Джон Херивел

Джон Уильям Джеймисон Херивел (29 августа 1918 г. - 18 января 2011 г.) был британским историком науки и времен Второй мировой войны взломщиком кодов в Блетчли-парке .

Как взломщик кодов, занимающийся криптоанализом загадки , Херивель запомнился главным образом открытием того, что вскоре было названо подсказкой Херивеля или Herivelismus . Херивелизм состоял из идеи, подсказки Херивеля и метода установления ее применимости с помощью квадрата Херивеля . Он был основан на понимании Херивелем привычек немецких операторов шифровальной машины «Энигма» , которые позволили Блетчли Парку легко вывести часть ежедневного ключа . В течение короткого, но критического периода после мая 1940 года наконечник Херивеля в сочетании с « цилли » (еще один класс ошибок оператора) был основным методом, используемым для решения «Энигмы».

После войны Херивел стал академиком, изучая историю и философию науки в Королевском университете Белфаста , в частности Исаака Ньютона , Джозефа Фурье , Христиана Гюйгенса . В 1956 году он взял краткий отпуск в Квинс, чтобы поработать научным сотрудником в Дублинском институте перспективных исследований . Выйдя на пенсию, он написал автобиографический отчет о своей работе в Блетчли-парке под названием Herivelismus and the German Military Enigma .

Набор персонала в Блетчли Парк

Джон Херивел родился в Белфасте и учился в методистском колледже Белфаста с 1924 по 1936 год. В 1937 году он получил стипендию Китченера для изучения математики в Сидней-Сассекском колледже в Кембридже , где его руководителем был Гордон Уэлчман . Уэлчман нанял Херивела в Государственную школу кодирования и шифрования (GC&CS) в Блетчли-Парке . Уэлчман работал с Аланом Тьюрингом в недавно сформированной секции Хижины 6, созданной для решения загадок армии и ВВС. Херивел, которому тогда был 21 год, прибыл в Блетчли 29 января 1940 года. и был проинформирован об «Энигме» Аланом Тьюрингом и Тони Кендриком.

Энигма

Военная машина «Энигма».

В то время, когда Херивел начал работу в Блетчли-парке, Хижина 6 имела лишь ограниченный успех с сообщениями, зашифрованными с помощью Энигмы, в основном из сети Люфтваффе Энигма, известной как «Красный». Он работал вместе с Дэвидом Рисом , еще одним кембриджским математиком, нанятым Уэлчманом, в соседней школе Элмерса, тестируя возможные решения и разрабатывая настройки коммутационной панели. Процесс шел медленно, однако Херивел был полон решимости найти способ улучшить их атаку и проводил вечера, пытаясь придумать, как это сделать.

Перехваченные сообщения с кодом Морзе были зашифрованы немецкой « Энигмой» , электромеханической роторной шифровальной машиной , реализовавшей полиалфавитный шифр . Основная модель, использовавшаяся в 1940 году, имела три ротора , которые прокладывали электрический путь от клавиатуры к ламповому щитку. При нажатии клавиши загоралась одна лампа, а крайний правый ротор перемещался на одну буквенную позицию. Это изменило электрический путь, так что повторное нажатие той же клавиши вызывало загорание другой буквы. В одном из 26 положений выемка на крайнем правом роторе зацеплялась со средним ротором, так что два ротора продвигались вместе, и аналогичным образом средний ротор вступал в зацепление с крайним левым ротором, что давало очень длительный период перед последовательностью действий. повторный (26 × 26 × 26 = 17 576). Кольцо на роторе, содержащее выемку и вызывающее движение следующего ротора, могло быть установлено в любое из 26 положений. Три ротора были выбраны из набора из пяти, что давало 60 различных способов установки роторов в машину. Однако, поскольку немцы установили правило, согласно которому ни один ротор не должен находиться в одном и том же положении в последующие дни, если роторы предыдущих дней и их положения были известны, это число было сокращено до 32.

Машина «Энигма» работала взаимно, так что идентичная машина с идентичными настройками, если ей подать зашифрованные буквы, показывала расшифрованные буквы на ламповом табло. В Хижине 6 были копии машин «Энигма», которые были логически идентичны машинам, которые использовали немцы. Для расшифровки перехваченных сообщений требовалось, чтобы были известны выбор роторов, настройки колец и соединения коммутационной панели. В это время первые три буквы прелюдии к сообщению использовались как индикатор, сообщающий принимающему оператору буквы, которые должны появиться в окнах для этого конкретного сообщения.

Совет Херивеля

Два ротора Enigma с электрическими контактами, храповым механизмом (слева) и выемкой (на правом роторе напротив буквы D ).

