Идея передачи сообщений на расстояние с помощью условных знаков или сигналов (жестов), то есть некоей кодовой системы, возникла еще в древности. В бесписьменных культурах использовали бой барабанов, в Древней Греции — водяной телеграф или зажженные факелы, а индейские племена применяли дым. Однако результат сильно зависел от видимости (слышимости) и правильной интерпретации сигнала. Ситуация изменилась лишь с появлением оптических приборов — подзорных труб и телескопов, позволивших «читать» сообщения с расстояния до 70 километров. О появлении и распространении оптического телеграфа рассказывает исследователь Музея криптографии Егор Ефремов.
Семафорный телеграф Роберта Гука
В 1684 году английский естествоиспытатель Роберт Гук представил семафорный телеграф — первую систему передачи текста на расстояние, использующую условный код. Отправитель вывешивал на специальной конструкции контрастные буквы, а получатель смотрел на них через подзорную трубу. Гук предложил не просто способ видеть буквы издалека, а систему кодирования, которая должна была облегчить распознавание знаков.
Оптический телеграф Клода Шаппа
Первый масштабный проект по передаче текстовых сообщений на расстояние был реализован спустя столетие во Франции. В 1792 году французский механик Клод Шапп представил Национальному конвенту свое изобретение для «оптической» передачи информации — «тахиграф» (от греч. ταχύς — «быстро» и γράφειν — «писать»). Привычное нам слово «телеграф» (от греч. τῆλε – «далеко» и γράφειν — «писать») появилось чуть позже. Считается, что его предложил использовать французский дипломат Андре-Франсуа Мио де Мелито, хотя единственным источником этого факта остаются мемуары самого Мелито.
Телеграфная линия Шаппа представляла собой цепочку башен-станций разной высоты, расположенных на расстоянии прямой видимости друг от друга, примерно 6–12 км. На каждой башне стояла конструкция из трех подвижных реек (регулятора и двух индикаторов), отдаленно напоминающая силуэт человека, подающего сигналы флажками. Меняя их положение с помощью тросов, можно было составлять различные фигуры, каждая из которых имела свое значение. Служащие соседних башен считывали эти знаки в подзорные трубы и передавали их дальше по цепочке. Однако качество связи сильно зависело от времени суток и погоды — ночью, в дождь, туман и снегопад телеграф практически не работал.
Заслуга Шаппа была не в изобретении цепочки башен — похожие системы с передачей сообщений по цепочке с помощью сигнальных огней существовали еще в Древней Греции, Древнем Риме и Древнем Китае, — а в разработке системы кодирования. Она включала в себя специальные служебные знаки, которые управляли процессом передачи информации: обозначали начало и конец послания, расставляли приоритеты на линии, сигнализировали об авариях, перерывах в работе, проверке целостности сообщения или запросе повтора. По сути, Шапп создал первый «протокол передачи данных» — набор правил, обеспечивающий стандартный способ передачи сообщения и обработки ошибок, который можно считать далеким предком современных интернет-протоколов.
Чтобы сократить время и не передавать сообщения побуквенно, Шапп предложил использовать кодовые книги — специальные словари, содержащие перечень условных знаков, обозначающих буквы, цифры или целые слова. Подобные книги впервые нашли применение именно в криптографии. Для часто встречающихся слов и выражений в книгах были заготовлены короткие «кодовые группы», а если нужного слова в книге не находилось, его передавали побуквенно. Кодовые книги позволяли не только сократить длину сообщения, но и скрыть его содержание от посторонних глаз.
Кодовые книги хранились только у директоров конечных станций (например, в Париже и Страсбурге), а рядовые служащие не знали содержания депеш. Когда полученное сообщение расшифровывали, его запечатывали в конверт и отправляли с курьером получателю. Для того, чтобы можно было проверить правильность переданной информации, директора станций вели журналы с текстами исходящих и входящих сообщений.
Шапп считал, что хранение кодовых книг только на конечных станциях обеспечит безопасность коммуникации. Но он ошибся. В 1834 году Франсуа и Жозеф Блан, которые занимались торговлей государственными облигациями в городе Бордо, нашли способ использовать телеграф Шаппа — закрытую государственную систему — в личных целях, совершив, по сути, первый в истории хакерский взлом.
Благодаря агенту, который пересылал им сообщение через подкупленного телеграфиста, они получали информацию об изменениях на Парижской фондовой бирже гораздо быстрее конкурентов и успевали, например, купить ценные бумаги до того, как их стоимость повысится. Схема работала через сигнал ошибки — прообраз современной клавиши ← Backspace и кода 404. Оператор передавал нужный банкирам символ, а следом — сигнал «ошибка». При этом Бланы использовали собственную условную систему, в которой специфические комбинации сигналов обозначали конкретные изменения на бирже. Символ шел дальше по цепочке, но на каждой станции его помечали как ошибочный и не вносили в чистовой журнал. Так операторы ничего не подозревали, а директор этих символов не видел. Благодаря этой схеме о сговоре стало известно только в 1837 году, когда телеграфист, умирая, посвятил в тайну своего коллегу. Братьев Блан обвинили во взяточничестве, но серьезного наказания они не понесли: тогда еще не существовало законов, запрещающих использовать телеграф в личных целях. Им пришлось только оплатить судебные расходы.
