Джон Херивел - John Herivel

Загадка
шифровальная машина
Enigma-logo.svg

Джон Уильям Джеймисон Херивел (29 августа 1918 - 18 января 2011)[1] был британцем историк науки и бывший Вторая Мировая Война взломщик кода в Bletchley Park.[2]

Как взломщик кода, связанный с Криптоанализ загадки, Херивель запомнился главным образом открытием того, что вскоре было названо Наконечник Herivel или же Herivelismus. Herivelismus состоял из идеи, Наконечник Herivel и метод определения того, применялся ли он, с помощью Площадь Геривеля.[3] Он был основан на понимании Херивелем привычек немецких операторов Шифровальная машина Enigma это позволило Блетчли-Парку легко вычислить часть ежедневных ключ. В течение короткого, но критического периода после мая 1940 г. подсказка Херивеля в сочетании с "cillies "(другой класс ошибок оператора) был основным методом, используемым для решения Enigma.

После войны Херивел стал академиком, изучая история и философия науки в Королевский университет Белфаста, особенно Исаак Ньютон, Жозеф Фурье, Кристиан Гюйгенс. На пенсии он написал автобиографический отчет о своей работе в Блетчли-парке под названием Herivelismus и немецкая военная загадка.[4]

Набор в Блетчли Парк

Джон Херивел родился в Белфаст, и присутствовал Методистский колледж Белфаста с 1924 по 1936 год. В 1937 году ему была присуждена стипендия Китченера для изучения математики в Колледж Сидни Сассекс, Кембридж, где был его руководитель Гордон Велчман.[5][6] Велчман завербовал Херивела в Правительственная школа кодекса и шифра (GC&CS) в Bletchley Park. Велчман работал с Алан Тьюринг во вновь образованном Хижина 6 Раздел создан для решения загадки армии и авиации.[7] Херивел, которому тогда был 21 год, прибыл в Блетчли 29 января 1940 года.[8] и был проинформирован об Enigma Аланом Тьюрингом и Тони Кендриком.[9]

Enigma

Военная машина Enigma.

В то время, когда Херивел начал работать в Блетчли-парке, Хижина 6 имела лишь ограниченный успех с сообщениями, зашифрованными с помощью Enigma, в основном от Люфтваффе Сеть Enigma известна как «Красная».[7][9][10] Он работал вместе Дэвид Рис, еще один кембриджский математик, нанятый Уэлчманом в соседней школе Элмерса, для тестирования возможных решений и разработки настроек коммутационной панели.[7] Однако процесс шел медленно, Херивел был полон решимости найти способ улучшить их атаку и проводил вечера, пытаясь придумать, как это сделать.[9]

Перехваченный Закодирован Морзе сообщения были зашифрованы немцами Enigma, электромеханический роторная шифровальная машина который реализовал полиалфавитный шифр. Основная модель, использовавшаяся в 1940 году, имела три роторы которые устанавливают электрический путь от клавиатуры к ламповой панели. При нажатии клавиши загоралась одна лампа и крайний правый ротор перемещался на одну букву. Это изменило электрический путь, так что при повторном нажатии той же клавиши загоралась другая буква. В одном из 26 положений выемка на крайнем правом роторе зацепляется со средним ротором, так что два ротора продвигаются вместе, и аналогично средний ротор зацепляется с крайним левым ротором, обеспечивая очень долгий период до начала последовательности. повторяется (26 × 26 × 26 = 17 576). Кольцо на роторе, которое содержало выемку и таким образом заставляло следующий ротор двигаться вперед, могло быть установлено в любое из 26 положений. Три ротора были выбраны из пяти, что дало 60 различных способов установки роторов в машине. Однако, поскольку немцы установили правило, что 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 Enigma работала взаимно, так что идентичная машина с идентичными настройками при подаче зашифрованных букв показывала расшифрованные буквы на ламповой доске. В Хижине 6 были реплики Энигмы, логически идентичные машинам, которые использовали немцы. Для расшифровки перехваченных сообщений требовалось, чтобы были известны выбор роторов, настройки кольца и соединения коммутационной панели. В это время первые три буквы прелюдии к сообщению использовались как индикатор чтобы сообщить принимающему оператору буквы, которые должны появиться в окнах для этого конкретного сообщения.[11]

Наконечник Herivel

Два ротора Enigma с электрическими контактами, ступенчатая трещотка (слева) и выемка (на правом роторе напротив буквы D).