В феврале 1940 года Херивель догадался, что некоторые ленивые немецкие шифровальщики могут выдать настройки звонка «Энигмы» ( Ringstellung ) в своем первом сообщении дня. Если бы было несколько ленивых клерков, первое сообщение Grundstellung не было бы случайным, а группировалось бы вокруг Ringstellung . Это открытие стало известно как совет Херивеля . В то время в этом не было необходимости, потому что Люфтваффе дважды шифровали свои ключи сообщений, чтобы такие методы, как листы Зигальского можно было использовать . В мае 1940 года немцы прекратили использование ключей с двойным шифрованием. Другие методы стали неэффективными, и Блетчли-Парк начал использовать наконечник Херивеля, чтобы препятствовать движению Люфтваффе. Этот метод продолжал оставаться основным до тех пор, пока в августе 1940 года не была доставлена ​​бомба .

Процедура шифрования Энигмы

Роторы и расположение кольца с выемкой менялись ежедневно. Настройки были определены в кодовой книге , которая была общей для всех операторов этой сети. В начале каждого дня, до того как были отправлены или получены какие-либо сообщения, операторы Enigma осуществляли выбор ротора и настройки кольца на день. Выбрав три ротора, они отрегулировали настройки колец. Это можно было сделать до того, как роторы были установлены на оси, или после того, как они были вставлены в машину. Регулировать настройки колец нагруженных роторов можно было, перемещая подпружиненный стопорный штифт вправо и поворачивая ротор до отображения заданной буквы. Херивель считал вполне вероятным, что по крайней мере некоторые операторы отрегулируют кольца после установки роторов в машину. Установив кольца алфавита и закрыв крышку, оператор должен был затем отодвинуть роторы далеко от положений, в которых в окнах отображались три буквы настройки кольца, но некоторые операторы этого не сделали.

Три ротора внутри машины «Энигма». На среднем роторе можно увидеть установочный штифт кольца с маленькой красной стрелкой, указывающей рядом с положением 01 . Чтобы отрегулировать настройку кольца, подпружиненный штифт можно переместить вправо, чтобы кольцо можно было повернуть до желаемого положения.

Великое прозрение пришло к Эривелю однажды вечером в феврале 1940 года, когда он отдыхал перед камином своей хозяйки. Напряженные или ленивые операторы, которые устанавливали кольца, когда роторы были в машине, могли затем оставить настройку колец вверху или рядом с ней и использовать эти три буквы для первого сообщения дня.

Для каждого передаваемого сообщения оператор-отправитель будет следовать стандартной процедуре. С сентября 1938 года он использовал начальную позицию для шифрования индикатора и отправлял его в открытом виде , а затем ключ сообщения, который был зашифрован при этой настройке. Если бы основной настройкой (нем. Grundstellung ) был GKX , например, , он затем использовал бы Enigma с роторами, установленными на GKX, для шифрования настройки сообщения , которую он мог бы выбрать в качестве RTQ ; который может зашифроваться в LLP . (До мая 1940 года настройка зашифрованного сообщения повторялась, но это не имело никакого значения для понимания Херивеля.) Затем оператор переводил свои роторы в режим RTQ и шифровал фактическое сообщение. Таким образом, преамбулой к сообщению будет параметр незашифрованного основного сообщения ( GKX ), за которым следует параметр зашифрованного сообщения ( LLP ). Принимающий оператор Enigma мог использовать эту информацию для восстановления настроек сообщения, а затем расшифровать сообщение.

Настройки грунта ( GKX в приведенном выше примере) должны были выбираться случайным образом, но Херивел рассудил, что если операторы ленивы, спешат или находятся под каким-либо другим давлением, они могут просто использовать любую настройку ротора, которая в данный момент отображается на машине. Если бы это было первое сообщение за день и оператор установил настройки колец, когда роторы уже находились внутри машины, положение ротора, отображаемое в данный момент на машине, вполне могло бы быть самим положением кольца или быть очень близким к нему. (Если бы такая ситуация произошла в приведенном выше примере, GKX был бы настройкой звонка или близко к ней).

Польские криптографы использовали эту идею в ПК Бруно во время Странной войны .

