Гордон Вильям Уэлчман (англ. Gordon Welchman; 15 июня 1906, Бристоль, Англия — 8 октября 1985, Ньюберипорт, Массачусетс, США) — британский, позже американский математик, криптоаналитик времен Второй Мировой войны, работал в Блетчли-парк. Известен за создание конструкции «диагональной доски», существенно поспособствовавшей разработке криптоаналитической машины Bombe.

Ранние годы

Гордон Уэлчман обучался в Тринити-колледж (Кембридж) с 1925 по 1928 по математической специальности. В 1929 стажировался в Сидней Сассекс колледж (Кембридж). В 1932 получил должность научного сотрудника, после — декана. В процессе работы познакомился со своими будущими коллегами по Блетчи-Парку, такими как Джон Херивел (англ. John Herivel), Аса Бриггс (англ. Asa Briggs), Пол Коэлс (англ. Paul Coales), Малькольм Чемберлейн(англ. Malcolm Chamberlain), Эдвард Дадли Смит (англ. Edward Dudley Smith), Джон Менисти (англ. John Manisty), Джим Пессент (англ. Jim Passant), Дэвид Рис (англ. David Rees), Говард Смит (англ. Howard Smith) и Лесли Йокселл (англ. Leslie Yoxall).

Работа в Блетчли-парк

Перед самым началом Второй Мировой Войны ветеран военной разведки Алистер Деннистон(англ. Alastair Denniston), руководитель проекта, предложил Уэлчману работу в Правительственной школе кодирования и шифрования в особняке Блетчли-парк. Он получил должность начальника корпуса 6 (англ. Hut Six), отвечавшего за криптоанализ сообщений сухопутных и воздушных сил Немецкой армии на основе криптосистемы Энигма. Уэлчман был одним из первых четырёх приглашенных, наряду с Аланом Тьюрингом, профессором логики, и шахматистами Стюартом Милнером-Берри(англ. Stuart Milner-Barry)и Александером Конелом Хью О’Донел (англ. Conel Hugh O’Donel Alexander). Позже за свой вклад в проект Блетчли их прозвали «злыми дядьками» (англ. The Wicked Uncles). В октябре 1941 именно они четверо подали прошение об увеличении бюджета Блетчли-парк Уинстону Черчиллю. Премьер-министр приказал своим подчиненным «действовать сегодня же», тем самым приказав предоставить криптоаналитикам все, в чём они нуждались. Это позже стало крылатой фразой Черчилля.

В 1943 Уэлчман стал помощником главы машинного отделения и также был назначен ответственным за связь с криптографами США.

Криптоанализ «Энигмы»

История электрической роторной шифровальной машины «Энигма» начинается в 1917 году с патента, полученного голландцем Хьюго Кочем. В следующем году патент был перекуплен Артуром Шербиусом (англ.), начавшим коммерческую деятельность с продажи экземпляров машины как частным лицам, так и немецким армии и флоту. До середины 1920-х годов продажи шли плохо, в частности, из-за высокой цены.

В июне 1924 года британская криптографическая служба (Room 40) заинтересовалась устройством машины. С этой целью была закуплена партия машин у германской компании Chiffrier-maschinen AG, производившей «Энигму». Одним из условий сделки была регистрация патента в британском патентном бюро, благодаря чему криптографическая служба получила доступ к описанию криптографической схемы.

Начиная с 1925 года, когда германские военные начали массовые закупки шифровальной машины, и до конца Второй мировой войны было произведено около 200 тысяч машин. С 1926 года на использование машины переходит германский флот, с 1928 года — сухопутные войска. Они применялись также в службе безопасности и разведке.

Первое устройство для расшифровки кода Энигмы, — «криптологическая бомба», — было создан польскими математиками накануне Второй мировой войны. На основе этой разработки и при непосредственной поддержке её создателей в Англии был сконструирован более «продвинутый» агрегат.

Теоретическую часть работы выполнил Алан Тьюринг. Его работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в шифровальной машине «Энигма», основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий этой машины, которые были выполнены в 1938 году польским криптоаналитиком Марианом Реевским. Принцип работы разработанного Тьюрингом дешифратора состоял в переборе возможных вариантов ключа шифра и попыток расшифровки текста, если была известна структура дешифруемого сообщения или часть открытого текста.

Вскоре немцы добавили в конструкцию Энигмы коммутирующее устройство, существенно расширив этим количество вариантов кода. Эту задачу решил Гордон Уэлчман, предложив конструкцию «диагональной доски».

Метод диагональной доски

Серьезная трудность с прототипом «Bombe» состояла в том, что для того, чтобы проводить одновременное сканирование, необходимо, чтобы используемые меню содержали, по меньшей мере, три петли. Это весьма трудновыполнимое условие и лишь небольшая часть перехваченных сообщений соответствовали ему. Следовательно, область применения Bombe была бы весьма ограниченна, если бы не был найден способ существенно улучшить её производительность.

