Одной из войн, в которой были широко применены перечисленные новинки, стала гражданская война в США (1861–1865) между жителями Севера (далее — федералы) и Юга (далее — конфедераты). Победу в этой войне одержали федералы, что в результате привело к созданию США в их современном виде. В этой победе заметную роль сыграло преимущество федералов в криптологических методах. При этом федералы временами «изобретали» заново шифры, которые уже были хорошо известны в Европе.
В то время для передачи сообщений уже широко использовался телеграф. Чтобы телеграфист мог легко читать передаваемый текст, шифротексты должны были быть максимально приближены к обычным открытым текстам. При передаче шифротекстов, представлявших собой хаотический набор букв, телеграфисты делали многочисленные ошибки, что существенно осложняло последующую дешифровку.
Кроме того, ошибки возникали из-за сбоев в работе телеграфных аппаратов. Например, американскому аппарату «Морзе» были свойственны ошибки при передаче, в результате которых в тексте одна буква оказывалась лишней, или наоборот, одной буквы не хватало. В случае «хаотических» шифротекстов такие искажения нередко приводили к невозможности дешифровки.
Кроме телеграфа применялись и другие способы передачи информации, в частности, «флажковые» коды. В 1856 году офицер медицинской службы Альберт Майер (Albert Myer) (1828-80) предложил метод связи с использованием сигнальных флажков — флажковый семафор (англ. wig-wag).
Для обозначения разных букв использовались разные положения флажка, и таким способом солдаты передавали сообщение. «Флажковую» систему Майера применяли солдаты обоих сторон, как федералы, так и конфедераты. Для этого использовалась природная возвышенность. Если таких не оказывалось, то строились специальные вышки.
Теперь рассмотрим шифры, которыми пользовались федералы и конфедераты во время Гражданской войны в США. Наибольшее распространение у федералов имел шифр, включавший элементы кодирования и перестановки слов. Наиболее секретные слова текста заранее заменялись с помощью долгосрочного кода. Например, слово «COLONEL» заменялось на «VENUS». Аналогично, фраза «PRESIDENT OF USA» заменялась на слово «ADAM» и т. п. Замена на легко читаемые обозначения облегчала работу телеграфистов, передававших шифрованные сообщения.
Затем кодируемый текст выписывался по порядку слов в прямоугольник, содержавший определённое количество столбцов. Количество столбцов в открытом виде передавалось в зашифрованном тексте в виде какого-либо слова. Например, слово «GUARD», стоявшее в начале телеграммы, означало, что в прямоугольнике пять столбцов (количество букв в слове). Потом из полученного прямоугольника слова выписывались, например, по такому правилу: первый столбец — сверху вниз, второй — снизу вверх, третий — сверху вниз и т. п. В результате получался окончательный шифротекст, который и передавался телеграфом.
Этот шифр был предложен в 1861 году Ансоном Стейджером (Anson Stager), первым руководителем компании «Вестерн Юнион телеграф». После мобилизации он был назначен руководителем управления военного телеграфа в Огайо. Ещё до войны Стейджер предложил такой шифр для губернатора штата Огайо, который с успехом использовался последним в переписке со своими коллегами — губернаторами штатов Индиана и Иллинойс.
В 1862 году благодаря первому масштабному использованию телеграфа в военных целях шифр Стейджера начал применяться всей армией Севера. Опыт работы Стейджера на телеграфе, естественно, привёл его к системе, в которой шифротекст состоял, как и в новых телеграфных кодах, с обычных слов, гораздо менее поддавающимся искажениям, чем группы произвольно набранных букв.
В ходе войны в систему были введены некоторые элементарные усложнения, которые её заметно усилили. В написанный текст вставлялись «пустышки». Выписывание стало делаться по диагоналям и переменным столбцам в прямоугольниках, которые всё больше и больше увеличивались.
С. Бэквит (S. Beckwith), шифровальщик командующего войсками федералов Уиллиса Гранта (Willis Grant), предложил передавать важные термины тщательно отобранными кодовыми обозначениями, чтобы свести к минимуму телеграфную ошибку. Интересно отметить, что кроме военных этим шифром пользовался и руководитель разведки Алан Пинкертон (Allan Pinkerton), будущий основатель знаменитого детективного агентства.