Площадь Херивеля

На следующий день после его прозрения коллеги Херивеля согласились, что его идея — возможный путь к «Энигме». Хижина 6 начала искать эффект, предсказанный наводкой Херивеля, и организовала раннюю отправку первых сообщений дня от каждой передающей станции. Они нанесли показатели на сетку, названную «квадратом Херивеля». пример которого показан ниже. Строки и столбцы сетки помечены алфавитом. В сетку был введен первый показатель первого сообщения дня, полученного от каждой станции сети. Это было сделано путем нахождения столбца, соответствующего первой букве, строки, соответствующей второй букве, и ввода третьей буквы в ячейку, где строка и столбец пересекались. Например, будет записан путем ввода X в ячейку в столбце G и строке K. GKX

   A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
----------------------------------------------------------
Z|                                                      |Z
Y| S                                                    |Y
X|                                                      |X
W|                                             L        |W
V|                                                      |V
U|                       E                              |U
T|                                                      |T
S|                                                      |S
R|                                                 K    |R
Q|     S                                                |Q
P|                                                      |P
O|                                                      |O
N|                               N                      |N
M|           X                                          |M
L|             W T                                      |L
K|             X Y                                      |K
J|           W X                                        |J
I|                                                      |I
H|                                         Q            |H
G|                                                      |G
F|                                                      |F
E|           A                                          |E
D|                                                      |D
C|                     V                                |C
B|                                       J              |B
A|   P                                                  |A
----------------------------------------------------------
   A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Подсказка Herivel предполагала, что будет кластер записей близко друг к другу, например, кластер вокруг GKX в приведенном выше примере. Это сузило бы количество вариантов настроек кольца с 17 576 до небольшого набора возможностей, возможно, от 6 до 30, которые можно было бы протестировать индивидуально.

Эффект, предсказанный Херивелем, не сразу проявился в трафике Enigma. однако, чтобы проникнуть в «Энигму», Блетчли Парку пришлось продолжать использовать другую технику: метод « перфорированных листов », который был передан польским криптологам. Ситуация изменилась 1 мая 1940 года, когда немцы изменили процедуру индикации, сделав метод перфорированного листа устаревшим. Hut 6 внезапно оказался неспособен расшифровать «Энигму».

К счастью для дешифровщиков, закономерность, предсказанная подсказкой Херивеля, начала проявляться вскоре после этого, 10 мая, когда немцы вторглись в Нидерланды и Бельгию. Дэвид Рис заметил кластер в индикаторах . а 22 мая было расшифровано сообщение Люфтваффе, отправленное 20 мая, что стало первым после изменения процедуры.

Дополнительные ключевые компоненты

Хотя насадка Herivel обеспечивала настройки кольца Enigma, она не предоставляла другие части ключа Enigma: порядок роторов и настройки коммутационной панели. Люфтваффе в то время выбирало из 5 несущих винтов, поэтому возможных заказов несущих винтов было 60. Кроме того, может быть от 8 до 10 соединений на коммутационной панели, что означает, что все буквы из 26, кроме 6, переставляются с помощью коммутационной панели. Взломщикам кода пришлось использовать другие методы, чтобы найти оставшиеся части ключа «Энигмы».

Подсказка Херивеля использовалась в сочетании с другим классом ошибок оператора, известным как « цилли », для решения настроек и расшифровки сообщений.

Наконечник Херивеля использовался в течение нескольких месяцев, пока не были готовы к использованию специализированные машины для взлома кодов, сконструированные Аланом Тьюрингом , так называемые « бомбы ».

Признание

Гордон Уэлчман писал, что наводка Херивеля была жизненно важной частью взлома «Энигмы» в Блетчли-парке.

Если бы Херивель не был завербован в январе 1940 года, кто бы мог подумать о наконечнике Херивеля, без которого мы потерпели бы поражение в мае 1940 года – будучи неспособными поддерживать непрерывность до тех пор, пока много месяцев спустя не начали прибывать бомбы? Пусть не будет никаких заблуждений по поводу этого последнего пункта. Потеря преемственности на всех этапах была бы очень серьезной, если не катастрофической».

Из-за важности его вклада Херивел был отмечен и представлен Уинстону Черчиллю во время визита в Блетчли-парк. Он также преподавал криптоанализ «Энигмы» группе американцев, приписанных к Хижине 6, на интенсивном двухнедельном курсе. Позже Херивел работал в администрации в « Ньюманри », отделе, ответственном за решение немецких телетайпных шифров с использованием машинных методов, таких как компьютеры «Колосс» и «Колосс » . помощником заведующего секции математиком Максом Ньюманом .

В 2005 году исследователи, изучающие набор зашифрованных с помощью Enigma сообщений времен Второй мировой войны, отметили появление кластеров, как и предсказывало наводка Херивеля, в сообщениях от августа 1941 года.

