Материал опубликовал

Елена132

#10 класс #Проектная деятельность #Научная работа #День победы

Забытые герои, изменившие ход войны.

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Школа №48»

Работу выполнил:

ученик 10 класса «А»

МБОУ «Школы №48»

Зюзин Егор

Научный руководитель –

учитель информатики

Генералова Елена Алексеевна.

Рязань, 2022

Содержание

1. Введение……………………………………………………………….Стр.3

2. Enigma .………………………………………………………………...Стр.5

3. Lorenz SZ……………………………………………………………….Стр.7

Анализ шрифта………………………………………………………..Стр.8

4. Colossus……………………………………………………………….Стр.10

Создания…………………………………………………....................Стр.11

Работы машины ……………………………………………………...Стр.12

5. Заключение …………………………………………………………..Стр.14

6. Источники…………………………………………………………… Стр.16

7. Приложения…………………………………………..........................Стр.17

Введение

Расшивровка «Танни» сократила войну на 2 года

Генерал Эйзенхауэр

В преддверии Победы над фашизмом, я решил посмотреть несколько фильмов о Второй мировой войне и случайно наткнулся на документальный фильм «Шифровальщики. Забытые герои Блетчли-Парка». В нем рассказывается о заслугах шифровальщиков и их шифровальных машинах во время Второй мировой войны. Я считаю, что эта тема очень интересна, так как одной из важнейших причин, по которым немецкие войска были разбиты, является умение кодирования и декодирования информации. Вторая мировая война — конфликт, построенный на изобретении и использовании секретных шрифтов. Я расскажу Вам о математике Билле Татте, о котором вы, наверняка, ничего не слышали, но в 1942 году он совершил то, что многие назвали бы величайшим подвигом Второй мировой войны, благодаря чему война закончилась быстрее и были сохранены миллионы жизней (Б. Татт умер в 2002 году, не получив признания за свое достижение), и о инженере главного почтового управления Томасе Флауэрсе, который в 1944 году воплотил математические идеи Татта, собрав первый компьютер в мире (скорее всего, и о нем Вы ничего не слышали). Величайшие умы Блетчли-парка помогли Великобритании взломать сверхсекретную машину, созданную Гитлером, чтобы влиять на ход войны. Это была не «Enigma», а нечто более секретное и важное, и Вы точно не слышали об этом.

Цель: исследование программируемых устройств, изменивших ход событий Второй мировой войны.

Задачи:

узнать о шифровальных машинах Второй мировой войны;

выяснить принципы кодирования и декодирования этих машин;

найти информацию, объясняющую необходимость использования этих машин в ходе войны;

изучить информацию о шифровальщиках Второй мировой войны.

«Enigma»

Эни́гма (от др. греч. αἴνιγμα - загадка) (Приложение1) — портативная шифровальная машина, использовавшаяся для шифрования и дешифрования секретных сообщений. Более точно, Энигма — целое семейство электромеханических роторных машин, применявшихся с 20-х годов XX века.

Энигма использовалась в коммерческих целях, а также в военных и государственных службах во многих странах мира, но наибольшее распространение получила в нацистской Германии во время Второй мировой войны. Именно германская военная модель чаще всего является предметом дискуссий.

Расшифровка кода «Enigma».

Работа по взлому «Энигмы» проходила в секретном центре британской разведки «Station X», известном впоследствии как Блетчли-парк.

Блетчли-Парк (англ. Bletchley Park) (Приложение 2), также известный как Station X — особняк, расположенный в Блетчли (в городе Милтон Кинс) в историческом и церемониальном графстве Бакингемшир в центре Англии. В период Второй мировой войны в Блетчли-Парке располагалось главное шифровальное подразделение Великобритании — Правительственная школа кодов и шифров (англ. Government Code and Cypher School, GC&CS), позже получившая имя Центр правительственной связи (англ. Government Communications Headquarters, GCHQ).

Вторая мировая война – конфликт, построенный на изобретении и использование секретных шифров. Скорость передвижения и маневренность армии не давала устраивать стационарные переговорные пункты, что гораздо безопаснее, поэтому всё чаще командование полагалось на радио технологии. А радио технологии – это трансляции, а трансляцию можно перехватить, что является существенным недостатком.