В этом шифре использовались и простые словарные перестановки: слова открытого текста переставлялись по определённому закону (ключу). Тем не менее, этот шифр был достаточно слабым. Использовался ещё один вид шифров — многоалфавитные системы (относительно алфавита шифрованного текста), в котором строилась таблица размером 26x26 (число букв латинского алфавита).
Столбцы таблицы обозначались буквами латинского алфавита по порядку (А, В, С… Z). Строки таблицы были произвольными перестановками этих букв. Это был алфавит открытого текста, определявший верхнюю строку подстановки, по которой выбирались буквы открытого текста. Строки таблицы использовались в естественном порядке (первая, вторая и т. д.) и определяли нижнюю строку подстановки. Первая буква текста шифровалась по первой строке, вторая — по второй и т. д. Правило циклически повторялось (27-я буква текста шифровалась опять по первой строке, 28-я — по второй и т. д.).
В июле 1865 года сержант Э. Хоули предложил использовать для этого шифра веер, состоявший из 26 деревянных дощечек, на которых были записаны алфавиты шифротекста (строки таблицы). Этот веер оказался настолько эффективным в практическом применении, что впервые в истории США его автору был выдан патент на шифровальное устройство.
В то время как федералы внедрили централизованную организацию системы связи, конфедераты распространили принцип прав штатов и на сферу шифровального дела. Каждый командир мог по своему усмотрению выбирать собственные коды и шифры. Это привело к существенным негативным последствиям, поскольку местные командиры практически ничего не понимали в шифровальном деле.
Конфедераты использовали примитивные шифры вплоть до шифров простой замены. Например, перед битвой под Шайлоу 6 апреля 1862 года генерал Джонстон договорился со своим заместителем генералом Борегаром использовать в качестве военного шифра замену Цезаря. Изредка употреблялись книжные шифры. Книжным шифром пользовался президент конфедерации южных штатов Джефферсон Дэвис.
Перед битвой под Шайлоу он послал генералу Джонстону словарь для использования в качестве кодовой книги. Приложением к словарю была инструкция, в которой указывалось, что слово «соединение» будет обозначаться как «146.Л.20», что означало, соответственно, номер страницы, левый столбец и номер слова.
Словари использовались в качестве кодовых книг также в ВМФ конфедерации. Его министр Стефан Мелори лично распорядился, чтобы командиры кораблей получили идентичные экземпляры разных словарей.
Распространёнными в то время были шифры типа Виженера. Сохранились даже образцы таких шифровальных устройств в виде медных шифровальных цилиндров. Шифрование осуществлялось с помощью двух указателей (на верхней планке устройства) на буквы открытого текста и соответствующие им буквы шифротекста.
Как уже говорилось ранее, при шифровании допускались многочисленные ошибки. Ошибками конфедератов успешно пользовались федералы для дешифровки перехваченных сообщений. В частности, при использовании книжных шифров в качестве исходных шифровеличин выбирались не буквы, а слова и целые выражения. При этом конфедераты часто использовали общедоступные коммерческие кодовые книги, согласно которым и делали замену шифровеличин.
Федералам не сложно было перебрать ограниченное число коммерческих кодовых книг и найти ключ. Для усиления кодирования конфедераты вводили простые правила типа: если шифруемое слово находилось на 18-м месте 29-й страницы книги, то оно заменялось 18-м словом на 19-й странице. Однако подобные модификации не смущали федералов.
Шифрованная связь федералов осуществлялась через Управление военного телеграфа, при котором была шифровальная служба. Начальником военного телеграфа был майор Томас Эккерт (Thomas Eckert), который позже стал председателем правления компании «Вестерн Юнион телеграф».
