NHÀ SÁNG LẬP NSA - WILLIAM FREDERICK FRIEDMAN

William Frederick Friedman (1891-1969) được cơ quan NSA của Hoa Kỳ ghi nhận là tác giả của nhiều tác phẩm mật mã kinh điển, nhà giáo và nhà thực hành mật mã xuất sắc. Những cống hiến của ông còn ảnh hưởng đến rất nhiều lĩnh vực được thực hiện tại NSA đến tận ngày nay.

Bậc thầy phá mã 

William Frederick Friedman: Bản lưu của NSA

Tên khai sinh của ông là Wolfe Frederick Friedman, sinh ngày 24/9/1891, tại Kishinyov (thuộc Nga) nay là Chisinău (thủ đô của Moldova). Cha mẹ ông đều là người Nga gốc Do Thái. Cha của ông là Frederick Friedman, một thông dịch viên cho dịch vụ bưu chính của Sa Hoàng, di cư sang Hoa Kỳ vào năm 1892 và định cư ở Pittsburgh, Pennsylvania. Từ năm 1895, ông trở thành công dân Hoa Kỳ với tên William F. Friedman. 

Khi còn nhỏ, Friedman đã được giới thiệu và thích thú về mật mã thông qua truyện ngắn “The Gold Bug” của Edgar Allan Poe. Nhưng khi trưởng thành, Friedman lại theo học tại trường Đại học Nông nghiệp Michigan (nay là Đại học quốc gia Michigan) ở Đông Lansing và nhận học bổng về nghiên cứu di truyền học tại Đại học Cornell (năm 1914). Sau đó, Friedman làm việc cho phòng nghiên cứu Riverbank ở Geneva, Illinois gần Chicago từ tháng 9/1915. Trong thời gian này, Friedman được làm việc với George Fabyan, người điều hành một phòng nghiên cứu tư nhân nhưng tiến hành rất nhiều dự án nghiên cứu khoa học. Friedman là người đứng đầu của bộ phận di truyền, một trong những dự án tiêu biểu của ông là nghiên cứu ảnh hưởng của ánh trăng lên sự tăng trưởng của cây trồng và ông đã thử nghiệm trồng lúa mì trong các mùa mặt trăng khác nhau. 
     Tại Riverbank, Friedman gặp Elizebeth Smith, trợ lý của nhà mật mã học nữ Elizebeth Wells Gallup, làm việc trong dự án nghiên cứu về các thông điệp bí mật gắn với tên của Sir Francis Bacon. Elizebeth Smith đã giới thiệu về mật mã cho Friedman. Ông đã bị cuốn hút bởi cả mật mã và người trợ lý của bà Gallup. Họ đã kết hôn và cùng nhau nghiên cứu trong lĩnh vực mật mã. Friedman dần thích thú với hoạt động khoa học và bắt đầu tích cực nghiên cứu mật mã học, rồi nhanh chóng trở thành người đứng đầu của Khoa Mã và Mật mã ở phòng nghiên cứu Riverbank. Đến với mật mã và gặp tình yêu, đây cũng là động lực giúp Friedman viết nhiều tác phẩm khoa học mật mã.

Friedman đã phát triển năng lực mật mã thực hành của Hoa Kỳ khi phát triển phương pháp phân tích các hệ thống đa biểu. Chúng được công bố lần đầu tiên trong các chuyên khảo của Riverbank và được in lại bởi Aegean Park Press sau này.

Trong 2 năm từ 1917-1918, Friedman phục vụ trong quân đội Mỹ và cộng tác với quân đội Pháp trong việc phân tích các sách mật mã của Đức. Trong giai đoạn này, Friedman đã phá vỡ một bộ mã được sử dụng bởi nhóm người gốc Ấn Độ tại Hoa Kỳ. Nhóm này được Đức tài trợ cho việc mua sắm vũ khí để chuyển về Ấn Độ (khi đó đang chịu ách đô hộ của thực dân Anh). Bằng cách phân tích định dạng của các thông điệp, Riverbank nhận thấy rằng, mật mã đã được sử dụng dựa trên một loại từ điển (một kỹ thuật mật mã phổ biến tại thời điểm đó) mà vẫn chưa xác định được từ điển cụ thể. Friedman được giao nhiệm vụ giải mã những thông báo mã hóa đã chặn bắt được. Phương pháp mã hóa đã được sử dụng là mật mã sách. Trong phương pháp này, một nhóm chữ rõ được mã hóa bởi bộ ba các số a-b-c, trong đó a là số trang, b là vị trí dòng trong trang a và c là vị trí của từ trên dòng b. Mặc dù lúc giải mã Friedman không biết quyển sách đã được nhóm tội phạm sử dụng, nhưng ông cũng đoán được vài từ như là sucio, revolution và đã sử dụng những chữ có tần số cao trong những từ này để suy đoán những chữ khác. Friedman đã sớm giải mã được hầu hết các thông điệp và ông đã đệ trình lời giải ra tòa và nhóm tội phạm đã phải nhận tội.

