Среди всех видов связи один привлекал к себе особенное внимание военачальников и организаторов обороны страны в годы ВОВ. Советское руководство и специалистов, конечно, весьма интересовал вопрос о возможностях противника по дешифрованию переговоров на линиях секретной телефонной связи.
ВЫДАЮЩЕЕСЯ ДОСТИЖЕНИЕ
Секретная телефония с 1943 г. заслужила одобрение и доверие высоких руководителей. И это было действительно выдающееся достижение криптографов и производственников. Оно дало возможность командующим армиями и фронтами связываться на поле боя друг с другом и со Ставкой Верховного Главнокомандования, не беспокоясь о сохранении секретности информации. Ныне мы можем с уверенностью сказать, что противнику не удалось дешифровать советскую секретную телефонию. Но в военные годы такой вопрос стоял перед криптографами постоянно. Постепенно развивались и методы дешифрования. В конце 1945 г. они позволили успешно дешифровать собственную секретную телефонию. Безусловно, это был большой успех советской криптографии. Многие интересные подробности привёл в своей книге "В круге третьем" один из создателей советской секретной телефонии К.Ф. Калачёв.
ПРЯМОЕ ПРОСЛУШИВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Первоначально, в 1930-е годы, и до 1943 г. в СССР использовался единственный метод оценки стойкости аппаратуры засекречивания: прямое прослушивание линейной передачи. Конечно, метод совершенствовался по мере накопления опыта разработок, промышленного изготовления аппаратуры и эксплуатации на линиях связи. Исходя из метода прямого прослушивания, подбирались и способы преобразования речевого сигнала, обеспечивающие достаточную маскировку речи. Речевой сигнал в электрическом виде имеет две основные характеристики - частотный спектр речи (300-3400 Гц в канале связи) и распределение энергии по спектру речи.
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА В 30-е ГОДЫ
Сначала, конечно, инверсия всего спектра речи, относительно его центра, в приборе - инверторе. При этом самые низкие частоты речи становятся самыми высокими и наоборот, и т.д. Этот способ имел широкое применение в мировой технике связи. Хотя инвертор обеспечивал маскировку в линии (вместо нормальной речи слышались визги и шумы), всё же противник мог восстановить исходную передачу, подключив к каналу связи аналогичный прибор.
Возможны также разбиение частотного спектра на ряд полос и перестановка их между собою, с применением независимой инверсии в отдельных полосах. Если преобразования меняются во времени под управлением шифратора, то задача для противника при перехвате усложняется: такая передача уже требует дешифрования.
Хотелось бы иметь и временные преобразования речевого сигнала, например, временные перестановки отдельных отрезков речи. Они ещё сильнее осложняют задачу противника. Но как сделать то, чего ещё никто не делал?
ПРЕДЛОЖЕНИЕ В.А. КОТЕЛЬНИКОВА
В.А. Котельников предложил использовать в аппаратуре засекречивания перестановку частотных полос с инверсией в сочетании с временными перестановками отрезков речи по 100 миллисекунд. При этом управление частотными и временными перестановками на передаче и приёме должно было осуществляться шифратором с выдачей 5 бит гаммы шифра примерно 10 раз в секунду.
Иллюстрация 1. Пятирядная телеграфная лента
Заказчиком аппаратуры стал Отдел правительственной связи НКВД. И в 1940 г. в лаборатории Котельникова начались работы по изготовлению образцов наиболее сложного по тем временам аппарата телефонного засекречивания "Соболь-П", в котором использовались временные и частотные перестановки, а в качестве шифратора использовалась пятирядная телеграфная лента со случайно нанесёнными отверстиями. Случайность эта была весьма условной: ленту набивали "вслепую" машинистки, статистический контроль был слабый. Да и серьёзные статистические проверки в ту пору были невозможны.