В феврале 1940 года Херивел догадался, что некоторые ленивые немецкие клерки могут выдать настройки звонка Enigma (Ringstellung) в их первом сообщении дня. Если было несколько ленивых клерков, первое сообщение Grundstellungs не будет случайным, но будет иметь кластеризацию вокруг Ringstellung.[12] Это прозрение стало известно как подсказка Херивеля. В то время в этом не было необходимости, потому что Люфтваффе дважды шифровало свои ключи сообщений, поэтому такие методы, как Зыгальские листы может быть использован. В мае 1940 года немцы заблокировали ключи с двойным шифрованием.[13] Другие методы стали неэффективными, и Блетчли-Парк начал использовать наконечник Херивеля, чтобы прервать движение Люфтваффе. Он оставался основным методом до тех пор, пока бомба был доставлен в августе 1940 года.[14][15][16]

Процедура шифрования Enigma

Роторы и положение кольца с выемкой менялись ежедневно. Настройки были определены в кодовая книга это было общим для всех операторов в этой сети. В начале каждого дня, до того, как какие-либо сообщения были отправлены или получены, операторы Enigma реализовали дневной выбор ротора и настройки кольца. Выбрав три ротора, они отрегулировали настройки колец. Это можно было сделать до того, как роторы будут установлены на их оси или после того, как они были вставлены в машину. Было возможно регулировать настройки колец нагруженных роторов, перемещая подпружиненный стопорный штифт вправо и поворачивая ротор, чтобы отобразить указанную букву. Херивел считал вполне вероятным, что по крайней мере некоторые операторы отрегулируют кольца после того, как они установят роторы в машину.[17] Установив кольца с алфавитом и закрыв крышку, оператор должен был затем переместить роторы подальше от позиций, которые отображали три буквы настройки кольца в окнах, но некоторые операторы этого не сделали.

Три ротора внутри машины Enigma. В среднем роторе можно увидеть установочный штифт кольца с маленькой красной стрелкой, расположенной рядом с 01 позиция. Чтобы отрегулировать настройку кольца, подпружиненный штифт можно переместить вправо, чтобы кольцо могло поворачиваться до желаемого положения.

Великое озарение Херивеля пришло к нему однажды вечером в феврале 1940 года, когда он отдыхал перед огнем своей домовладелицы. Напряженные или ленивые операторы, которые устанавливали кольца, когда роторы были в машине, могли затем оставить установку кольца наверху или рядом с ним и использовать эти три буквы для первого сообщения дня.[18]

Для каждого переданного сообщения отправляющий оператор будет следовать стандартной процедуре. С сентября 1938 года он будет использовать начальную позицию для шифрования индикатор и отправь это в Чисто, за которым следует ключ сообщения, который был зашифрован при этой настройке. Если установка на грунт (Немецкий: Grundstellung) был GKX например, он затем использовал бы Enigma с роторами, установленными на GKX зашифровать настройка сообщения, которым он мог бы стать RTQ; который может зашифровать ТОО. (До мая 1940 года настройка зашифрованного сообщения повторялась, но это не имеет значения для понимания Херивеля.) Затем оператор поворачивал свои роторы в положение RTQ и зашифровать фактическое сообщение. Таким образом, преамбула сообщения будет нешифрованной наземной настройкой (GKX), а затем параметр зашифрованного сообщения (ТОО). Оператор-получатель Enigma может использовать эту информацию для восстановления настроек сообщения, а затем расшифровать сообщение.

Установка на землю (GKX в приведенном выше примере) должны были быть выбраны случайным образом, но Херивел рассудил, что если операторы будут ленивы, спешат или иным образом находятся под давлением, они могут просто использовать те настройки ротора, которые в настоящее время отображаются на машине.[17] Если это было первое сообщение дня, и оператор установил настройки кольца с роторами, уже находящимися внутри машины, положение ротора, отображаемое в настоящее время на машине, вполне могло быть самой настройкой кольца или быть очень близким к нему. (Если такая ситуация произошла в приведенном выше примере, GKX будет установкой кольца или близкой к ней).

