改变世界的密码战争——“哑谜”、“超级机密”和“炸弹”
头条@不负人生优雅的原创历史军事故事。(谢绝搬运)
密码的破译对于英国和美国来讲是如此的重要,以至于在战后的漫长岁月里,两国对于战时破译“哑谜”密码的相关消息都守口如瓶。
直到上个世纪70年代,“哑谜”式密码机在世界的任何一个地方都被淘汰后,英国人才解密了这些资料。
二战中的一些令人不解之处由此大白于天下,历史学家很快就更新了他们对于战争的研究,解密专家们对于一些战役的巨大贡献也开始被更多的人承认。
但是,更多的疑问再度产生——为什么盟国没有因此而获得更大的收益呢?
其实,普通人在研读历史的时候,总是会不自觉地将自身所处时代的科技和思维角度代入到历史中,站在科技爆发式发展的高度,会觉得盟国对于“哑谜”密码的破译是完全和彻底的,而实际上,30-40年代的机械式雏形计算机完全无法和20世纪晚期的电脑同日而语。而密码的破译也远远达不到信息化战争时期的“单向透明”。
如果没有这些默默无闻的大多数人的出色工作,盟国为了取得战争的胜利肯定还要付出更多的代价——而实际上,“超级机密”项目的确缩短了战争。
德国人的“哑谜”
早在二战爆发之前的多年前,世界各个强国的许多有先见之明的情报官员就知道,如果在下次战争开始前,获得敌人军事计划的关键就是破解他们的密码;这些越来越严密的密码机被广泛地运用于敌对国家的各个领域,来保护他们的通讯安全。
在战前,德国人已经取得了秘密通讯领域的领先优势,当时的德国拥有世界上最安全可靠的军用通讯系统,这套系统的核心就是——恩尼格玛密码机(德语:Enigma,又译哑谜机,或“谜”式密码机)——一种非常先进的加密器,它的使用者甚至认为无人能破解它的玄机。
“哑谜”诞生于1923年,这部机器原本是用来保护商业秘密,而不是为了保护战争机密:
一个名叫科赫的荷兰人最先注册了一项叫做“密写器”的专利权,但是,他仅仅设计出了理论,却无法将其变为实物。
德国的工程师和发明家舍尔比乌斯后来购买了这项专利,他成功地制造出来了一台加密机器,他将其命名为“哑谜”。这台早期的加密机器只不过是台简单的旋转密码机。
舍尔比乌斯的事业同样没有发展起来,于是,他把“哑谜”专利权卖给了另外一家公司;而此时的德国,希特勒已经当政,德国军队正在进行重新武装和改组。他的将军们跑遍全国的实验室和工厂在搜寻能够保密的新式密码机。
对“哑谜”进行评估的是菲尔基贝尔上校,他后来成为了德军和最高统帅部的通讯部队首脑,而最有意思的地方是,这位上校后来成为了反希特勒组织“黑色乐队”中最活跃的阴谋策划人之一。
菲尔基贝尔对这台机器进行测试后,“哑谜”从商业领域彻底消失了——德国军方的测试表明,这种机器价格低廉、结实耐用、便于携带、操作和保养;能够产生“无穷尽”的密码。
德国人判定,即使敌人得到了这台机器,如果不知道对应的编程密码,仍旧无法破译,这台机器是最符合德国军队的需要的。
这种装置看上去像一台打字机,能够一个字母一个字母地把发送出去的信息译成密码。操作员每按一下由26个字母组成的键盘中的一个键,一股脉冲电流便会通过如迷宫一般的线路,最后点亮一盏灯泡,照亮字母仪表板上被编成密码的那个字母。按键产生的压力同时还会推动一个转轴的转动,改变下一股脉冲电流的方向;这样一来, 就可以产生上千万个不相同的密码。
上图就是“哑谜”密码加密机的使用流程(专业说明,不感兴趣的读者可以跳过,不影响正文阅读):
按下“哑谜”加密器键盘上的一个键(上图是字母B),便有一股脉冲电流通过内部复杂的线路。脉冲电流由电池(右)产生,在线路连接板处经过第一次置换,由一根电缆线将电流从插孔B转移到插孔L。到达转轴处(顶端)后,电流通过一个静止铁环上的触点L进入第一个转轴的弹性电刷。