Иллюстрация 2. Аппарат правительственной связи 1940-х годов
ЦЕНОЙ САМООТВЕРЖЕННЫХ УСЛИЛИЙ…
Ценой самоотверженных усилий уже через три месяца после начала войны были изготовлены и испытаны лабораторные макеты основных узлов будущей аппаратуры "Соболь-П". Это были: узел частотных перестановок с инверсией спектра; узел временных перестановок; узел шифратора на базе трансмиттера и пятирядной перфорированной телеграфной ленты; макет генератора, создающего гамму управления перестановками частотных полос и временных отрезков.
Весьма ответственный узел временных перестановок состоял из двух главных частей: прибора замедления сигнала на 100 и 200 миллисекунд и схемы переключения замедленных сигналов, осуществлявшей перестановку отрезков речи по 100 миллисекунд. Много сложностей было связано с разработкой прибора замедления сигнала, пока, наконец, пришли к решению найти подходящую для магнитной записи сталь, а запись осуществлять не на плоскости диска, а на его ободе. К счастью, подходящей сталью поделился московский завод "Серп и Молот". Так решилась проблема создания узла магнитной записи, испытания которого показали приемлемый результат.
СЛОЖНЕЙШАЯ АППАРАТУРА ЗА ГОД ВЫДАНА НА БОЕВУЮ СВЯЗЬ
Лаборатория Котельникова, эвакуированная из Москвы в Уфу в ноябре 1941 г., вскоре после прибытия была разделена на две части. Большая часть во главе с В.А. Котельниковым вошла в ГСПЭИ 56. Другая часть лаборатории была переведена в НКВД.
В Уфе лаборатория Котельникова работала по своей основной теме - аппаратуре "Соболь-П". Её образцы получили боевое крещение уже в конце 1942 г. на радиолинии, восстановившей связь Москвы с Закавказьем. Закавказский фронт тогда имел исключительно важное значение. Он обеспечивал безопасность поставок грузов от союзников через Иран и Туркестан, по южному маршруту ленд-лиза. Кроме того, в портах Грузии базировался Черноморский флот, не позволявший румынским танкерам доставлять нефтепродукты на Кубань напрямую по Чёрному морю. В результате, горючее для немцев и их союзников, наступавших на Сталинград и Северный Кавказ, везли из Румынии автотранспортом.
Вызывает восхищение способность разработчиков, производственников и связистов, преодолев все трудности, за год создать сложнейшую аппаратуру и поставить её на боевую связь.
Иллюстрация 3. Завод № 209
НАЧАЛО РАБОТ ПО ДЕШИФРОВАНИЮ ЛИНЕЙНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Проработав немного более года в Уфе, лаборатория Котельникова в апреле-мае 1943 г. перебазировалась обратно в Москву: её передали в ОПС НКВД. Таким образом, с весны 1943 г. в Москве, в НКВД, активно работали две лаборатории. В них ведущую роль играли сотрудники бывшей лаборатории Котельникова. Сам Владимир Александрович в 1944 г. перешёл на работу в МЭИ. В лабораториях разрабатывались несколько типов аппаратов секретной телефонии и одновременно начались серьёзные работы по дешифрованию линейной передачи. Кроме того, эти подразделения стали экспертами по оценке стойкости аппаратуры, создававшейся в других организациях страны.
Так, в конце 1942 г. при КБ завода № 209 в Ленинграде была организована лаборатория по разработке секретной телефонии. Лабораторию усилили специалистами из ОПС, бывшими сотрудниками Котельникова, в том числе А.П. Петерсоном.
АНАЛИЗИРУЕМЫЕ АППАРАТЫ
Опытное производство ГСПЭИ-56 в Уфе выпустило с 1941 г. 70 аппаратов типа инвертора. Завод № 697 в Уфе произвёл 1898 аппаратов засекречивания, в основном типа инвертора. В ряде аппаратов, в том числе опытных образцах аппарата "Соболь-П", использовался шифратор для изменения способа преобразования речи.
Завод № 209 в блокадном Ленинграде, начиная с 1942 г. выпустил 56 аппаратов засекречивания, причём в основном это были аппараты, имевшие шифрующие устройства со сложной механикой.