Польские криптографы использовали эту идею на ПК Бруно вовремя Фальшивая война.[19]

Площадь Геривеля

На следующий день после его озарения коллеги Херивела согласились, что его идея может стать возможным путем в Enigma.[8] Хижина 6 начала искать эффект, предсказанный наводкой Херивеля, и договорилась о ранней отправке первых сообщений дня от каждой передающей станции.[17] Они нанесли индикаторы в сетку, названную «квадрат Геривеля»,[20] пример которого показан ниже. Строки и столбцы сетки помечены алфавитом. Первый индикатор первого сообщения дня, полученного от каждой станции в сети, был введен в сетку. Это было сделано путем нахождения столбца, соответствующего первой букве, строки, соответствующей второй букве, и ввода третьей буквы в ячейку, где пересекаются строка и столбец. Например, GKX будет записан путем ввода Икс в ячейке в столбце грамм и ряд K.

   АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЫЭЮЯ----------------------------------------------- ----------- Z | | З.Ы. | S | YX | | XW | L | WV | | ВУ | E | UT | | TS | | SR | K | RQ | S | QP | | ПО | | ВКЛ | N | NM | X | ML | W T | LK | X Y | кДж | W X | JI | | IH | Q | HG | | GF | | FE | A | ED | | DC | V | CB | J | BA | P | A ----------------------------------------------- -----------   АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЫЭЮЯ

Совет Херивеля предполагал, что будет кластер записей, расположенных близко друг к другу, например, кластер вокруг GKX в приведенном выше примере. Это сузило бы количество вариантов настройки кольца с 17 576 до небольшого набора, возможно, от 6 до 30, которые можно было бы тестировать индивидуально.

Эффект, предсказанный Херивелем, не сразу проявился в трафике Enigma,[18] тем не менее, и Блетчли-Парк пришлось продолжать полагаться на другую технику, чтобы попасть в Enigma: метод "перфорированные листы ", который был передан польскими криптологами. Ситуация изменилась 1 мая 1940 года, когда немцы изменили свою процедуру индикации, сделав устаревшим метод перфорированного листа. Хижина 6 внезапно оказалась неспособной расшифровать Enigma.

К счастью для взломщиков кодов, модель, предсказанная наводкой Херивеля, начала проявляться вскоре после 10 мая, когда немцы вторглись в Нидерланды и Бельгию. Дэвид Рис заметил скопление в индикаторы,[17] 22 мая было расшифровано сообщение ВВС, отправленное 20 мая, первое с момента изменения процедуры.[21]

Дополнительные ключевые компоненты

Хотя наконечник Herivel предоставлял настройки кольца Enigma, он не предоставлял другие части ключа Enigma: порядок ротора и настройки коммутационной панели. Ключ Люфтваффе в то время выбирал из 5 роторов, так что было 60 возможных заказов на винты. Кроме того, может быть от 8 до 10 соединений коммутационной панели, что означает, что все, кроме 6 из 26 букв, заменяются коммутационной панелью. Взломщикам кода пришлось использовать другие методы, чтобы найти оставшиеся части ключа Enigma.

Наконечник Herivel использовался в сочетании с другим классом ошибок оператора, известным как "cillies ", чтобы решить настройки и расшифровать сообщения.[18][22]

Наконечник Herivel использовался в течение нескольких месяцев, пока специализированные машины для взлома кода, разработанные Алан Тьюринг, так называемой "бомбы ", были готовы к использованию.[23]

Признание

Гордон Велчман писал, что подсказка Херивела была жизненно важной частью взлома Enigma в Блетчли-парке.

Если бы Херивель не был завербован в январе 1940 года, кто бы подумал о наводке Херивеля, без которой мы потерпели бы поражение в мае 1940 года, не имея возможности поддерживать непрерывность, пока бомбы не начали прибывать много месяцев спустя? Пусть не будет заблуждений по поводу последнего пункта. Утрата преемственности на всех этапах была бы очень серьезной, если не катастрофической ».[24]

Из-за важности его вклада Херивел был выделен и представлен Уинстон Черчилль во время посещения Блетчли-парка.[25] Он также обучал Enigma криптоанализ партии американцев, назначенных Хижина 6 на интенсивном двухнедельном курсе.[26] Позже Херивел работал в администрации в "Newmanry ", раздел, ответственный за расшифровку немецких шифров телетайпа с использованием машинных методов, таких как Колосские компьютеры,[27] в качестве помощника заведующего отделом, математик Макс Ньюман.[28]

В 2005 году исследователи, изучающие набор зашифрованных с помощью Enigma сообщений времен Второй мировой войны, отметили возникновение кластеризации в сообщениях от августа 1941 года, как и предсказывал совет Херивеля.[29]

После Второй мировой войны

После окончания войны Херивель год преподавал математику в школе,[6] но он обнаружил, что не может справиться с «шумными мальчиками».[30] Затем он поступил в Королевский университет Белфаста, где стал читатель по истории и философии науки. Одним из учеников, которым он руководил, был актер Саймон Кэллоу, который сказал о нем:

«Я был совершенно поражен. Он был прекрасным учителем по старинке. Во время учебы он варил чай и тосты на костре. (Он был) очень глубоким мыслителем, но очень неожиданным в своих подходах, но не было ощущения, что он сделал что-то экстраординарное со своей жизнью. Это было его поколение; они не целовались и не рассказывали ".[31]

75 Lonsdale Road, Оксфорд, где умер Херивел. А синий налет отмечает его как «математика и взломщика кодов».[32][33]

Он опубликовал книги и статьи по Исаак Ньютон, Жозеф Фурье и Кристиан Гюйгенс. Его публикации включают:

  • Херивел, Дж. У. (Апрель 1955 г.), «Вывод уравнений движения идеальной жидкости по принципу Гамильтона», Математические труды Кембриджского философского общества, 51 (2): 344–349, Bibcode:1955PCPS ... 51..344H, Дои:10.1017 / S0305004100030267
  • Херивел, Джон (1965), Предыстория принципов Ньютона: исследование динамических исследований Ньютона в 1664–1684 годах на основе оригинальных рукописей из Портсмутской коллекции библиотеки Кембриджского университета, Clarendon Press
  • Херивел, Дж. У. (Декабрь 1966 г.), "Аспекты французской теоретической физики в девятнадцатом веке", Британский журнал истории науки, 3 (2): 109–132, Дои:10.1017 / S0007087400003794 Исследование, на котором основана эта статья, было проведено в Париже в 1964 году с помощью Биржи Марк, присужденной французским правительством через свое посольство в Лондоне, и с помощью гранта исследовательского комитета Академического совета Королевского университета. , Белфаст.
  • Херивел, Джон; Уильямс, Л. Пирс (Ноябрь 1975 г.), «Жозеф Фурье: человек и физик», Физика сегодня, 28 (11): 65, Bibcode:1975ФТ .... 28к..65Х, Дои:10.1063/1.3069206
  • Херивел, Джон (1975), Жозеф Фурье: человек и физик, Кларендон Пресс
  • Херивел, Дж. У. (Декабрь 1960), "Ньютон" Открытие закона центробежной силы ", Исида, 51 (4): 546–553, Дои:10.1086/349412, JSTOR  228612
  • Херивел, Дж. У. (Декабрь 1965 г.), "Первое решение Ньютоном проблемы движения Кеплера", Британский журнал истории науки, 2 (4): 350–354, Дои:10.1017 / с0007087400002508, JSTOR  4024891
  • Херивел, Джон У. (1970), «Достижение Ньютона в динамике», Annus Mirabilis сэра Исаака Ньютона: 1666-1966: 120–135

В 1978 году ушел на пенсию. Оксфорд, где он стал Парень из Колледж Всех Душ.[6] На пенсии он опубликовал:

Он умер в Оксфорде в 2011 году.[34]

У него осталась дочь Жозефина Херивел.