Перехват радиосообщений противника выполняли десятки приемных станций, имевших кодовое название «Y-station». Ежедневно в Блетчли-парк поступали тысячи таких сообщений. Блетчли-парк имел в своем распоряжении точную копию Энигмы, поэтому расшифровка сообщений сводилась к подбору установки дисков и, для более поздних моделей, — штекерного коммутатора. Сложность задачи усугублялась тем, что установки роторов менялись ежедневно, поэтому службы дешифровки работали круглосуточно в три смены.

Конструкция Энигмы при правильном использовании обеспечивала практически полную секретность. На практике, однако, допускались действия, дававшие подсказки аналитикам (такие подсказки на сленге английских студентов назывались cribs). Именно на использовании и систематизации таких погрешностей и был основан метод дешифровки.

Подсказками служили любые часто повторяющиеся тексты, такие как приветствия, цифры (кодировались по произношению: «один», «два» и т. д.). Все подсказки заносились в картотеку (Index) вместе с контекстом: почерком радиста, местом и временем передачи и т. п.

При отсутствии необходимого количества подсказок, особенно накануне крупных операций, проводились специальные мероприятия по их получению. Этот прием получил кодовое название «садоводство» (англ. gardening). Например, перед выходом очередного полярного конвоя проводилось демонстративное минирование определенного участка моря. Если противник докладывал результаты разминирования с указанием заранее известных координат, это давало искомую подсказку.

Одним из основных теоретиков Блетчли-парка был Алан Тьюринг.

А́лан Мэ́тисон Тью́ринг (анг. Alan Mathison Turing; 23 июня 1912— 7 июня 1954) (Приложение 3) — английский логик, математик, криптограф, оказавший существенное влияние на развитие информатики. Кавалер Ордена Британской империи (1945г.), член Лондонского королевского общества (1951г.). Предложенная им в 1936 году абстрактная вычислительная «Машина Тьюринга», которую можно считать моделью компьютера общего назначения, позволила формализовать понятие алгоритма и до сих пор используется во множестве теоретических и практических исследований. Научные труды А. Тьюринг - общепризнанный вклад в основания информатики (и, в частности, - теории искусственного интеллекта). После изучения материалов Тьюринг пришёл к выводу, что использовать прежний подход с полным перебором сообщений уже не получится. Во-первых, это потребует создания более 30 машин польского типа, что во много раз превышало годовой бюджет «Station X», во-вторых, можно было ожидать, что Германия может исправить конструктивный недостаток, на котором основывался польский метод. Поэтому он разработал собственный метод, основанный на переборе последовательностей символов исходного текста.

Шифровальщики Первой мировой войны были мастерами слова, которые переводили древние документы, они работали со словами, но во Вторую мировую войну на первое место вышли математики. Несмотря на то, что немцы считали код «Enigma» непревзойденным, Гитлер требовал большей секретности. Требовалась новая машина, которая могла бы передавать большой объем информации. И ею стала она, машина, о которой мечтал Гитлер — «Lorenz SZ», или как ее называли союзники — «tunny».

«Lorenz»

«Лоренц» (Lorenz-Chiffre, Schlüsselzusatz; Lorenz SZ 40 и SZ 42) (Приложение 4) — немецкая шифровальная машина, использовавшаяся во время Второй мировой войны для передачи информации по телетайпу. Британские аналитики называли закодированный немецкий телетайпный трафик «Фиш» (англ. fish — рыба); шифры «Лоренца» и её саму называли «Тунни» (англ.tunny - тунец).

В то время как Энигма использовалась в основном в полевых условиях, машина Лоренц служила для коммуникации высокого уровня, где можно было применять сложное оборудование, обслуживаемое специальным персоналом.

В 1941 году в эфире радиотрансляции появился новый и странный сигнал. Когда британские перехватчики впервые услышали его, то дали ему название «музыка». Эту странную «музыку» передавала новая шифровальная машина Лоренц. Информационная война вышла на новый уровень. Лоренц была способна передавать большой пласт информации. Сообщения передавались во все концы Третьего Рейха. Ставки шифровальщиков были высоки. Надо было взломать код, который никто не мог понять, собрать машину, которую никто никогда не видел и которая расшифрует огромное количество сообщений.