Гордон Уэлчман заметил, что, исходя из свойства взаимности электрических контактов (если W соединяется с Q, то это значит, что Q также соединяется с W), можно получить принципиально новый способ поиска начального расположения контактов, не требующего присутствия петель в меню. Эта идея привела к появлению дополнительной схемы, известной как метод диагональной доски, включенной во вторую версию прототипа. С этим улучшением машина могла использовать меню только с одной петлей или, в некоторых частных случаях, вовсе без петель.

Барабаны Bombe с буквенными кольцами. Обратите внимание, что последовательность букв на кольцах против часовой стрелки.

Согласно Джоану Мюррею, одаренному молодому математику, работавшему над Bombe, первоначальная цель Уэлчман была упростить использование машины в случае с меню с двумя или более несвязанными сетями, которые изредка имели место. В это же время Тьюринг срочно ищет способ осуществить одновременное сканирование, не полагаясь на присутствие нескольких петель в меню, и вскоре он понимает, что диагональная доска сделает его возможным.

Диагональная доска стала очень важным открытием. Когда она была введена в эксплуатацию в версии Bombe Mk II, стало возможным не только использовать гораздо больше доступных меню, чем раньше, но и значительно уменьшить число случайных остановок. Диагональная доска состоит из квадратной решетки 26 х 26 электрических контактов, в которой 26 строк используются для представления любой из букв А- Z и 26 столбцов используются для представления 26 возможных вариантов букв, с которыми они соединены. Пары контактов постоянно соединены согласно свойству взаимности: контакт в строке F колонке J подключен к контакту строки J колонки F. Название диагональная доска проистекает, скорее всего, из получившейся формы проводки.

Эффект от подключения диагональной доски к Bombe состоит в том, что происходит увеличение обратной связи в симметричных шифраторах, и поэтому требуется меньше пар открытый-шифрованный текст для дешифровки. Это позволяет использовать более короткие схемы для дешифровки, которые с меньшей вероятностью включают полный оборот среднего ротора Энигмы в процессе шифрования. Ускорение, полученное при этом, было особенно важно, потому что ключи иногда менялись несколько раз в день.

После Второй Мировой

Уэлчман переехал в США в 1948, где вел первый компьютерный курс в МИТ. Он вел его в сотрудничестве с Ремингтон Рэнд (англ. Remington Rand) и Ферранти (англ. Ferranti). Получил гражданство в 1962. В том же году он вступил в MITRE Corporation и работал над системами связи для армии США. Вышел на пенсию в 1971, остался на должности консультанта. В июне 1982 была издана его книга The Hut Six Story. По словам соседа Уэлчмана он и его жена были настолько этому рады, что пришли праздновать к нему. Книга была встречена сильным неодобрением со стороны Национального Агентства Безопасности и Уэлчман потерял допуск к секретным сведениям (а значит и должность консультанта MITRE). Также ему было запрещено обсуждать книгу или годы его работы во время войны в СМИ. Книга, однако, не была запрещена. Так как американское правительство было против преследование Уэлчмана, британское правительство не могло на законных основаниях запретить публикацию. Интересна реакция премьер-министра Маргарет Тэтчер: небольшая записка, в которой написано: «А кто издатели?». Заключения и поправки к криптоанализу времен войны были добавлены в издательстве 1986 года From Polish Bomba to British Bombe: the birth of Ultra в Intelligence & National Security, Vol 1, No l. Переиздание The Hut Six Story, включившее эти поправки, случилось в 1997 году.

После смерти у него остались пять детей (двое усыновленных) и восемь внуков.

Книги о Гордоне Уэлчмане

28 февраля 2014 года издательством Frontline Books будет выпущена книга Джоэла Гринберга (англ. Joel Greenberg) Gordon Welchman: Bletchley Park’s Architect of Ultra Intelligence. Автор провел множество времени, беседуя с детьми Уэлчмана — Ником, Сьюзен и Розамондой. По словам Джоэла Гринберга, большая часть его книги основана на личной корреспонденции Уэлчмана, которую его семья бережно хранила с 1985 года.

Ссылки

• Welchman, Gordon (1984) [1982], The Hut Six story: Breaking the Enigma codes, Harmondsworth, England: Penguin Books, ISBN 0-14-00-5305-0 An early publication containing several misapprehensions that are corrected in an addendum in the 1997 edition
• Robin Denniston, «Welchman, (William) Gordon (1906—1985)» in the Oxford Dictionary of National Biography, 2004.
• http://ellsbury.com/enigmabombe.htm