转轴内的线路又将电流置换,到达另一端后变成了另一个字母;其他两个转轴依次重复同 样的步骤。而后,反射磁盘内的线路又将电流翻转、置换,新的电流沿着另一条线路流回三个转轴和线路连接板,最终到达灯光仪表板,点亮了加密的字母D。
字母B被按下时,第一个转轴向前移动一个位置,以改变下一个键入字母的电流线路。当第一个转轴转完一圈时(26个字母),第二个转轴向前移动一个位置;第二个转轴转完一 圈时,第三个转轴再向前移动一个位置。
上世纪20年代后期,德国军队对这种商用加密器加以改装和利用,新增了一些诸如线路连接板之类的组件,使得“哑谜”加密器更加扑朔迷离。
要想破译“谜”发送的信息,接收器的电路必须与发送器的电路完全一致。接收者必须知道插入哪些转轴、按照何种顺序、以什么位置安放。
德国司令部向“哑谜”的操作员下发使用说明书,讲述线路的设置,并定期更换这些设置。接收者只需在键盘上输入密码字母,“谜”加密器就会反向操作,打印出原文。
在1939年对波兰、1940年对法国发动的闪电战中,“哑谜”加密器向德国军队展示了它的价值。因为以电池作为电源的“哑谜”加密器可以被带到战场的任何地方,充分满足了军队的战术需要。
古德里安将军(站立者)在法国指挥闪电战时,他的指挥车里就有一台“哑谜”加密器。
操作员通常两人一组,一人敲打键盘,一人登记灯光仪表板上闪亮的加密字母。即便如此,通讯加密的速度仍然很慢——虽然“哑谜”加密器看上去像台打字机,但是使用的时候仍旧是个力气活——要费很大的劲才能在按下键盘字母的同时推动转轴。
加密的电文交给无线电操作员,由他用莫尔斯电码发给目的地。接收员在键盘上敲打加密的电文,灯光仪表板上就会显现出本来的信息。另外一名操作员抄写下来后,就是破译后的电文了。
在整个战争期间,德国军队装备了超过20万台的“哑谜”加密机器,德国人对于“哑谜”的信任其实过头了——先是在波兰,后来在法国和英国,破译“哑谜”密码的努力一直持续到战争结束;惊人的成就和因为德国人增加新组件或改换操作程序引起的失败交错出现。
这些默默无闻的人们的工作将改变战争的进程。
解谜
在使用新技术进行间谍活动的先驱中,来自法军情报机构“二局”的古斯塔夫·伯特兰上校,在1930年设立了一个特别的机构来窃取或者购买那些能够帮助法国解密德国军方“哑谜”加密密码的情报。
1931年夏天,他们收到一封令人震惊的信件——一个自称叫做汉斯-提罗·施密特的德国人,声称愿意出卖德国军方采用的“哑谜”加密器的使用方法。
法国人的第一反应这是个陷阱,但是巨大的诱惑让他们不忍心放弃;伯特兰上校安排了一个代号为雷克斯的德国出生的特工和施密特会面,出于谨慎,会面地点安排在了比利时韦尔维埃市的大酒店——那里靠近德国边境。
汉斯-提罗·施密特,凭借一己之力捅翻德国密码壁垒的家伙。
施密特是一个失败的小商人,而他的大哥则是前国防部密码办公室的主任,穷困潦倒的他在大哥的安排下,在密码办公室当了一个小职员。
对于40出头的他来讲,唯一一个让他迅速增加财富的办法就是出卖他所掌握的国家机密。(大家都懂,中年危机嘛。)
雷克斯检查文件后,向伯特兰上校汇报说,这个家伙叫卖的文件是真的。于是一周后,伯特兰上校带着照相师来到了韦尔维埃,在施密特居住的房间里面,双方凭借威士忌和雪茄烟迅速建立了好感。
收到1万帝国马克后(折合当时的4000美元),这名半路出家的德国间谍同意伯特兰一行人对文件进行拍照;施密特回国后将文件完好无损地放回了档案柜。
伯特兰回到法国后,他失望的发现,这些文件对于法国的解密专家没有太大的帮助;他后来又和英国同行们进行了交流,英国人也认为这些文件对于解开“哑谜”的加密密码没有作用。伯特兰以此为理由不停地逼迫施密特提供更多的文件。
问题出在哪里呢?