Trong Thế chiến thứ I, do không có bộ phận nào thuộc liên bang làm nhiệm vụ thám mã và mã hoá cho chính phủ Hoa Kỳ (mặc dù cả Quân đội và Hải quân đã có các bộ phận chuyên ngành xuất hiện vào những thời điểm khác nhau) nên phòng nghiên cứu Riverbank đã trở thành trung tâm mật mã không chính thức của chính phủ Hoa Kỳ. Các sĩ quan quân đội cũng được đưa tới huấn luyện tại Riverbank do Friedman phụ trách. Để thực hiện chương trình huấn luyện, Friedman đã viết 07 chuyên khảo kỹ thuật vào đầu năm 1918. Sau đó, ông gia nhập quân đội và sang Pháp để làm việc với vị trí là nhà mật mã riêng cho tướng John J. Pershing.

Vào năm 1921, ông trở thành trưởng bộ phận phân tích mật mã của Bộ Chiến tranh, sau đó là lãnh đạo cơ quan tình báo tín hiệu SIS (Signals Intelligence Service) và ông giữ vị trí này trong suốt một phần tư thế kỷ. Đến năm 1929, sau khi Phòng Đen ở thành phố New York tan rã, các bộ phận trực thuộc đã được ủy thác cho SIS, Bộ Chiến tranh.

Friedman với máy mã AT & T 

Trong những năm 1920, một số máy mã được phát triển dựa trên nguyên lý chung sử dụng máy chữ kết hợp các mạch điện cơ bản. Một trong những sản phẩm đầu tiên là máy Rotor Hebern, được thiết kế ở Mỹ vào năm 1915 bởi Edward Hebern. Hệ thống này đảm bảo sự an toàn thông tin và đơn giản cho việc sử dụng. Friedman đã dành nhiều thời gian để phân tích thiết kế của Hebern. Ông đã phát triển các nguyên tắc phân tích và phát hiện ra một số vấn đề phổ biến đối với hầu hết các nguyên lý thiết kế máy mã rotor. Trong đó, các tính năng quan trọng là quá trình di chuyển vị trí rotor và vị trí ban đầu (mức 0) của rotor. Bằng cách thu thập đủ bản mã và áp dụng một phương pháp thống kê tiêu chuẩn, ông đã chứng minh rằng, có thể phá vỡ bất kỳ bản mã nào được tạo ra bởi máy mã rotor.

Friedman đã sử dụng sự hiểu biết của mình về máy mã rotor để tạo ra một số máy mã có thể vô hiệu hóa các cuộc tấn công bằng chính phương thức nêu trên. Sản phẩm tốt nhất của lô này là máy SIGABA, đồng sáng chế với Frank Rowlett. SIGABA trở thành thiết bị mật mã có tính năng bảo mật cao nhất của Hoa Kỳ trong Chiến tranh thế giới thứ II. Sau này, Friedman đã được cấp ít nhất một bằng sáng chế cho sản phẩm này.

Năm 1939, người Nhật đã sử dụng một loại máy mã mới mà SIS gọi là “PURPLE” để bảo mật thông tin ngoại giao nhạy cảm, thay thế cho hệ thống trước đó là “RED” (theo SIS). Máy mật mã PURPLE được Văn phòng Ngoại giao Nhật Bản ở Tokyo sử dụng để bảo mật thông tin cho các cuộc trao đổi bí mật với các đại sứ ở nước ngoài. 

Đơn vị mật mã Hải quân (OP-20-G) và SIS đã trao đổi các thông tin liên quan tới PURPLE và trao nhiệm vụ tấn công vào hệ thống này cho SIS. Nhóm SIS do Friedman và Rowlett lãnh đạo đã trải qua 18 tháng tìm cách phá các bản mã của PURPLE và đã đạt được thành công phi thường. PURPLE không giống như máy mã Enigma của Đức hay máy mã theo thiết kế của Hebern, không sử dụng rotor, nhưng các thiết bị chuyển mạch bước gần giống với thiết bị được sử dụng trong các cuộc trao đổi điện thoại tự động. 

Vào năm 1940, với kinh phí 684,65 USD, Leo Rosen của SIS đã xây dựng lại mô hình thiết bị và đã nắm rõ nguyên lý hoạt động của PURPLE. Với mô hình máy sao chép này và sự hiểu biết về PURPLE, SIS có thể giải mã và cung cấp các bản dịch bằng văn bản cho Bộ Chiến tranh về các thông tin bí mật ngoại giao của Nhật Bản. Việc giải mật những thông tin có liên quan trong chiến tranh, đàm phán giữa Nhật Bản và Hoa Kỳ trong năm 1941, xung quanh cuộc tấn công Trân Châu Cảng... với những căng thẳng và nỗ lực làm việc trong thời gian dài đã vắt kiệt sức Friedman. Ông phải nhập viện vì “suy nhược thần kinh” do căng thẳng tinh thần trong công việc với PURPLE.

