Historia szyfrów i steganografii w transmisjach radiowych jest prawie tak stara, jak samo radio. Przykładem niech będzie opowieść o tym, jak w roku 1915 amerykański radioamator zidentyfikował szpiegowską aktywność niemieckiej radiostacji.
W roku 1912 w Sayville w stanie Nowy Jork uruchomiono jedną z największych w owych czasach stacji radiotelegraficznych. Dzięki masztowi o wysokości 150 metrów oraz nadajnikowi o mocy 35 kW mogła ona nawiązać łączność z Europą a jej sygnał był tak dobrze odbierany w całych Stanach, że radioamatorzy z miejsc położonych setki kilometrów dalej używali jej wieczornych komunikatów prasowych jako wskaźnika poprawnej konfiguracji swoich odbiorników. Stację zbudowała, za pośrednictwem swojej amerykańskiej spółki, niemiecka firma Telefunken. Głównym partnerem Sayville w łączności międzykontynentalnej była stacja w Nauen w Niemczech, zarządzana przez niemiecką pocztę oraz wojsko. W roku 1915 stacja w Sayville została przejęta przez amerykańską Marynarkę Wojenną pod zarzutami nadawania komunikatów szpiegowskich. Dowody jej nielegalnej działalności zebrał radioamator – wynalazca.
Dobry interes
Na początku XX wieku radiotelegraf umożliwiający prawie natychmiastowe przekazywanie komunikatów na duże odległości był bardzo opłacalnym interesem. Standardową stawką przy transmisjach na linii USA – Europa był dolar za słowo. Stacja w Sayville nadawała głównie komunikaty handlowe oraz dyplomatyczne, zaś wieczorami rozsyłała podsumowanie najważniejszych wydarzeń dnia. Zazwyczaj przesłanie komunikatu między kontynentami było dość uciążliwym procesem. Każda wiadomość była ręcznie kodowana do alfabetu Morse’a i nadawana, czasem wielokrotnie oraz odczytywana w drugiej stacji. Powtarzanie transmisji było konieczne ze względu na liczne zakłócenia i słabą jakość sygnału, co powodowało utraty części komunikatu.
W czerwcu 1915 sytuacja uległa jednak zmianie, gdyż sygnał z Sayville zyskał znacznie na jakości. Przyczyniła się do tego bardzo poważna modernizacja stacji przeprowadzona przez niemieckich właścicieli – zamieniono nadajnik, podnosząc jego moc z 35 do 100 kW oraz wybudowano dodatkowe 3 anteny o wysokości 150 metrów. Innym ważnym elementem modernizacji było wprowadzenie automatu nadającego. Zamiast operatorów, przekazujących tekst litera po literze za pomocą klucza telegraficznego alfabetem Morse’a, wprowadzono najnowszy wynalazek firmy Telefunken, czyli klawiaturę, pozwalającą na zakodowanie wiadomości do postaci alfabetu Morse’a na papierowej taśmie, która następnie była z dużą prędkością przepuszczana przez nadajnik. System był w stanie nadawać z prędkością 150 słów na minutę i wymagał wyrafinowanej (jak na owe czasy) aparatury odbiorczej po drugiej stronie transmisji.
Radiotelegraf w Sayville na okładce magazynu z epoki
Niemiecka placówka na amerykańskiej ziemi
Należy tutaj przypomnieć, że mówimy o roku 1915, kiedy to w Europie od roku toczy się wyniszczająca wojna, a Stany Zjednoczone ciągle zachowują w niej neutralność. Nie będąc zbyt zadowolonym z niemieckiej radiostacji dużej mocy na swoim terenie, lecz nie mogąc jej zamknąć ani przejąć ze względów formalnych (stanowiła własność amerykańskiej spółki a USA w końcu były neutralne), amerykański rząd udzielał jej co roku jedynie rocznej licencji na działanie, czekając na pretekst pozwalający odmówić jej przedłużenia. Bez wątpienia w trakcie wojny posiadanie bezprzewodowej infrastruktury komunikacyjnej było dla Niemców dużym atutem – Brytyjczycy wkrótce po rozpoczęciu konfliktu przecięli niemieckie telegraficzne kable transoceaniczne przechodzące przez ich terytorium.
Czy jednak radiostacja pełniła funkcję wojskową wbrew neutralnej polityce USA? Nie milkły głosy podejrzewające radiostację o nadawanie tajnych komunikatów dla niemieckich łodzi podwodnych, operujących na Atlantyku lub informacji o statkach opuszczających nowojorski port. Wydawało się całkiem rozsądnym podejrzeniem, że radiostacja pełni podwójną rolę, jednak brak było na to jakichkolwiek dowodów. Wraz z wprowadzeniem nowego sprzętu każda wiadomość była przekazywana tylko raz i utrwalana w formie papierowej taśmy, zatem można było powiedzieć, że nowe rozwiązanie zapewnia dużą przejrzystość działania nadajnika.
