М-125 «Фиалка»

М-125 «Фиалка» — советская электромеханическая роторная шифровальная машина, использовавшаяся в СССР, странах Варшавского договора и некоторых странах социалистического блока. Первая модель М-125 была разработана в 1950-х годах на ленинградском заводе №209 под руководством главного конструктора Николая Гырдымова по заказу Вооружённых сил СССР. Представляет собой электромеханический шифратор текста с записью на бумажную перфоленту. До недавней поры машина «Фиалка» оставалась засекреченной, до 2005 года вся информация об устройстве держалась в секрете. Правильное определение «Фиалки» — кодировочная машина, поскольку она обладала более слабой криптостойкостью, чем шифровальные машины.

М-125 «Фиалка»

Размеры

Характеристики для модели М-125-3М

• Общие размеры машины: 37х34х30 см
• Блок питания: 27х15х17 см
• ЗИП №1 в разложенном виде: 27х26х5 см
• ЗИП №2: 27х13х5 см; 28х20х2 см
• Ящик: 40x43,5x35 см

Принципы работы

Как и другие роторные машины, «Фиалка» состоит из комбинации механических и электрических подсистем. Механическая часть включает в себя клавиатуру, набор вращающихся дисков — роторов, — которые расположены вдоль вала и прилегают к нему, и ступенчатого механизма, двигающего один или несколько роторов при каждом нажатии на клавишу. Движение роторов приводит к различным криптографическим преобразованиям при каждом следующем нажатии на клавишу на клавиатуре. Механические части двигаются, замыкая контакты и образуя меняющийся электрический контур (то есть, фактически, сам процесс шифрования букв происходит электрически). При нажатии на клавишу клавиатуры контур замыкается, ток проходит через различные цепи и в результате получается искомая буква кода.

Сам по себе ротор производит простой тип шифрования — элементарный шифр замены. Например, контакт, отвечающий за букву E, может быть соединён с контактом буквы T на другой стороне ротора. Но при использовании нескольких роторов в связке за счёт их постоянного движения получается более сложный, а следовательно, более надёжный шифр. Так же^{[уточнить]} шифрование происходит в электронном блоке под названием «коммутатор», который имеет 30х30 контактов. Код в коммутаторе набирается путём вставки перфокарты. Согласно отверстиям в перфокарте замыкаются контакты и производится замена символа по аналогии с шифродисками (ротор).

«Фиалка» содержит устройство считывания с бумажной перфоленты справа, если смотреть спереди машины, а сверху — устройство для печати и для перфорирования ленты. Устройство вставки перфоленты для ввода ключа находится слева. «Фиалка» питается от источника постоянного тока напряжением 24 В, а через отдельный блок питания — от сети переменного тока 100—250 В, 50 или 400 Гц.

Роторы

10 роторов. Военно-исторический музей (Вена)

Набор роторов, показаны 30 контактов

В центре каждой машины «Фиалка» находятся 10 различных кодировочных колёс (роторов), помеченных буквой русского алфавита, а именно:

А(1) Б(2) В(3) Г(4) Д(5) Е(6) Ж(7) З(8) И(9) К(10)

Каждый ротор представляет собой диск примерно 10 см в диаметре, сделанный из эбонита или бакелита, с 30 пружинными штыревыми контактами на одной стороне ротора, расположенными по окружности. На другой стороне находится соответствующее количество плоских электрических контактов. Штыревые и плоские контакты соответствуют буквам в алфавите. Не учитываются буквы Ё, Й и Ъ. При соприкосновении контакты соседних роторов замыкали электрическую цепь.

Коллекцию из этих 10 колёс иногда называют «Протон». Различают два типа колёс: фиксированные и регулируемые. Фиксированные колёса были введены ранее для модели М-125-хх, в то время как регулируемые колёса были введены для модели M-125-3xx в 1978 году. В регулируемых наборах можно менять настройки внешнего кольца, получая 30 возможных позиций. Существенное отличие «Фиалки» от других роторных машин — каждый из роторов вращается в направлении, противоположном соседним.