Внешне машина Лоренц напоминала Энигму, поскольку в ней использовался ротор, но работала по другому принципу. Размеры машины составляли 51 см × 46 см × 46 см и она была вспомогательным устройством стандартного телетайпа Лоренца. С точки зрения криптографии, машина передавала поточный шифр.

Анализ шифра

Британские криптографы из Блетчли-парк смогли взломать код машины Лоренца в январе 1942 года. Это стало возможным из-за ошибки германского оператора. 30 августа 1941 года передали сообщение длиной в 4500 знаков. Однако оно было получено с ошибками (получатель отправил нешифрованный запрос на повторную передачу, что позволило крипто аналитикам узнать, что произошло), после чего сообщение было передано с тем же самым ключом; это делать запрещалось. Более того, во второй раз оператор немного изменил сообщение (он поменял некоторые названия на аббревиатуры).

Используя эти два зашифрованных текста, Джон Тильтман и его команда смогли восстановить два текста и поточный шифр. Это были «сливки» криптографического общества. Джон Тильтман воевал в Первую мировую войну, где был награждён военным крестом. Но высокий чин в разведуправлении получил благодаря знанию языков (японский язык освоил за несколько недель). Он первый сказал, что машину «Лоренца» можно взломать.

Позднее один из криптографов Блетчли-парк в шутку заявил, что неизвестный немецкий шифровальщик, грубо нарушивший правила, вполне достоин памятника, доступ к секретам Третьего Рейха существенно приблизил окончание войны. Секретные приказы немцев оказывались на столе Монтгомери иногда раньше, чем у немецкого адресата. Союзники практически присутствовали на совещании главного командования Германии.

Первая возможность для Блетчли-парка воспользоваться перехваченной информацией с «Тунни» представилась на Восточном фронте во время битвы на Курской дуге. Трафик «Тунни» подтвердил, что немцы планируют массивные атаки на Восточном фронте и смогли предупредить Красную армию. Более того рассказали о плане немцев, по которому Советскую армию хотели взять в «клещи», и что ещё более невероятно предоставить информацию о ходе битвы. План по окружению Советских войск был сорван и наступил перелом во Второй мировой войне.

Новый шифр получил условное название «Тунни» (англ. tunny — тунец). Для изучения нового шифра в Блетчли-парк создали отдельное подразделение, но, несмотря на это, анализ продвигался медленно.

Стало ясно, что новое немецкое устройство построено на обычном принципе шифрующих колес, но количество колес необычно велико: в отличие от Энигмы, «Тунни» имел не пять, а 12 колес.

Джон Тильтман смог расшифровать код, но у него не получилось выработать систему. Полученная информация позволила расшифровать некоторые сообщения «Тунни» вручную, однако это требовало слишком много времени. Прорыв в работе произошел благодаря усилиям Билла Татта, молодого математика из Блетчли-парка. Татт предложил использовать для анализа методы статистики и построил статистическую модель «Тунни». В результате ему удалось выяснить, что ключ шифра состоит из двух частей. Первой частью являлось правило, по которому устанавливались маленькие механические наконечники по ободу каждого колеса. Вторую часть ключа, названую колесовым шаблоном, вводил сам оператор для передачи нескольких сообщений (что также являлось ошибкой немецких шифровальщиков). Всего насчитывался 501 шаблон, длины которых отличались и были взаимно просты.

Статистический анализ по методу Татта требовал большого объема вычислений, для выполнения которых, совместно с инженерами из Dollis Hill (англ.), была построена специальная машина, получившая название Heath Robinson (по имени героя комиксов, строившего замысловатые устройства). Машина имела скоростной ввод с перфолент и электронные логические схемы. Ее назначением было вычисление положения дисков «Лоренца». Машина позволила расшифровывать сообщения «Тунни», но работала недостаточно быстро и, кроме того, была недостаточно надежной.