Из общего числа 22 разработок засекречивания телефонии 16 использовались на линиях, 6 завершились на уровне лабораторных образцов. При этом из 22 аппаратов 10 были маскирующими (с простой инверсией спектра), остальные имели шифратор. Самая сложная аппаратура была разработана в лаборатории Котельникова.
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Для связи Ставки Верховного Главнокомандования с фронтами по коротковолновым радиоканалам использовалась аппаратура "Соболь-П", а по проводным - "Сова", "Нева" и другие. Впервые аппаратура "Соболь-П" заработала в конце 1942 г. на КВ радиосвязи Москва-Тбилиси, заменяя нарушенную немцами на Волге проводную связь Москвы со штабом Закавказского фронта. Она действовала до окончания строительства новой линии проводной связи вдоль побережья Каспийского моря.
Техника засекречивания переговоров использовалась во время проведения Тегеранской, Ялтинской и Потсдамской конференций.
Аппараты "Соболь-П", "Нева" продолжительное время работали на связи Москвы с Хельсинки, Парижем и Веной в период проведения мирных переговоров.
Тысячи инверторов и десятки аппаратов засекречивания с шифраторами работали на внутренних линиях связи страны.
Иллюстрация 4. В. А. Котельников, дваждылауреат Сталинской премии, 1946 г.
СЕКРЕТНАЯ ТЕЛЕФОНИЯ В ДРУГИХ СТРАНАХ
Ныне известно, что работы по созданию техники секретной телефонии в Германии начались в 30-е годы. Первые аппараты были выпущены в 1932-33 гг. К работе были привлечены крупные фирмы АЕТ, Телефункен, Сименс. Согласно сведениям К.Ф. Калачёва, до 1945 г. они разработали 15 типов аппаратуры и изготовили 2180 аппаратов. Основную массу (более 2100) составили различные типы инверторов.
Одновременно в военном ведомстве под руководством доктора Лотце велись исследования возможности дешифрования этой аппаратуры. Доктор Лотце дал отрицательное заключение о гарантии стойкости всех разработанных фирмами аппаратов. "К концу войны Германия не имела аппаратов засекречивания, которые были бы устойчивы против дешифрования".
К.Ф. Калачёв также отметил, что "В США и Англии в период войны использовалась пятиполосная аппаратура засекречивания с инвертированием спектра в отдельных полосах. Перестановка полос осуществлялась через продолжительное время, поэтому стойкость такой системы была весьма низкой".
"Что же можно сказать о переговорах, засекреченных нашей аппаратурой с наличием шифратора: дешифровались они в ходе войны или нет? На этот вопрос надо дать отрицательный ответ - нет.
Во-первых, спецслужбой таких фактов не зафиксировано. Во-вторых, как объяснили немецкие специалисты, дешифровальная группа доктора Лотце в Германии состояла из нескольких человек и имела целью давать оценки стойкости только разрабатываемой в этой стране аппаратуры. В-третьих, в первые послевоенные годы на связи Париж-Москва передачи с аппаратурой "Соболь-П" забивались помехой, а не перехватывались". Таково компетентное мнение К.Ф. Калачёва.
НОВЫЕ МЕТОДЫ ДЕШИФРОВАНИЯ
В СССР целенаправленные работы по дешифрованию телефонной засекреченной передачи начались с 1943 г. в 6 управлении НКГБ, в группе А.П. Петерсона из 5 человек. Одновременно эта группа вела разработки техники засекречивания.
Новые методы появились в связи с осмыслением всего опыта работ по разработке, производству и применению аппаратуры, а также в связи с появлением новых измерительных приборов.
Постепенно, под влиянием консультаций с Котельниковым, в группе Петерсона утвердилась мысль о необходимости изучения распределения энергии сигнала по частотам во всё время передачи. Идея была простой: следует попытаться восстановить энергетическую функцию исходного сигнала по энергетическим следам в отдельных полосах спектра за короткие временные промежутки передачи. Заметим, что с целью экономии полоса частот стандартного канала связи ограничивается примерно до частоты 3300-3400 Гц. При этом обеспечивается достаточно хорошая разборчивость речи и узнаваемость голоса.