Примечания

  1. ^ Смит, Майкл (13 февраля 2011 г.), "Некролог Джона Херивела: один из самых блестящих взломщиков кодов в Блетчли-Парке", Хранитель, получено 20 июля 2011
  2. ^ "Некрологи спецназа: Джон Херивел", Телеграф, 20 июля 2011 г., получено 20 июля 2011
  3. ^ Херивел 2008, п. 10
  4. ^ Херивел 2008
  5. ^ Херивел 2008, п. 75
  6. ^ а б c "Некролог - Джон Херивел", Методистский колледж Белфаста, 28 января 2011 г., архивировано из оригинал 27 июля 2011 г., получено 20 июля 2011
  7. ^ а б c Себаг-Монтефиоре 2000, п. 90
  8. ^ а б Велчман 1997, п. 200
  9. ^ а б c Смит 1998, п. 42
  10. ^ Велчман 1997, п. 230
  11. ^ Райменанц, Дирк, «Процедуры сообщения Enigma», Шифровальные машины и криптология, получено 19 ноября 2009
  12. ^ Себаг-Монтефиоре 2000, п. 81 год
  13. ^ Стрипп, Алан (9 ноября 1999 г.). "Как работает Enigma". НОВАЯ ЗВЕЗДА. PBS Online.
  14. ^ "Блетчли-Парк - Вспоминая Херивела и его наконечник". 23 января 2011 г.. Получено 5 августа 2016. Однако 1 мая немцы изменили свою методику, сделав существующую технику неработоспособной. Алан Тьюринг и его команда уже предвидели это изменение и строили машину (Bombe - фактически компьютер) для декодирования сообщений. Это оставило людей [sic] с 1 мая по 1 августа, пока строилась Бомба.
  15. ^ Себаг-Монтефиоре 2000, п. 81 утверждает, что Блетчли искал скопления, но не нашел их до мая 1940 года. "После того, как 1 мая 1940 года немцы изменили свою систему индикаторов, что означало, что никакие сообщения Enigma, кроме сообщений в Норвегии, не читались, идея Херивела стала еще более важно, поскольку это была одна из немногих зацепок, которые имели взломщики кодов ».
  16. ^ Hinsley et al. 1988 г., п. 954 говорит, что первая британская бомба прибыла 18 марта 1940 года. Хинсли заявляет, что «Уэлчман ... объяснение« наконечника Херивеля »является неполным». Ф. Х. Хинсли, Э. Томас, К. А. Г. Симкинс, К. Ф. Г. Рэнсом, Британская разведка во Второй мировой войне: ее влияние на стратегию и операции, Том 3, часть 2, Издательство Кембриджского университета, Авторское право Британской короны, ISBN  0-521-351960 https://books.google.com/books?id=OMsOIZeMPW8C&pg=PA954&lpg=PA954&hl=en
  17. ^ а б c d Смит 1998, п. 43
  18. ^ а б c Себаг-Монтефиоре 2000, п. 91
  19. ^ Козачук, Владислав (1984), Каспарек, Кристофер (редактор), Enignma: как немецкий машинный шифр был взломан и как его прочитали союзники во время Второй мировой войны, University Publications of America, стр. 83–84, ISBN  0-89093-547-5, «... было обнаружено, что немецкие шифровальщики, установив свои Enigmas в исходное положение и закрыв металлическую крышку, выбирали в качестве ключа сообщения (Spuchschlüssel) буквы, видимые в стеклянных окнах.
  20. ^ Велчман 1997, п. 100
  21. ^ Себаг-Монтефиоре 2000, п. 92
  22. ^ Велчман 1997, стр. 104–110
  23. ^ Велчман 1997, п. 231
  24. ^ Велчман 1997, п. 223
  25. ^ Смит 1998, п. 78
  26. ^ История американского дивизиона 6813, Октябрь 1945 г., получено 20 июля 2011
  27. ^ Хорошо 1993, стр. 160–161
  28. ^ Ньюман, Уильям (2006), «Макс Ньюман - математик, взломщик кодов и пионер компьютеров», в Коупленд, Б. Джек (ред.), Колосс: Секреты компьютеров для взлома кода в Блетчли-парке, Oxford: Oxford University Press, стр. 176–188, ISBN  978-0-19-284055-4
  29. ^ Салливан, Джефф; Вейруд, Фроде (2005), "Взлом немецких армейских шифров" (PDF), Криптология, 29 (3), стр. 193–232, Дои:10.1080/01611190508951299, S2CID  23474156, заархивировано из оригинал (PDF) 24 августа 2006 г., получено 20 июля 2011
  30. ^ Джонс, Дэниел (27 мая 2001 г.), Возвращение к Блетчли: скромный герой войны возвращается на сцену своего величайшего триумфа по взлому кодов, заархивировано из оригинал 24 декабря 2012 г., получено 20 июля 2011
  31. ^ Сюрприз Саймона Кэллоу: наставником в университете Теспиана был влиятельный взломщик кодов, Джон Херивел., Bletchley Park Trust, 5 ноября 2013 г., получено 8 февраля 2014
  32. ^ «Взломщик кода Блетчли-парка времен Второй мировой войны Джон Херивел награжден мемориальной доской». Новости BBC. ВЕЛИКОБРИТАНИЯ: BBC. 10 мая 2014. Получено 29 декабря 2015.
  33. ^ Мемориальная доска № 31149 на Открытые таблички
  34. ^ "Джон Херивел: взломщик кодов в Блетчли-парке", Oxford Mail, 17 февраля 2011 г.

Рекомендации

внешняя ссылка

  • "Mind of a Codebreaker", веб-сайт, сопровождающий "Decoding Nazi Secrets", первоначально транслировавшуюся 9 ноября 1999 года. Первая часть и часть вторая. (Содержит аналогичный материал о Херивеле Совет Смиту, 1998 г.).