直到1931年的12月份,伯特兰在华沙和波兰情报人员无意间交流时,才意识到自己钓到了一条巨鲸——波兰人欣喜若狂,迫切希望能够从法国人那里获得资料——在当时的世界上,只有波兰的解密专家达到了可以破解“哑谜”加密密码的地步,也只有波兰人可以充分地利用施密特提供的文件。
作为搁在欧洲两个军事强国之间的擦脚垫,波兰人有充足的动力和条件去偷听两个邻居的通讯。当“哑谜”在德国的军队中普及后,波兰人迅速采取行动来应对这项挑战。
波兰密码局从波兹南的大学里面招募了3名天才的数学家,这里一战前是德国的领土,因此,这几位年轻人能够讲一口流利的德语。
不久后,波兰人通过各种渠道购买了一台商业用的“哑谜”机,并利用德国人的密码机偶尔会通过波兰海关的机会,截获并拍摄了许多更为先进的德国军用版本的设备图片,他们知道了机器的基本结构。
实际上,即使波兰人得到了一部“哑谜”,他们也无法破译加密了的信息,出发他们能够知道发送方线路的设置。
要知道,当时德国人使用的机器有三个转子(后来增多到4-5个),转子必须以适当的顺序和位置放置在机器里面;每个转子有26种设定的可能,而安装在插接板上的可移动电线接头让发送程序更加复杂,想要破解,接收方和发送方必须使用同样的安装顺序和接头配置。
这样的排列组合已经达到了电脑前时代的极限——解密团队的人干几辈子都不一定能够测试出来。
1932年12月,伯特兰给了波兰的破解团队一份关键性的文件:9-10月份期间,“哑谜”操作员的设置纪录,这是一把无可替代的钥匙——它泄露了每天转子的基本设定情况,变化顺序,还有每天插接板上的电线接头安装顺序和位置!
“哑谜”被第一次破解了,而波兰的AVA电子公司在很短的时间内就复制出来了一台机器。
好景不长,30年代中期,德国人发现了他们的操作员那愚蠢的,让人容易推测的举动;德国密码办公室要求每天都无序更改转子的位置,破解的难度一下子就增大了,波兰人也很快发现,他们找到正确的设置顺序越来越难了。
波兰人先采取了一种耗时而又繁琐的方式来进行尝试,他们将一些特制的大幅穿孔纸放在灯光工作台上,每张纸上的孔是根据数学原理形成的矩阵,当这些纸张叠放在一起后,透过的光线就显示着特定日子的机器设定。
后来,波兰人自己放弃了这种特别耗费时间的方法,他们开始尝试将一台“哑谜”连线到另外一台上,然后让这两台机器进行设置方面的实验,直到测试出对应的密码为止。
最后,到了1938年,波兰人终于在这种机械破解的方面取得了重大突破——他们发明了一种特制的装置——被称为“bomba”,或者叫做“炸弹”。
它由6台“哑谜”联机组成,工作的时候会发出滴答滴答的声音,当推算出一个可能的结果时就会自动关机,如果结果是错误的,波兰人就会重启“炸弹”。
“炸弹”的示意图,这张图上只显示了一套转子。
虽然这套机器的准确率并不高,但是它的效率远超人工,一般来讲,只需要1个小时,它就可以测试出正确的结果。
在设计者看来需要破解者花费毕生时间才可能推算出来的结果,依靠机械的力量,“哑谜”已经被破解了。
“超级机密”的诞生
当德国加快了入侵波兰的准备后,他们将“哑谜”的转子数量增加到了5个,其中3个次清零的时候按顺序放到机器里面(相当于重启),并把插线板上连接的数目从6个增加到了10个。
想要应对猛增的破解数据,波兰人需要将“炸弹”的联机数量增加10倍——60台“哑谜”联机而不是6台——对于危在旦夕的波兰来讲,这已经超出了他们的能力范围。
