Если вы думаете, что до появления телеграфа Морзе вся связь работала через гонцов и голубиную почту, у меня для вас есть сюрприз. В конце XVIII века появилась технология, которая более пятидесяти лет обеспечивала передачу данных в Европе. Например, на линии Париж-Лилль один символ проходил примерно за 9 минут на дистанции около 230 км. Как такое возможно?

Знакомьтесь. 
Оптический телеграф. 
После этой статьи выражение «посемафорь мне» заиграет для вас новыми красками.

Начало

Идея передавать сигнал по цепочке через несколько операторов сама по себе не нова. Еще в древности дозорные, когда видели приближающегося врага, зажигали сигнальный костер. Его видел следующий пост на расстоянии нескольких километров, потом следующий и так далее.

Разные вариации этой системы так или иначе встречаются по ходу всей истории человечества. Однако, в 1790-хх годах француз Клод Шапп возвел эту идею в абсолют. И создал хитроумное техническое приспособление, при помощи которого можно было передавать не только «да/нет», а нечто посложнее.

Важно отметить – как и в случае с телеграфом, гениальность детища Шаппа не в самой технической реализации (там-то всего три палки и тросы), а в создании всей системы целиком с кодами, протоколами работы и принципами построения.

Оптический телеграф

Итак, что же предложил Клод Шапп? Он предложил создать сеть станций (башен или просто высоких зданий) в визуальной видимости друг от друга. На практике получилось где-то 10 км по прямой между двумя станциями. Наблюдали за ними через подзорные трубы.

На крыше станции располагалась мачта с тремя подвижными элементами: центральная перекладина/«регулятор» и два боковых «крыла»/индикатора. Все элементы могли занимать фиксированные углы:

• Регулятор вставал горизонтально, вертикально или диагонально в двух вариациях.

• Крылья занимали одно из семи положений (углы 45 градусов, 90 градусов, 135 градусов и т. д.) 

Таким образом, максимальное число конфигураций («поз») мачты составляло 7х7х4 = 196.

Механизм через тяги/тросы управлялся из помещения оператора. Внутри, как правило, была «контрольная модель» (маленький индикатор), чтобы оператор видел, что у него сейчас выставлено снаружи, не высовываясь к мачте. 

Хотя в истории прижилось определение «оптический телеграф», сам Шапп называл свое изобретение совсем, другими словами. Всю систему он окрестил тахиграфом (tachygraphe - «быстрописатель»), а конструкции на башне изобретатель подобрал слово sémaphore.

Сохранилось немало таких станций и ниже фото из французского Баккона, где оптический телеграф располагается на крыше башни-пристроя. Что бы вы лучше себе его представили.

Теперь к принципу работы. 

Оператор первой станции получает депешу и начинает передавать ее. Он выставляет перекладину и крылья в позу, соответствующее определенному символу. Про кодировку еще поговорим, пока важно, что сочетание определенных углов крыльев и перекладины – это символ.

Оператор следующей станции видит передачу в подзорную трубу и выставляет у себя аналогичный символ. Оператор третьей не видит первую станцию (слишком далеко), но видит вторую. И так, по цепочке, символ идет до адресата.

Важный момент! Операторы начального и промежуточного узлов должны убедиться, что следующая в цепочке станция приняла их символ и верно выставила его позу у себя. Без этого подтверждения передача не продолжается.

Все символы фиксируются операторами в специальных журналах.

Код Шаппа

Очевидно, что в истории оптического телеграфа будет важная часть. Чем передавать понятно: сетью станций. А вот как интерпретировать результаты передачи? И что сделать, если вдруг ошибка?

Шапп все продумал. В его классической системе было предусмотрено 98 возможных поз семафора, из которых 92 – положения для передачи, а оставшиеся резервировались под служебные символы.

Более того, Шапп проанализировал возможные позы и выбрал 98, по его мнению, наиболее удачных и читаемых издали. Как мы помним, теоретическая емкость семафора – 196 поз.

Логика кодирования у Шаппа была устроена следующим образом. Большей частью передавались не буквы, а пары цифр. Эту пару использовали как индекс в кодовой книге: первая цифра указывала на страницу, вторая на строку. В строке была записана какая-либо фраза («На Монмартре все спокойно»). Таким образом удавалось быстро передавать целые депеши. Если же нужную информацию было не уложить в стандартные фразы из кодовой книги, использовали сигналы для передачи отдельных цифр и букв. Для этого передавался символ-переключатель, который как бы говорил: «перестаем расшифровывать пары цифр и переключаемся на алфавит». Или, наоборот.

Это еще сильнее увеличивало емкость телеграфа: 92 символа могли значить одну из цифр пары, а могли передавать буквы и цифры по отдельности. Но буквенно-цифровые передачи происходили куда реже, так как способ был менее эффективен.

Промежуточные станции при этом работали как чистые ретрансляторы: они повторяли «символы-позы», не обязаны были понимать текст, а расшифровка делалась на конечных и узловых пунктах, где кодовая книга хранилась у ответственных лиц. Это одновременно ускоряло передачу, стандартизировало формулировки и давало минимальную секретность.

