Игра разума. Как Клод Шеннон изобрел информационный век - Сони Джимми

Страны гитлеровской коалиции тоже направили свои лучшие умы и технологии на то, чтобы попытаться перехватить и расшифровать вражеские разговоры. Вальтер Шелленберг, начальник управления внешней разведки Третьего рейха, подробно описывал одну успешную операцию в конце войны:

«В начале 1944 года мы попали в точку, перехватив телефонный разговор Рузвельта и Черчилля, который услышали и расшифровали на крупном немецком посту подслушивания в Голландии. Несмотря на то что разговор был закодирован, мы расшифровали его с помощью высокосложного прибора. Он длился почти пять минут, и из него мы узнали о наращивании военных действий в Англии, что, таким образом, подтвердило многочисленные донесения о грядущем наступлении. Если бы эти два государственных деятеля знали о том, что враг подслушивает их разговор, вряд ли Рузвельт сказал бы Черчиллю на прощание: “Мы постараемся сделать все, что от нас зависит, а сейчас я пойду порыбачу”.

Криптология представляет собой проблему одновременно программного и технического обеспечения. «Программным» обеспечением может быть, в принципе, все что угодно. Как известно, около 500 индейцев племени навахо были задействованы во время Второй мировой войны: их родной язык был достаточно сложным и непонятным, и они передавали зашифрованные послания, не рискуя быть разоблаченными гитлеровской коалицией. В этом суть криптологии: ряд подмен, замена одной буквы или слова другой буквой или словом (или языком). Технологии способны помочь нарастить сложность кода, делая подмены трудными для разгадывания. А потому достижения в области криптографических технических устройств делали коды времен Второй мировой войны все более сложными. Так, к примеру, они позволяли шифровальщикам легко шифровать каждую букву сообщения из разного алфавита шифра, что делало все сообщение в целом гораздо лучше защищенным от взлома.

Вот где «Лаборатории Белла» вступили в бой: страна нуждалась в вычислительной машине такой мощи, которая бы обеспечила бо́льшую эффективность шифрования посланий и скорейшую дешифровку вражеских сообщений. Одним из примеров был «Проект X» – самая крупная система скремблирования речи той эпохи. Она была запущена зимой 1940 года и стала еще более актуальной после вступления Америки в войну. Проект был также известен как система SIGSALY: она представляла собой громоздкое электрическое оборудование весом около 55 тонн, занимавшее площадь в 2500 квадратных футов и требовавшее 30 000 ватт электроэнергии. Согласно одной оценке, в 1943 году на систему был выделен бюджет в 5 000 000 долларов, и ее обслуживала команда из 30 рабочих. Внутренний алгоритм работы системы был столь секретным, что патенты на нее не обнародовались вплоть до 1976 года. Зашифрованное сообщение, которое шло по ее проводам, звучало «примерно как блестящее исполнение “Полета шмеля” Римского-Корсакова на скрипке». Для критиков, которые считали эти звуки странными или непонятными, у Уильяма Беннетта, одного из инженеров SIGSALY, был короткий ответ: «Искажение звука сделано в целях безопасности».

В каком-то смысле SIGSALY выглядела карикатурой на компьютер середины века: она занимала все помещение, требовала круглосуточного кондиционирования и выдавала маленькие порции выходной информации, требуя большой объем загружаемой информации. (Ходила такая шутка: «Сотрудники, контролировавшие работу машины, периодически жаловались на ужасный коэффициент конверсии – 30 киловатт электроэнергии на 1 милливатт некачественной речи».) Но с другой стороны, все это не имело никакого значения. Эндрю Ходжес, автор биографии Алана Тьюринга, объяснял причину этого: «Машина работала, и это было главным. Впервые в истории засекреченная речь пересекла Атлантику».

