем вырастут крупные организации, производящие шифровальную технику мирового уровня.

По материалам:
Бабаш А. В. и др. О развитии криптографии в XIX веке // Защита информации, №5, 2003.
Астрахан В. И., Гусев В. В. Становление и развитие правительственной связи в России, 1996.
Астрахан В. И., Павлов В. В., Чернега В. Г. Правительственная электросвязь в истории России. Часть 1, 2001.
Клепов А. Информационное оружие Сталина.
Вадим Гребенников. Криптология и секретная связь. Сделано в СССР.

Автор:

Евгений Федоров

Использованы фотографии:

aloban75.livejournal.com, wikipedia.ru      https://topwar.ru/150762-shifrovalnoe-delo-sovetskogo-sojuza-chast-1.html        https://topwar.ru/151042-shifrovalnoe-delo-sovetskogo-sojuza-chast-2.html      https://topwar.ru/151211-shifrovalnoe-delo-sovetskogo-sojuza-chast-3.html