Управление располагалось в доме военного министерства, находившееся рядом с Белым Домом. Президент Авраам Линкольн (Abraham Lincoln) уделял большое внимание организации шифрованной связи и часто общался с тремя молодыми телеграфистами-шифровальщиками: Дэвидом Бейтсом (David Bates), Чарльзом Тинкером (Charles Tinker) и Альбертом Чендлером (Albert Chandler). Эти люди были главными криптоаналитиками Севера.
Криптоаналитическая служба федералов достигла достаточно серьёзных успехов. Так, например, в декабре 1863 года начальник почтового отделения Нью-Йорка Абрам Уэйкман (Abram Wakeman), пересматривая корреспонденцию перед отправкой, наткнулся на письмо, адресованное Александру Кейту в город Галифакс в Новой Шотландии. О Кейте было известно, что тот часто переписывался с агентами Юга. Поэтому, раскрыв конверт и установив, что письмо зашифровано, Уэйкман передал его военному министру.
В течение двух дней сотрудники Военного министерства напрасно пытались разгадать таинственные знаки перехваченной криптограммы. Поэтому она была передана шифровальщикам президента Линкольна, взявшиеся её прочитать. Они быстро установили, что неизвестный автор письма использовал для его зашифрования как обычный алфавит, так и 5 разных шифралфавитов. Но он поступил опрометчиво, разделив слова письма запятыми и ограничившись одним алфавитом в пределах каждого слова.
Дешифровщики нашли слово, состоявшее из шести букв, в котором вторая и шестая буквы повторялись. Следом шло слово из четырёх букв, за которым в свою очередь следовала фраза, посланная клером: «reaches you». Они решили, что за этой последовательностью шифрознаков должна скрываться фраза «before this». Бейтс допустил, что в письме использован шифр, подобный тому, что применялся для обозначения цен в магазине в Питсбурге, где он когда-то давно работал посыльным.
Эта догадка позволила значительно продвинуть процесс дешифровки криптограммы. Помогло и выявление знаков, обозначавших место отправления и дату — «Нью-Йорк, 18 декабря 1863 г.». Действуя таким образом, 3 шифровальщика в присутствии президента Линкольна, нетерпеливо ожидавшего результатов, за четыре часа прочитали шифрованное письмо, в котором было написано:
«Нью-Йорк, 18 декабря 1863 г…Два парохода отбудут отсюда примерно на Рождество… 12 тысяч нарезных мушкетов пришли точно по адресу и отправлены в Галифакс в соответствии с инструкциями. Мы сможем захватить еще два парохода, как намечено… прежде чем это дойдёт до вас. Цена 2000 долларов. Нам нужно больше денег… Пишите как прежде…»
Два дня спустя была перехвачена и быстро дешифрована ещё одна криптограмма, адресованная Кейту. В ней говорилось: «Передай Мемминджеру, что у Хилтона все станки находятся в собранном виде и все матрицы будут готовы к отправке 1 января. Гравировка печатных форм превосходная».
Таким образом, из письма стало известно, что формы для печатания денег конфедератов изготовлялись в Нью-Йорке. Гравёра Хилтона легко нашли в Манхеттене. 31 декабря 1863 года полицейские совершили налёт на его жилище, где захватили печатные станки и матрицы, а также уже напечатаны деньги на сумму в несколько миллионов долларов. Тем самым конфедерация утратила оборудование для изготовления бумажных денег, которых ей не хватало. Главную роль во всём этом деле сыграли криптоаналитические способности, проявленные тремя молодыми шифровальщиками Линкольна. За это каждый из них получил прибавку к жалованью в размере 25 долларов в месяц.
Всего за время войны Север передал приблизительно 6,5 миллионов телеграмм. Конфедераты осуществляли перехват их телеграфных сообщений, многие из которых, естественно, шифровались. Их кавалерия осуществляла налёты на пункты связи, что приводило к компрометации систем шифрования федералов и позволяло конфедератам получать ключи и информацию об открытых текстах, соответствующих известным шифрованным текстам. Кроме того, шифры федералов имели уязвимые места. Несмотря на всё это, конфедераты так и не научились раскрывать зашифрованные сообщения федералов.