В самом сердце системы SIGSALY была заложена технология, именуемая Вокодер. Ее создатель, признанный впоследствии инженерным гением, мог и не стать инженером. Гомер Дадли собирался посвятить свою жизнь преподаванию. Он даже какое-то время работал учителем, занимаясь с учениками пятых-восьмых классов, а потом со старшеклассниками. И хотя учебный материал не представлял никакой сложности для человека с таким интеллектом, как у него, ему не удавалось следить за дисциплиной в классе. Дадли обнаружил, как большинство учителей до и после него, что самое сложное – это поддерживать порядок среди учеников-подростков, и оказался к этому не готов. Поэтому он оставил преподавание и занялся изучением электрической инженерии, сделавшись сотрудником технического отдела компании «Вестерн Электрик», предшественника «Лабораторий Белла». Для него это был более благодарный карьерный выбор: за четыре десятка лет его работа в области телефонии и синтеза речи принесла ему тридцать семь патентов.

Сам того не подозревая, он совершил научный прорыв, который имел глобальные последствия. Дадли выдвинул гипотезу, что звуки человеческого голоса могут быть сымитированы машиной: если человеческий голос был на самом базовом уровне последовательностью вибраций воздуха, тогда почему бы эти вибрации не воспроизвести механически. Чтобы опробовать свою идею на практике, он сконструировал пару машин. Одна должна была кодировать речь в электронном виде (Вокодер, или «голосовой шифровальщик» (Voice Encoder)), а вторая осуществляла обратный процесс и выдавала генерированную машиной речь (Водер, или «демонстратор обработки голоса» (Voice Operation Demonstrator)). Вэнивар Буш находился в числе зрителей, наблюдавших демонстрацию последней в рамках Всемирной выставки 1939 года, где она стала хитом. Вот как он вспоминал об этом:

«На недавней Всемирной выставке была продемонстрирована машина под названием Водер. Девушка нажала на клавиши, и та выдала различимую речь. В течение всего процесса не были задействованы человеческие голосовые связки. Переключатели просто сочетали генерируемые электричеством вибрации и передавали их в репродуктор. В ”.Лабораториях Белла” существует машина с обратным процессом, которая называется Вокодер. Репродуктор заменен микрофоном, собирающим звук. Если в него что-то сказать, то начнут двигаться соответствующие клавиши».

Лишь позднее изобретение Дадли поступило в распоряжение военных. Способный вычленять информацию из человеческого голоса, Вокодер стал идеальной основой для создания системы SIGSALY. Одна из ключевых сложностей системы кодирования заключается в следующем: каждая новая буква или слово в сообщении – это потенциальная возможность для взлома шифра врагом. Другими словами, чем менее оно коммуникативно, тем лучше. Так как Вокодер пытался шифровать и воспроизводить гласные и согласные с минимальной затратой энергии, он выжимал излишки человеческой речи. Результатом этого была экономность передаваемой информации. Другими словами, шифровалось только то, что было необходимо, и ничего больше, сокращая, таким образом, тот объем информации, который может быть подвержен дешифровке со стороны врага.

Система SIGSALY была настолько секретной, что, даже являясь членом проектной команды, Шеннон не знал, для чего он производил все эти числовые расчеты.

Задача передать максимум информации с минимальным риском ее раскрытия была жизненно важной, одной из самых насущных и сложных задач военного времени. «Лаборатории Белла» стали одним из национальных лидеров в этой области и даже получили за это награды, включая премию «Лучшая технология обработки сигнала» в 1946 году. Система SIGSALY оставалась засекреченной, поэтому ее внутреннее устройство не было продемонстрировано аудитории, присутствовавшей на вручении премии. Но представитель «Лабораторий» все-таки позволил себе выразить благодарность с помощью закодированного телефонного звонка: «Phrt fdygui jfsowria meeqm wuiosn jxolwps fuekswusjnvkci! Thank you!»

Шеннон был частью команды, состоящей почти из тридцати человек, которые работали на определенных участках проекта SIGSALY. Перед ним стояла задача проверять алгоритмы, которые надежно и безопасно воспроизводили бы сообщение на приеме. Система SIGSALY была настолько секретной, что, даже являясь членом проектной команды, Шеннон не знал, для чего он производил все эти числовые расчеты. Но эта работа позволила ему заглянуть в мир зашифрованной речи, передачи информации и криптографии – уникальный синтез научных направлений, который на тот момент, возможно, нельзя было встретить нигде, кроме «Лабораторий Белла». Как отмечал Шеннон, «не много лабораторий владели шифровальными приборами для скремблирования речи».