Осуществить идею было очень сложно из-за отсутствия подходящих измерительных приборов, их тоже надо было создавать.
НАЧАЛО «СОКРУШЕНИЯ»
"Первые результаты появились в середине 1944 года. Используя многошлейфный осциллограф, группа А.П. Петерсона начала "сокрушать" аппараты засекречивания один за другим".
Лишь в 1946 г. в США, в журнале "The Acoustical Socity", была опубликована статья с описанием анализатора спектра речи, Саунд Спектрографа. Это и был необходимый прибор. Анализатор давал двумерное изображение энергетики спектра речи: по горизонтали - время, по вертикали - частота, а энергия в отдельных полосах спектра определялась степенью почернения фотобумаги, что характеризовало уровень сигнала при его записи.
При этом вся площадь спектрограммы разбивалась на маленькие прямоугольники размером Fxt, где F - ширина полос разбиения спектра речи, а t - минимальная длительность отрезка передачи при разбиении ее по времени. Подобные приборы и стали основой для создания новых методов дешифрования по фиксации распределения энергии сигнала. Тем самым, в криптографии решительно утвердились физические методы анализа аппаратуры.
ДЕШИФРОВАНИЕ МОЗАИЧНЫХ СИСТЕМ
Поясним сначала, что такое мозаичная система шифрования. "Узел шифратора, осуществляющий частотные преобразования, переставляет прямоугольники Fxt по частоте, в некоторых случаях инвертируя спектр частот, а узел временных перестановок переставляет их по времени. Так, из "плавной" спектрограммы речи появляется "мозаичная" картинка".
До 1943-1944 г.г. казалось невозможным по линейной передаче восстановить нормальную речь с исходным положением её отрезков, ведь спектрографа или сходных приборов ещё не было. Единственным методом оценки стойкости был метод прослушивания линейной засекреченной передачи, при этом использовались двузначные числа, отдельные слова и фразы. И аппараты засекречивания с шифратором обеспечивали необходимую стойкость против такого дешифрования.
А вот многошлейфный осциллограф или, ещё ярче, спектрограф при значениях F в сотни герц и величинах t в 60-100 миллисекунд при глубине временных перестановок в 200 миллисекунд позволили восстановить исходную картину спектрограммы, т.е. дешифровать передачу.
ПО СТУПЕНЯМ УСПЕХА
Начиная с середины 1944 г. до конца 1945 г. группа А.П. Петерсона выдала отрицательные заключения на все аппараты засекречивания телефонии, используя в своём анализе многошлейфный осциллограф, прообраз американского Саунд Спектрографа.
Итоговым документом исследований явился отчёт, утверждённый 28.12.1945г. Его главные положения:
- Все аппараты мозаичного типа дешифруемы.
- Нельзя увеличить стойкость за счёт уменьшения F и t , так как резко ухудшается качество восстановленной речи.
- Создавать стойкую аппаратуру можно двумя путями - усложнением разрабатываемой мозаичной аппаратуры, а также использованием вокодера в качестве речепреобразующего устройства.
Значение этих событий трудно переоценить. Следствием их в скором времени стали организация известной ныне Марфинской лаборатории, широкий разворот работ по созданию стойкой к дешифрованию секретной телефонии и высокоскоростных шифраторов, а затем и постепенный выход советской криптографии на передовые позиции в мире.
Кратко напомним о Калачёве Константине Фёдоровиче (1915-2001 г.г.), одном из создателей советской секретной телефонии, ученике и соратнике В.А. Котельникова. С начала 1941 г. он участвовал в разработке прибора замедления сигнала; в октябре добровольцем выступил на защиту Москвы в составе дивизии народного ополчения; отозван с фронта в июне 1944 г. в Лабораторию специальной техники, бывшую лабораторию Котельникова, где занимался вопросами дешифрования аппаратуры телефонных передач; в Марфино он руководил группой, являвшейся криптографическим центром всей лаборатории; К.Ф. Калачёв занимал пост зам. директора по научной работе НИИ-2, преемника Марфинской лаборатории, с момента создания института в 1952 г. до 1970 г.