«Colossus»

Для ускорения расшифровки сообщений Томми Флауэрс совместно с отделением Макса Ньюмана в 1943 году спроектировали принципиально новую дешифровальную машину, которая получила название Colossus (Приложение 5), и уже в начале 1944 года сравнительно быстрая автоматизированная расшифровка сообщений велась полным ходом. Превращение теории Билла Татта в практику привело к одному из величайших технологических прорывов во Второй мировой войне.

Максвелл Герман Александр Макс Ньюман (англ. Max Newman, 7 февраля 1897 — 22 февраля 1984) (Приложение 3) — английский математик, криптоаналитик, член Лондонского королевского общества (1939 г.)

Томас «Томми» Гарольд Флауэрс (англ. Thomas "Tommy" Harold Flowers; 22 декабря 1905, Лондон — 28 октября 1998, Лондон) (Приложение 3) — британский инженер. Специалист по вакуумной технике. Во время Второй мировой войны Флауэрс руководил постройкой «Колосса» — одной из первых электронных вычислительных машин. Эта работа требовала нечеловеческих усилий. Флауэрс говорил, что он работал с помощниками до рези в глазах. С помощью «Колосса» удалось взломать шифровальный код, применявшийся для передачи сообщений высших чинов нацистской Германии (1944 г.). Создание

Томми Флауэрс начал проектировать Colossus с «чистого листа». Несмотря на распространенное среди его коллег негативное отношение к электронным лампам, он решил перенести весь процесс моделирования работы шифра на ламповые схемы. Подверглись значительным изменениям, по сравнению с Heath Robinson, элементарные ламповые комбинации, такие как сложение по модулю 2, запоминающие регистры и пр.

Благодаря этому количество входных лент сократилось до одной, проблема синхронизации исчезла, а скорость считывания повысилась до 5000 знаков в секунду. К тому же, по сравнению с Heath Robinson, новая машина работала намного стабильнее. Полученная схема состояла из 1500 электронных ламп и позволяла расшифровывать сообщения за 2-3 часа.

Вскоре к команде Ньюмана и Флауэрса присоединился Аллен Кумбс (англ.) (позже возглавивший проект после ухода Флауэрса), и уже летом 1944 года была представлена новая версия Colossus Mark II, состоящая уже из 2500 электронных ламп, и работающая в 5 раз быстрее своего предшественника. Отличительной особенностью Mark II являлась возможность программирования. Фактически, Сolossus Mark II является первой машиной подобного класса, прообразом современных программируемых устройств.

К концу войны использовалось 10 «Колоссов».

Аллен Уильям Марк Кумбс (23 октября 1911 - 30 января 1995) - английский инженер-электроник в почтовом отделении научно-исследовательской станции Блечли-Парк. Он был одним из главных дизайнеров Марк II или серийной версии «Колосс».

Взлом «Тунни» позволил разработать союзникам успешный план высадки войск в Нормандии. Во-первых, потому что были раскрыты все оборонительные позиции немецкой армии. Британцы знали о состоянии воздушно-морских сил Германии столько же, сколько сами ВМФ Германии. Самая важная информация, которую передавала машина – это стратегическое расположение судов и танков. Через Энигму эти данные не передавали. Во-вторых, союзники знали, что фашисты «клюнули» на операцию - «фальшивое вторжение в Кале», тем самым в Нормандии оказалось меньше войск, чем предполагалось.

Работа машины

Генерация данных: Каждый горизонтальный ряд на ленте сообщения представляет собой символ, зашифрованный пятью полями, каждое из которых могло быть пробито или нет. Такую ленту Colossus читал со скоростью 5000 символов в секунду. Colossus обладал очень ограниченной памятью, потому лента сообщения читалась по кругу, чтобы обеспечить непрерывный цифровой поток данных. Даже сообщение длиной порядка 25000 символов (около 4000 слов), которое могло занять 10 страниц печатного текста, Colossus читал за пять секунд. Каждую минуту такое сообщение было прочитано около 12 раз. Цифровой поток данных с ленты был разделен на пять отдельных каналов для параллельной обработки, что существенно ускорило скорость работы машины. Параллельно с этим Colossus генерировал пятиэлементный поток данных, используя симулятор ключа для шифра Лоренца.