Podejrzane komunikaty
W roku 1914, przy okazji kolejnego przedłużenia licencji na działanie radiostacji, rząd amerykański wymusił zatrudnienie w niej żołnierzy Marynarki Wojennej, których zadaniem było czytanie wszystkich przychodzących i wychodzących wiadomości w celu zapewnienia, że radiostacja zachowuje zasadę neutralności. Cenzorzy nie natrafili na żadne wiadomości wprost naruszające przepisy, jednak wątpliwości wzbudzały niektóre przesyłane komunikaty. Ich treść była zbyt absurdalna lub trywialna, by ktoś faktycznie chciał płacić dolara za słowo. Wśród nich były wiadomości takie jak „Mira ma dyfterię” lub „Przed dostawą noży zawsze wysyłajcie fakturę”. Jako że tylko 4 z 18 pracowników radiotelegrafu było pracownikami Telefunken, żadna wiadomość nie mogła wydostać się z radiostacji bez wiedzy wojskowych cenzorów. Wojskowi nie tylko czytali komunikaty, ale także nanosili w nich poprawki lub zastępowali słowa ich synonimami, jeśli oryginał wyglądał podejrzanie. Mimo takich procedur cenzorzy nie byli w stanie kontrolować wychodzących w eter komunikatów, ponieważ automatyczna transmisja przebiegała zbyt szybko. Kontrolowali oni jedynie dostarczane wiadomości i utrwalali je na papierowych taśmach, zasilających nadajnik. Nikt też nie potrafił przeanalizować działania maszynerii odpowiedzialnej za odczyt papierowej taśmy i przekształcenie jej w serię sygnałów alfabetu Morse’a.
Odkrycie amatora – wynalazcy
Dziwne wiadomości zwróciły także uwagę dociekliwego amerykańskiego radioamatora, Charlesa Apgara. Przysłuchiwał się on transmisjom z Sayville i zauważył, że niektóre komunikaty odbiegają od pozostałych (cytowany jest przykład „Przyślijcie 300 000 łopat do końca dnia”). Z uwagi na tempo automatycznych transmisji Apgar postanowił je nagrywać, by móc później w spokoju analizować. W tym celu zbudował prawdopodobnie pierwszy system utrwalania przekazów radiotelegraficznych na woskowych walcach fonografu połączony ze wzmacniaczem. Odsłuchując nagrania w zwolnionym tempie Apgar odkrył pewne niepokojące szczegóły. Niektóre przesyłane wiadomości zawierały błędy. O ile w czasach ręcznego nadawania ludzkie pomyłki zdarzały się dość regularnie, o tyle w przypadku użycia papierowej taśmy, kodowanej przed rozpoczęciem transmisji, błędy można było łatwo usunąć przed ich wysłaniem w świat. Do tego niektóre błędy powtarzały się w regularnych odstępach czasu, a inne wydawały mu się zbyt mało prawdopodobne i celowo wprowadzone do wiadomości. Swoje wątpliwości wraz z zestawem przykładowych nagrań przekazał Secret Service (w tamtych czasach nie znano jeszcze FBI). Wkrótce agent Secret Service skontaktował się z nim i zapytał, czy Apgar mógłby przez 2 tygodnie nagrywać wszystkie komunikaty wychodzące z Sayville. Apgar chętnie przystał na tę propozycję i od 7 do 21 czerwca 1915 nagrał ponad 170 woskowych walców, które następnie przekazał agentom.
Ukryte komunikaty
Secret Service dysponowała oryginalnymi tekstami wiadomości oraz papierowymi taśmami z nadajnika i mogła je w końcu porównać do nagrań, przeprowadzonych przez Apgara. Nie znamy szczegółów kodu, który był używany przez Niemców, jednak wiadomo, że w nagraniach znaleziono liczne rozbieżności w stosunku do oficjalnie zatwierdzonych komunikatów. Dodatkowe słowa, podwójne spacje, teoretycznie przypadkowe powtórzenia służyły do zakodowania nieautoryzowanych przekazów. Co więcej, ukryte wiadomości były rozłożone na wiele komunikatów i w każdym z nich znajdował się tylko jeden element tajnego przekazu. Wysyłanie jednego ukrytego komunikatu mogło zająć kilka godzin lub dni, w zależności od ilości aktualnie przetwarzanych wiadomości. Oprócz tego natrafiono także na komunikaty, które nigdy nie zostały zatwierdzone do wysyłki, a które udało się nagrać radioamatorowi. Zebrane dowody okazały się wystarczające, by wydać decyzję o odebraniu koncesji stacji i przejęciu jej w całości przez Marynarkę Wojenną. 7 lipca 1915 wojskowi inżynierowie opanowali stację, wypraszając z niej pracowników Telefunken. W roku 1917, gdy USA przystąpiły do wojny, rząd przejął kontrolę nad pozostałymi radiostacjami działającymi na terenie Stanów Zjednoczonych, ale to już inna historia.
Zainteresowanym historią polecamy także nasz artykuł o hakowaniu sieci bezprzewodowych w 1903 roku.