Различные наборы колес были выпущены для разных стран Варшавского договора. Известно значение нескольких префиксов:

• 3K: Польша;
• 4K: Восточная Германия;
• 6K: Чехословакия;
• 0K: Общие проводки для всех стран в случае войны;
• 1K: СССР.

На крышке устройства находится запасной ротор.

Рефлектор

Как и в «Энигме», в «Фиалке» используется рефлектор, соединяющий пары проводов вместе. Наличие рефлектора гарантирует, что осуществляемое преобразование есть инволюция, то есть дешифрование представляет собой то же самое, что и шифрование. Однако в «Энигме» наличие рефлектора делало невозможным шифрование буквы через саму себя. В «Фиалке» этот недостаток был устранен.

Из 30 контактов рефлектора 26 соединены друг с другом в парах, но есть 4 специальных провода. Один провод использовался для замены зашифрованной буквы на оригинальную. Это приводит к тому, что в 1 из 30 случаев буква кодируется сама в себя. Другие 3 провода подключены к транзисторной схеме (так называемый Magic Circuit) и образуют вращающийся переключатель. В режиме кодирования контакт x подается на выход через y, y — через z, z — через х. В режиме декодирования контакты z и y меняются местами.

Ключ-карта

Клавиатура М-125 «Фиалка». Экспонат Военно-исторического музея Вены

Для усиления криптографической стойкости машины у «Фиалки» применялась специальная общая суточная карточка в виде перфокарты. Каждая перфокарта имела 30 отверстий — ровно одно отверстие в строке и в столбце, и тем самым определяла перестановку для 30 роторных линий контакта. Использовалась в определенный день, указанный в левом верхнем ряду. В соответствии с протоколом, перфокарты уничтожались по окончании текущих суток, поэтому оригинальных перфокарт осталось немного.

Карточки создавались в СССР для всех стран Варшавского договора и ежедневно менялись. Каждая страна имела свою собственную уникальную колоду карт, сроком на один месяц. Вместо перфокарты можно было использовать металлический треугольник. Треугольная пластина определяла нулевую перестановку, часто использовалась для проверки работоспособности машины.

Также на каждый день была своя ключевая таблица. Для фиксированных роторных систем ключевые таблицы определяют порядок роторов на оси и параметры начального ротора, которые будут использоваться для расшифровки сообщения. Для регулируемых роторов в таблице также определяется электрическая вставка для каждого ротора. Вот пример для машины M-125-3NM для использования 14-го числа месяца:

ИДЖЗА ВКБГЕ 14^{[прояснить]}

OCAHE PTБВЕ

БДВИА ГЕЗКЖ

2II22 I22I2

КУЛКЮ ЫХВУГ

Ключ не использовался более суток и обновлялся в 00:01 часов.

Различные модели

Ранняя модель М-125 «Фиалка»

В начале 1960-х годов была разработана модернизированная версия — М-125М («Фиалка-М»), а в конце 1960-х — модель М-125-ЗМ («Фиалка-ЗМ»). Вторая версия отличалась повышенной криптографической стойкостью за счет использования разборных шифровальных дисков со специальными вкладышами и удобной двухрегистровой клавиатурой. Все модификации «Фиалки» производились на Ленинградском заводе полиграфических машин.

В СССР шифровальная машина М-125 «Фиалка» и её модификации использовались, в частности, 8-м главным управлением КГБ СССР (криптографической службой).

Существующие варианты фиалки являются модификациями ранней версии (M-125-хх) и более поздней (M-125-3xx). Модели различаются по клавиатурам. Суффикс хх использовался для определения страны/версии. Например, польская версия машины — M-125-3MP, чешская версия — М-125-3MP2. В ГДР использовались модификации M‑125‑MN и M‑125‑3MN соответственно.