Анализ данных: Colossus сравнивал два канальных элемента символа из сообщения с эквивалентными элементами из потока ключа, который продвигался на одну позицию каждый раз, когда сообщение с ленты начинало читаться заново. Каждый раз, когда Colossus находил соответствие, ключ считался правильным для этой позиции, и для него начислялось одно «очко». Через четыре или пять минут очки начинали складываться электронным счетчиком и на переднюю ламповую панель выводились единицы, десятки, сотни и тысячи.

Вывод данных: Когда счет становился достаточно большим, печатающее устройство распечатывало соответствующие позиции дисков для ключа, который дал такой счет. Эти стартовые позиции дисков потом использовались в машине Лоренца для расшифровки сообщения. Приблизительное время, которое занимал поиск необходимых стартовых позиций дисков, составляло около часа. Предыдущие методы расшифровки подобного сообщения занимали несколько дней.

Заключение

Война охватила всю Европу и информацию, полученную от «Тунни» стали использовать более тонкими инновационным способом. Союзники «прочитали» Гитлера и, выражаясь современным языком, смогли залезть в его голову, что до этого было невозможно, так как Гитлер вёл себя непредсказуемо.

В том и состояла величайшая ирония любви нацистов к машинам и секретам: устройства, которым они доверяли безоговорочно, позволили союзникам играть с Гитлером как кошка с мышкой.

Для Татта и Флауэрса мирное время принесло особые трудности. Во время войны деятельность Блетчли-парка была засекречена и после войны эта информация осталась тайной почти на 60 лет. Созданными машинами пользовались до 60-х годов.

В феврале 1946 года американцы заявили о создании первого в мире компьютера ЭНИАК. История ЭВМ была подвергнута редактуре. Шифровальщики были вынуждены молчать и их имена постепенно исчезали из истории.

Билл Татт получил звание члена совета Кембриджа, перебрался в Канаду, где занял преподавательский пост и познакомился с будущей женой. В университете Ватерлоо он продолжал заниматься научными исследования в области математики, что имело огромное значение для зарождающейся компьютерной науки. И всё-таки он был удостоен высшей награды — в 1987 году стал действующем членом Королевского общества.

Томи Флауэрс в конце войны получил звание ведущего изобретателя и денежное вознаграждение в размере тысячи фунтов стерлингов. В те

дни это были большие деньги и он их поделил между своими помощниками. В итоге у него осталось триста пятьдесят фунтов, которые он получил за создание первого компьютера в мире. Флауэрс получил признание. В его честь был назван центр информационных технологий в его родном Истланде, но теперь этот центр закрыт.

Гитлер приказал создать машину, которую невозможно взломать, но умы Блетчли-парка нашли способ декодировать её и это величайший триумф человека над машиной. Мы до сих пор не знаем всех трудов Билли Татта и Томи Флауэрса, так как часть работ ещё засекречена.

Забытые герои, изменившие ход войны. Так можно сказать про любого участника тех страшных событий Великой Отечественной Войны. В нашей семье есть тоже свой герой. Это мой прадедушка - Могильный Владимир Ильич (Приложение 6), родился в 1926 году в Рязанская области, Касимовского района, посёлок Елатьма. Получил Орден Отечественной войны II степени (Приложение 7) за уничтожение 3 средних танковых машин. Также получил Орден Славы (Приложение 7). Он одним из первых форсировал реку Одру на самодельном плоту и уничтожил 14 немцов из личного оружия, чем дал возможность остальным бойцам свободно форсировать за ним. Медаль за отвагу (Приложение 7) он получил за то, что в бою за город Картхауз 10.03.45 огнём ручного пулемёта повредил орудийный расчёт и само орудие противника, тем самым обеспечив проход пехоте.

После окончания войны он до 1949 года работал комендантом в Германии на контрольно-пропускном пункте. В 50-ых переехал в Воркуту и работал шахтёром. Умер мой прадедушка в 1993 году.

Источники

1. http://kryptography.narod.ru

2. https://ru.wikipedia.org

3. http://www.popmech.ru

4. http://cryptowiki.net

5. Смарт Н. Криптография. Серия «Мир программирования».

6. Шнайер Б. Прикладная криптография.

7. https://pamyatnaroda.ru/heroes