Źródła:
Komentarze
Takie właśnie artykuły mnie do Was przyciągnęły – brawo :)
fakt to jest to od czasu stacji numerycznych po raz kolejny jestem bardzo na +
Steganografia w transmisji/propagacji em to fascynująca sprawa. Dziękuję Adamie za kolejny ciekawy artykuł.
Ale steganografia w cyfrowym świecie/internecie to rzecz która mnie ciekawi o wiele bardziej.
Gdybym był przestępcą, to wykorzystałbym on do transmisji danych z użytą steganografią, kanał nietypowy:
1) Użyłbym nietypowego routingu na routerze brzegowym.
2) Użyłbym technologii ISDN i cyfrowego kanału sygnalizacyjnego D (kanał D), którym jednak można puszczać także dane użyteczne – wolno to działa ale działa.
3) W mniejszych sieciach można się pokusić o technologię PLC (Power Line Communication). Kto oprócz służb jest w stanie podsłuchać transmisję ethernetową w sieci elektroenergetycznej, zdekodować ją i poskładać w logiczną całość?
Z tego co wiem, to dopiero rozwijają się algorytmy jak rozpoznać że plik zawiera w sobie – za pomocą steganografii – dodatkowe zagnieżdżone dane. Lub – być może – służby intensywnie już nad tym pracują i umieją to rozgryźć ale się tym nie chwalą z wiadomych względów…. Gdyby nie Snowden, do dziś wielu z nas nie wierzyłoby w tak permanentną inwigilację w Sieci jaką zgotowały nam tajne służby, z NSA i GCHQ w roli głównej.
Trochę śmieszą mnie takie np. Echelony, bo Świat Muzułmański już dawno obczaił że jest inwigilowany przez Jankesów i inne 3-literowe służby. Tylko muzułmański dzieciak albo skończony dureń napisze w Sieci coś o dżihadzie używając jawnym tekstem słowa „dżihad”…
Bardzo ciekawy artykuł. Hmm ciekawe czy udało się wtedy wojskowym połamać szyfr, czy po prostu sama jego obecność wystarczyła jako wymówka do przejęcia stacji.
Jak znam życie, to połamali :)
Może w jakichś odtajnionych dokumentach można by znaleźć info o użytym szyfrze.
Nie jest łatwo znaleźć ślady :) Trafiłem tylko na to: http://www.trft.org/TRFTpix/spies9eR2006.pdf i na stronie 9 taki cytat:
Two decades later the German Military attache in the Embassy to the United States at the time, Franz von Papen, told of the German code to be used in wireless messages “which made it possible to send military information in the guise of commercial messages.” He gave as an example that “60,000 bales of cotton f.o.b. Alexandria” meant 60,000 British troops at Abbeville, France.
Niestety wskazanego przypisu nie udało się namierzyć. Ale szukam dalej :)
No dobra, mam. https://archive.org/stream/germansecretserv00joneuoft#page/n13/mode/2up i od strony 54 pełen opis systemu szyfrowania :)
Uklony za artykul i dziekuje za bibliografie.
niektóre wasze arty są jak dobre ebooki, gratki.
Rownie ciekawa jest kontynuacja co sie stalo pozniej. Na stronie rodziny Apgarow (http://www.apgarfamily.org/node/28) mozna znalezc np.
For some unknown reason government tried to cover up the fact that an amateur wireless operator, Apgar, had assisted in the Sayville takeover.
(…) under a specific statute of law all the records were impounded. Whether these records remained impounded or were destroyed is unknown, but Charles never received any of the original recordings that he had made.
(…) gave all the credit for the take-over to the Naval Radio Station in Arlington.
i wiele wiecej. Jako ciekawostka Apgar rowniez wymyslil i zbudowal membrany do glosnikow z ktorych wszyscy korzystamy do dzis.
Kolejna istotna wzmianka ktora przywodzi na mysl Karpinskiego (http://pl.wikipedia.org/wiki/Jacek_Karpi%C5%84ski):
Even though Charles received a huge amount of press coverage, he never derived the financial rewards that should have come with such inventions. (…) It would appear that Charles was not into wireless for money or recognition; he was in it for the pure pleasure and satisfaction that he could be helpful to his country.
Dzieki zts
Problemem Karpińskiego było to, że był mentalnym „kucem” swoich czasów przez co przegrał życie z kredensem i meblościanką. Parafrazując za jedną z piosenek Radia Chlew: „Czasem trzeba wiedzieć kiedy wstać a kiedy siedzieć”.
Brakuje mi jeszcze w artykuje jednej informacji :)
Kto i w jaki sposób dodawał ukryte informacje do komunikatów?
Wynika tylko, że robił to gdzieś jakis mechanizm i to już po wrzucieniu taśmy do autmatu…
Witam, świetny artykuł! Czyta się lepiej niż niejedną powieść kryminalną.
Bardzo fajny pomysł z pisaniem artykułów o historycznych wydarzeniach, a nie tylko o aktualnych. Jeszcze kiedyś był ciekawy artykuł o włamaniu do siedziby FBI oraz o władzy w USA i jakiś przekrętach. Raz na jakiś czas taki artykuł jak najbardziej chce się czytać!
Pozdrawiam.