Модель M-125-3xx появилась в 1978 году и имела следующие дополнительные возможности:

1. Многоязычная клавиатура.
2. Механический переключатель вдоль правой стороны клавиатуры, который изменяет функции клавиатуры:
   • только цифры;
   • только буквы;
   • смешанная (несовместима с ранней версией).
3. Регулируемые роторы.

Для каждой страны Варшавского договора была своя версия «Фиалки», адаптированная для местного языка. Каждая страна имела свою собственную клавиатуру и печатающую головку. Всё остальное было одинаковым. Большинство машин воспринимало латиницу и кириллицу. Латинский алфавит мог различаться, кириллица не имела знаков препинания и для всех машин была одинакова. По состоянию на 1984 год, в Советской армии использовались две машины, М-125М и М-125-3М. Главное их различие заключалось в том, что в первой были буквы (30 букв) и цифры. Самая первая «Фиалка» имела только 30 букв.

Сравнение с другими роторными машинами

Конструкция «Фиалки» во многом схожа с немецкой машиной типа «Энигма», использовавшейся немцами во время Второй мировой войны, американскими SIGABA и KL-7, а также швейцарской NEMA. В «Энигме» использовалось три или четыре ротора, в NEMA — пять роторов, а в «Фиалке» — 10 роторов. Для отображения выходных символов «Фиалка» печатает сообщение на бумажной ленте вместо загорающихся лампочек, как во многих других роторных машинах.

Сохранившиеся экземпляры

После распада Организации Варшавского договора и распада СССР значительная часть образцов М-125 «Фиалка» была разобрана или уничтожена. Немногие экземпляры сохранились в частных коллекциях или в музеях.

• Работающие модели представлены в американском Музее компьютерной истории и британском Блетчли-Парке.
• Один экземпляр является экспонатом венского Военно-исторического музея.
• Один экземпляр типа М-125-3М находится в московском Музее криптографии.
• Три модели шифровальной машины были продемонстрированы в 2011 году на выставке разведки ВВС США в Сан-Антонио.
• В 2019—2020 годах в Нью-Йорке действовал Музей шпионажа КГБ, одним из экспонатов которого была шифровальная машина «Фиалка» типа М-125-3М. В 2020 году из-за пандемии коронавируса музей был закрыт на неопределённый срок (а позже его закрыли окончательно), а более чем 400 его экспонатов были проданы на аукционе Julien's Auction. «Фиалку» продали на аукционе за 22,4 тысячи долларов США.

Литература

• Paul Reuvers, Marc Simons. FIALKA M-125. Detailed description of the Russian Fialka cipher machines (англ.) / with contributions by David Hamer Ph.D. & Tom Perera Ph.D.. — 2009.
• M-125 Nutzung, DV A 040/1/321 (нем.) / Nationale Volksarmee der Deutschen Demokratischen Republik. — 1978.
• Anna Borshchevskaya. The Soviets' Unbreakable Code: The hidden history of the Fialka espionage machine (англ.) // Foreign Policy. — 2019. — 27 April.

Ссылки

• The M-125-3 Fialka cipher machine
• Simulation of M125MN and M125-3MN
• Ralph Simpson. RUSSIAN M-125 FIALKA (англ.). The Web Pages Of Jerry Proc. Дата обращения: 9 октября 2023.
• Matthew Gu. Fialka: The Bigger, Better, Russian Enigma (англ.). Wonders & Marvels (ноябрь 2014). Дата обращения: 3 декабря 2021.
• TashaFridrih. Фиалка М-125  (рус.). Ua-hosting.company. Habr (6 ноября 2015). Дата обращения: 2 мая 2024.
• Криптомашина М-125 «Фиалка» — малоизвестный советский аналог германской Enigma  (рус.). RusNext.ru (18 августа 2019). Дата обращения: 10 июля 2024.