Sau chiến tranh, Friedman tiếp tục sự nghiệp của mình trong bí mật. Ông làm việc cho Cơ quan An ninh Quốc gia. Ông nghỉ hưu từ năm 1955 nhưng vẫn tiếp tục thực hiện nhiều nhiệm vụ đặc biệt và bí mật khác nhau. Ông qua đời vào ngày 02/11/1969 tại Washington, D.C., Hoa Kỳ. 

Các tác phẩm tạo danh tiếng

Friedman đã viết nhiều chuyên khảo về mật mã và đặt ra khá nhiều thuật ngữ trong mật mã học, trong đó nổi bật là phân tích mật mã. Một trong số bản thảo đầu tiên được đặt tên là Các cơ sở của phân tích mật mã, sau này được mở rộng thành bốn tập và trở thành sách giáo khoa chính và sách tham khảo về mật mã của Quân đội Hoa Kỳ. Nhận thấy các kỹ năng toán học và ngôn ngữ là thiết yếu cho công việc của SIS, Friedman đã tìm các cộng sự được đào tạo cả về toán học và ngôn ngữ học. Họ là Frank Rowlett, một giáo viên từ một thị trấn ở Virginia, cùng hai nhà toán học Solomon Kullback và Abraham Sinkov đến từ thành phố New York. Sau đó ông có thêm một người cộng tác thông thạo tiếng Nhật tên là John Hurt. 

Năm 1922, William Friedman đã viết Chỉ số trùng khớp và ứng dụng của nó trong mật mã học (The Index of Coincidence and its Applications in Cryptography), một trong những công trình chuẩn trong danh pháp và phân loại của mật mã. 

David Kahn, tác giả của cuốn The Codebreakers đã gọi cuốn sách này là “ấn phẩm quan trọng nhất trong khoa học mật mã, đưa khoa học vào một thế giới mới”.

William F. Friedman được đánh giá là “người khổng lồ” trong ngành mật mã. James R. Chiles gọi Friedman là “nhà sản xuất lớn nhất và là người phá vỡ những thông điệp bí mật trong lịch sử - Harry Houdini về mã số và mật mã”. Trong một bài báo xuất bản vào năm 1987, Callimahos đã viết về Friedman như sau: “Do sự tiên đoán của ông Friedman và những nỗ lực tiên phong trong việc phân tích mật mã, đào tạo mật mã, sử dụng máy xử lý dữ liệu và tổ chức phân tích mật mã, quân đội Hoa Kỳ đã chuẩn bị đầy đủ để đáp ứng các thách thức trong lĩnh vực Mật mã học của Thế chiến II”.

Năm 1956, khi nghỉ hưu, Friedman cùng với vợ nghiên cứu về kiểm tra các mã được giả định là của Bacon, chủ đề vốn đã tạo cơ hội cho họ gặp nhau ở Riverbank. Họ cùng nhau viết cuốn sách mang tựa đề Nhà mã thám thấu nhìn các tác phẩm của Shakespeare (The Cryptologist looks at Shakespeare) và đã nhận giải thưởng từ Thư viện Folger và được xuất bản dưới tiêu đề Những mật mã Shakespeare đã được kiểm tra (The Shakespearean Ciphers Examined ) (1957). Trong tác phẩm này, đã phủ nhận giả thuyết Francis Bacon là tác giả của các vở kịch và những bài thơ của William Shakespeare. 

William F. Friedman được vinh danh tại Đại sảnh NSA vào năm 1988, bởi ông là một huyền thoại trong thế giới mật mã, công việc siêng năng của ông, những tác phẩm phong phú và những thành tựu rực rỡ đã được tôn vinh là mẫu mực trong lĩnh vực bí mật quốc gia.

Đóng góp được cho là thiên tài của Friedman là xây dựng ra một tổ chức, mà sau này trở thành Ủy ban an ninh quốc gia (NSA). Trong năm 1930, Friedman đã tuyển chọn và đào tạo được ba nhà mật mã học: Frank B. Rowlett, Dr Abraham Sinkov và Dr Solomon Kullback. Cả ba người đều được tuyển dụng và thành đạt tại MI Hall of Fame (sẽ được giới thiệu trong Phần 2).

Tài liệu tham khảo

 1.Alan G. Konheim, COMPUTER SECURITY AND CRYPTOGRAPHY.

2.https://www.nsa.gov/public_info/_files/cryptologic_spectrum/legendary_william_friedman.pdf 3.https://www.nsa.gov/about/cryptologic_heritage/hall_of_honor/1999/rowlett.shtml                    4.https://www.nsa.gov/about/cryptologic_heritage/60th/interactive_timeline/Content/preNSA/media/193004