Этот сюжет нашел воплощение в романе Александра Дюма «Граф Монте-Кристо», где также есть подробное описание оптического телеграфа:
«Мне иногда приходилось, в яркий день, видеть на краю дороги, на пригорке, эти вздымающиеся кверху черные суставчатые руки, похожие на лапы огромного жука, и, уверяю вас, я всегда глядел на них с волнением. Я думал о том, что эти странные знаки, так четко рассекающие воздух и передающие за триста лье неведомую волю человека, сидящего за столом, другому человеку, сидящему в конце линии за другим столом, вырисовываются на серых тучах или голубом небе только силою желания этого всемогущего властелина; <...> в одно прекрасное утро я узнал, что всяким телеграфом управляет несчастный служака, получающий в год тысячу двести франков и созерцающий целый день не небо, как астроном, не воду, как рыболов, не пейзаж, как праздный гуляка, а такое же насекомое с белым брюшком и черными лапами, своего корреспондента, находящегося за четыре или пять лье от него. Тогда мне стало любопытно посмотреть вблизи на эту живую куколку, на то, как она из глубины своего кокона играет с соседней куколкой, дергая одну веревочку за другой».
Оптический телеграф сыграл огромную роль в кампаниях Наполеона I. Его линии протянулись до Страсбурга, Булони и даже через Альпы до Венеции. В период расцвета система Шаппа включала 533 станции протяженностью более пяти тысяч километров. Вслед за Францией такие системы стали возникать по всему миру — в Британии, Испании, Португалии, Швеции, Дании и России.
Оптический телеграф Петра Шато
В Российской империи прототип оптического телеграфа был разработан изобретателем-самоучкой Иваном Кулибиным в 1794 году. Однако его идея «дальноизвещающей машины» так и не была реализована, а сам прототип был передан в Кунсткамеру. Лишь в 1833 году специальный комитет при Военном министерстве выбрал проект инженера Жака (Петра) Шато, бывшего сотрудника компании Шаппов. Под его руководством в том же году началось строительство линии Зимний дворец — Стрельна — Ораниенбаум — Кронштадт, а в 1839-м была запущена самая длинная в мире линия Зимний дворец — Варшава.
Телеграф Шато был проще системы Шаппа и использовал всего два индикатора: «указатель», передающий сигналы следующей станции, и «повторитель», который воспроизводил сигналы предыдущей станции (это был своеобразный прообраз мультиплексирования, то есть передачи по одному каналу сразу нескольких сигналов). Индикаторы имели две стороны — с квадратным концом и двумя фонарями, и с тонким концом и одним фонарем. Телеграф мог работать и днем, и ночью. Из 8 положений стрелки на индикаторе 6 использовались для кодирования сообщений, а два — для технических сигналов. Когда стрелка была опущена, это был сигнал покоя. А сигнал «вверх» показывал, что передаваемое сообщение является уставным сигналом — инструкцией для телеграфистов. Вместо того, чтобы зарисовывать сигналы, использовались их условные обозначения — символы 0, 1, 2, А, В, 3, 4, Р.
Уставные сигналы указывали на начало сообщения, его направление движения (например, сигналы Р2В 4123А0 предваряли передачу сообщения по направлению из Санкт-Петербурга в Варшаву на телеграф №40), разрешение на часовой отдых сотрудникам, причины ошибок на линии связи («по причинѣ дурной погоды») и даже критику работы (например, сигнал РАВ4123АВ0 «Дирекцiя дѣйствуетъ дурно»), а покачивание стрелкой в разных положениях использовалось для обсуждения ошибок при передаче. Сообщения назывались статьями, а кодовые книги — словарями. Как и в телеграфе Шаппа, каждый код состоял из двух частей: номера страницы и номера слова или фразы на этой странице, но передавались они бóльшим числом посылок (движений индикатора). В отличие от уставных сигналов, словари можно было регулярно менять, что не сказывалось на работе сотрудников линий, поскольку для разных линий составлялись свои кодовые книги. Например, в 1833 году свой словарь использовался для связи между Красным селом и лагерем Гренадерского корпуса.
Согласно «Уставу телеграфическим сигналистам» Петра Шато 1835 года, сигналист обязан был быть грамотным. Во время круглосуточного дежурства сигналист должен был наблюдать за соседними станциями в зрительную трубу, а сменщики в это время чистили механизмы, фонари и убирали снег на высоте. За повреждение устройств, зрительных труб и фонарей взимались штрафы, а отходить от станции далее 3 верст запрещалось. На оконечных станциях дежурили «нарочные», доставлявшие конверты с расшифрованными статьями.
Скорость оптического телеграфа поражала современников: при хорошей погоде сообщение преодолевало до 500 километров в час. Это был колоссальный прирост по сравнению с почтой. Однако следующий технологический прорыв позволил передавать сообщения «со скоростью мысли». Этим прорывом стал электромагнитный телеграф, о котором пойдет речь в следующей части.