波兰人决定,将自己拥有的“哑谜”机器和“炸弹”都转移到英国和法国,以免落入德国人手中。
在1939年7月末,波兰情报首脑兰格尔主持了一次由盟国解密专家和情报官员参加的特别秘密会议。在这次会议中,波兰人给了法国和英国人一个巨大的“惊喜”——“炸弹”的设备图纸和一台可以工作的“哑谜”加密机器。
而英国人则记载了另外一个完全不同的故事(很有英国二战史的风格):
1938年7月,布拉格的情报员传递了一个信息,一个波兰籍的犹太人,理查德·莱温斯基要将自己所掌握的“哑谜”的机密卖给英国情报局。
这个波兰人在柏林的一个生产“哑谜”工厂里面充当工程师,他刚刚被德国人驱逐处境,他告诉英国人,他可以复制出一台“哑谜”机,而且能够绘制出机器的核心构造图。而他的开价是:一万英镑,英国护照和法国居留许可证。
英国人派出了诺克斯和图灵这两名才华横溢的科学家去证实莱温斯基的价值和真伪,两人经过交谈后,建议英国情报局接受莱温斯基的条件。
在塞纳河左岸的一个公寓里,莱温斯基复制出来了一台“哑谜”;当波兰人把他们获得的一台“哑谜”交给英国人后,英国人意识到了一个重要的问题。
英国人不能像波兰人那样,花费大量的时间去对“哑谜”密码进行数学解析和破译,因为战争时期情报的真正价值是速度,而不是滞后的解读。
于是,英国人要求图灵和其他的密码分析家制造一台这样的机器——这台机器能够模仿或者破解德国军队中成千上万台“哑谜”中任何一台的设置方式;这台机器还要能够推算出德军总部日日夜夜发布命令时经常变换的编码顺序;而最重要的是,这台机器必须能够以超人的速度进行几乎是无休止的数学运算。
1938年底,这部机器制造成功了,外表看起来就像是一个2.5米高的柜子,它主要的作用并不是大家想象的直接破译德国人的密码,而是模拟运算“哑谜”的设置线路;它本质上是放大的,更有效率的“炸弹”,能够以(当时)最快的速度推算出“哑谜”机内部的线路。
布莱奇利公园
这台机器安装在布莱奇利公园的三号房,很快,英国就将从各处截获的“哑谜”讯号送到“炸弹”内部进行试验,一旦查出把讯号写成密码的密码按键布局,情报解析员就可以将电报翻译出来。
为了加强对破解“哑谜”的安全保障,几个国家于1939年1月在法国举行了秘密会议,三方一致同意,考虑到波兰和法国在同德国的战争中都有被占领的可能,因此一切和“哑谜”有关的重要文件、设备和人员都应该转移到英国。
后来,波兰人在1939年7月末的一次会议上(敲黑板了,注意时间!)把他们手里所有关于“哑谜”的一切东西都交给了英国人。
令人困惑的就是,波兰人明显有破译德军部分情报的能力,但是他们面对德国人的进攻时,完全被打了个措手不及。
与此同时,“炸弹”的实验在布莱奇利继续进行着,经过不断的调整,它的性能有了巨大的提升,就在德国人的坦克碾过波兰国境线的时候,新的“哑谜”被首次破解了。
当战争进入到第二年,1940年的4月,从德国空军的“哑谜”加密通讯中,第一批重要的情报被截获破译。
这个奇迹的代号被称为“超级机密”,这是英国人所标识的最高级情报;虽然第一批“超级机密”破译的电讯内容并不是那么重要,但是,德国人最严密的情报壁垒已经被突破,“超级机密”成为了和第三帝国战争中非常重要的武器。
感谢各位的阅读,喜欢这个故事的话,麻烦点个赞吧。
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