Они иногда не могли правильно расшифровать и свои собственные сообщения, поэтому не удивительно, что им не удалось прочитать ни одного зашифрованного сообщения федералов. Этому факту было бы трудно поверить, если бы конфедераты сами не признали его, напечатав в своих газетах несколько зашифрованных сообщений с просьбой их дешифровки.
Федералы также захватывали шифры Юга и осуществляли перехват курьеров с шифрованными сообщениями. Так, например, в 1863 году во время осады города Виксберга войска У. Гранта захватили восемь повстанцев и у одного из них нашли криптограмму. Её отправили в Вашингтон криптоаналитикам Президента, которые успешно справились с очередной задачей. Хотя дешифровка этой телеграммы не помогла Гранту «взять» Виксберг, но она дало федералам один из ключей, которыми конфедераты пользовались во время войны.
Шпионы как федералов, так и конфедератов зашифровывали свои сообщения очень простыми шифрами. Так, сторонница Севера Элизабет Ван Лью (Elizabeth Van Lew) защищала свои агентурные донесения с помощью буквенно-цифрового шифра, основанного на квадрате Полибия. А сторонница Юга Роза Гринхоу (Rose Greenhow) защищала свои агентурные донесения с помощью шифра случайной замены.
После окончания гражданской войны и победы федералов разработкой кодов и шифров стал заниматься Государственный департамент США. В 1867 году госсекретарь Уильям Генри Сьюард (William Henry Seward) (1801-72) разработал код Госдепартамента на 148 страницах. Однако процесс кодирования и декодирования оказался для дипломатов очень сложным.
Поэтому в 1871 году начальник корпуса связи полковник Альберт Майер разработал для Госдепартамента код на 88 страницах, состоявший из одной части. Книга содержала коды для времени суток, дней, месяцев и — впервые у истории кодов — лет. Она стала первым кодом Госдепартамента, в котором одному кодовому слову соответствовала длинная фраза или целое предложение. Для обозначения времени суток в качестве кодовых слов использовались женские имена, а дней месяца — мужские. Названия городов и стран заменялись цифрами.
Следующую книгу государственных кодов разработал в 1876 году заведующий бюро каталогов и архивов Госдепартамента Джон Генри Хасвелл (John Henry Haswell) (1841-99), который к этому делу подошёл очень серьёзно. Много лет он занимался вопросами стойкости кодов и дороговизны телеграмм, изучал методы шифрования Майера и Стейджера времён Гражданской войны и коммерческие коды, в частности: телеграфный код Слэйтера в 1870 году.
В результате книга Хасвелла, получившая название «Шифр Госдепартамента (1876)», содержала наилучшие черты кодов того времени и имела одну часть на 1200 страницах. Поскольку она имела красную обложку, позже код был назван «красным» (англ. red). Для повышения стойкости своего кода Хасвелл разработал также «Дополнение к шифру Госдепартамента: код, который не поддаётся декодированию». В этом дополнении перечислялись 50 правил, или способов перешифрования, которые могли применяться к закодированным сообщениям.
В 1878 году впервые в истории США решающую роль в американской политике был вынужден сыграть криптоанализ. Всё началось с сенсационной статьи, напечатанной 7 октября газетой «Трибуна Нью-Йорка» (англ. The New York Tribune). В заметке, размещённой под заголовком «Перехваченные шифрованные телеграммы», приводился открытый текст нескольких криптограмм.
Дело в том, что в результате подсчёта голосов, собранных на выборах президента в 1876 году, первым оказался кандидат от Демократической партии Самуэль Тилден (Samuel Tilden), получивший на четверть миллиона голосов больше, чем его соперник от Республиканской партии Рутерфорд Хэйс (Rutherford Hayes). Но как окончательно распределятся голоса избирателей, зависело от того, какие из противоречивых результатов голосования, проведённого дважды во Флориде, Луизиане, Южной Каролине и Орегоне, будут признаны действительными. Конгресс создал специальную комиссию для решения этого вопроса, которая постановила отдать все спорные голоса избирателей Хэйсу. Это обеспечило ему большинство всего в один голос в коллегии избирателей и должность Президента США.