После Второй мировой войны

После окончания войны Херивел целый год преподавал математику в школе. но он обнаружил, что не может справиться с «шумными мальчиками». Затем он поступил в Королевский университет в Белфасте, где стал читателем истории и философии науки. Одним из студентов, которыми он руководил, был актер Саймон Кэллоу , который сказал о нем:

Я был совершенно поражен. Он был замечательным учителем в старинном стиле. Во время занятий он заваривал чай и поджаривал пышки у костра. (Он был) очень глубоким мыслителем, но очень неожиданным в своих подходах, но не было ощущения, что он сделал что-то экстраординарное в своей жизни. Это было его поколение; они не поцеловались и не рассказали.

, 75 Лонсдейл Роуд , Оксфорд, где умер Херивел. Синяя мемориальная доска увековечивает его как «математика и взломщика кодов».

Он опубликовал книги и статьи об Исааке Ньютоне , Джозефе Фурье и Христиане Гюйгенсе. Его публикации включают:

• Херивел, Дж. В. (апрель 1955 г.), «Вывод уравнений движения идеальной жидкости по принципу Гамильтона», Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society , 51 (2): 344–349, Bibcode : 1955PCPS...51. .344H , doi : 10.1017/S0305004100030267 , S2CID   122422156
• Херивел, Джон (1965), Предыстория «Начал Ньютона: исследование динамических исследований Ньютона в 1664–1684 годах» на основе оригинальных рукописей из портсмутской коллекции в библиотеке Кембриджского университета , Clarendon Press
• Херивел, Дж.В. (декабрь 1966 г.), «Аспекты французской теоретической физики в девятнадцатом веке», Британский журнал истории науки , 3 (2): 109–132, doi : 10.1017/S0007087400003794 , S2CID   144562116 Исследование, по которому Основанная на этой статье работа была проведена в Париже в 1964 году с помощью Маркетской биржи, присужденной французским правительством через посольство в Лондоне, а также с помощью гранта Исследовательского комитета Академического совета Королевского университета в Белфасте.
• Херивел, Джон ; Уильямс, Л. Пирс (ноябрь 1975 г.), «Джозеф Фурье: человек и физик», Physics Today , 28 (11): 65, Бибкод : 1975PhT....28k..65H , doi : 10.1063/1.3069206
• Херивел, Джон (1975), Жозеф Фурье: человек и физик , Clarendon Press
• Херивел, JW (декабрь 1960 г.), «Открытие Ньютоном закона центробежной силы», Isis , 51 (4): 546–553, doi : 10.1086/349412 , JSTOR   228612 , S2CID   143523512
• Херивел, Дж. В. (декабрь 1965 г.), «Первое решение Ньютона проблемы движения Кеплера», Британский журнал истории науки , 2 (4): 350–354, doi : 10.1017/s0007087400002508 , JSTOR   4024891 , S2CID   121724711
• Херивел, Джон В. (1970), «Достижения Ньютона в динамике», Annus Mirabilis сэра Исаака Ньютона: 1666–1966 : 120–135.

В 1978 году он ушел в Оксфорд , где стал членом колледжа All Souls . Выйдя на пенсию, он опубликовал:

• Херивел, Джон (2008), Herivelismus и немецкая военная загадка , M&M Baldwin

Он умер в Оксфорде в 2011 году.

У него осталась дочь Жозефина Эривел .

Ссылки

• Гуд, Джек (1993), Загадка и рыба в Hinsley & Stripp 1993 , стр. 149–166.
• Херивел, Джон (2008), Herivelismus и немецкая военная загадка , Клеобери Мортимер, Шропшир: M&M Baldwin, ISBN  978-0947712464 Здесь содержится отчет о довоенной работе над «Энигмой» в Польше, написанный с заботой профессионального историка.
• Хинсли, Флорида ; Стрипп, Алан, ред. (1993) [1992], Взломщики кодов: внутренняя история Блетчли-парка , Оксфорд: Oxford University Press, ISBN  978-0-19-280132-6
• Себаг-Монтефиоре, Хью (2000), Загадка: Битва за код , Уайли, ISBN  0-471-40738-0
• Смит, Майкл (1998), Станция X: Взломщики кодов Блетчли-Парка , Channel 4 Books, ISBN  0-7522-2189-2
• Уэлчман, Гордон (1997) [1982], История Hut Six: Взлом кодов Enigma , Клеобери Мортимер, Шропшир: M&M Baldwin, ISBN  0-947712-34-8

Внешние ссылки

• «Разум взломщика кодов», веб-сайт, сопутствующий «Расшифровке нацистских секретов», первоначально транслировавшийся 9 ноября 1999 года. Часть первая и вторая . (Содержит аналогичный материал по Herivel Tip to Smith, 1998).