С другой стороны, служебные сигналы операторы промежуточных станций как раз знали и понимали – во многом эти сигналы предназначались именно им.

Было максимально подробно расписано как оператор начинает и завершает передачу, как и в какой последовательности он выставляет новую позу семафора (чтобы не спутать процесс выставления с готовой фигурой), что делать, если не уверен в символе или не видно соседнюю станцию. Для своего времени это была просто прорывная должностная инструкция.

Европа на связи!

В хорошую погоду семафорная линия Париж – Лилль (порядка 230 км) доставляла один символ примерно за 9 минут. Важно: это скорее задержка по цепочке. А вот пропускная способность выше, потому что линия работала конвейером: пока дальняя станция “догоняет” первый знак, ближние уже гонят следующий. Опытные операторы в солнечный день прогоняли 2-3 символа в минуту. Для конца XVIII века – умопомрачительная скорость. 

Винтажный телеком так всем понравился, что линии начали строить бешеными темпами. К 1844 году во Франции насчитывали около 534 башен, сеть покрывала более 5000 км и связывала ключевые города. Также встречается оценка порядка 556 станций (в зависимости от того, как считать участки/ветки/вспомогательные пункты).

Конечно, такую новинку не могли не использовать другие страны.

Линия Лондон-Портсмут могла передавать сообщения примерно за четверть часа в хороших условиях и действовала до 1847 года, пока ее не вытеснил электрический телеграф.

Швеция работала на системе Абрахама Никласа Эделькранца; в обзорах подчеркивают, что оптические линии там дожили очень долго - вплоть до 1880 года, то есть пережили многие сети.

Не отставала и Россия. Николай Первый вообще любил быструю связь. Спонсировал работы Павла Шиллинга (автора первого российского телеграфа). А пока Шиллинг еще не закончил была построена линия оптического телеграфа Санкт-Петербург – Варшава протяженность порядка 1200 км и около 149 башен по маршруту.

Башню в Петербурге по адресу Невский 33/1 до сих пор называют Телеграфной, хотя она вообще-то Думская. И да, это сохранившийся артефакт российского оптического телеграфа.

Важно понимать вот что. Хотя общая логика кодирования оптического телеграфа не менялась в целом, частности постоянно дорабатывались. Скажем, менялись кодовые книги, стараясь содержать актуальный набор депеш. Несколько модифицировались служебные символы и сам алфавит. Телеграф Шаппа не был единственным. Выше был пример Швеции, где была похожая идея авторства Эделькранца. Но там вместо регулятора и крыльев использовали систему створок.  

Потому, невозможно найти «правильный» алфавит или расшифровку работы оптического телеграфа. Принципы едины для всех, а вот частности будут отличаться даже в рамках одной страны.

Это связано с назначением системы передачи. Телеграфы находились в государственной собственности и по ним передавали информацию для нужд этих самых государств. Логично, что такая информация должна содержать хотя бы минимальную секретность. Если бы вся Европа использовала один и тот же шифр, у станций бы постоянно ошивались толпы шпионов, документируя, что происходит. Хотя… Следующая история показывает, что кое-кто у башен точно ошивался.

Как взломать семафор? Удивительная история братьев Блан

У оптического телеграфа много недостатков. Самый очевидный – нужна прямая видимость. Если в ясную погоду это не проблема, то в дождь, туман или ночью с передачами беда.

Понятно, что с этим боролись. Использовали качественные подзорные трубы, разумные расстояния между станциями и, с развитием, старались экспериментировать с сигнальными огнями.

Но есть у оптического телеграфа и менее очевидный недостаток. Теоретически можно “подсмотреть” то, что ушло из Парижа и пришло в Лилль: башни стоят на виду, сигнал - тоже на виду. Подсмотренное не просто расшифровать, ведь кодовые книги под строгим учетом. Но это возможно.

Однако, в историю вошла не простая кража кодовой книги, это было бы слишком скучно. Нет. В историю вошла афера братьев Блан, которая сочетала в себе наблюдение за открытым источником, социальную инженерию и понимание принципов работы системы. Заинтриговал?

Заработок братьев строился на том, что они раньше других получали из столицы нужную им информацию. В деле фигурирует ставка государственной ренты, но это скорее детали, которые не так существенны. Просто примем как данность – если в Бордо первым узнать важные цифры из Парижа, на этом можно сделать деньги.

Человек, имеющий доступ к этим цифрам регулярно переправлял сообщения о них на один из промежуточных узлов линии Париж-Бордо. Информация была не слишком сложной: рост, падение, несколько градиентных значений.

Дальше следите за руками. Подкупленный служащий на промежуточной станции вживлял в государственную депешу нужное сообщение. И сообщение шло прямо до Бордо. Однако, следом за ним наш коррумпированный оператор слал сигнал ошибки. Мол, простите, в тросах запутался, фигню какую-то отправил.

Оптический телеграф был устроен таким образом, что все сигналы, вместе с ошибками полностью проходили весь путь до Бордо и только в конечном узле расшифровывались и чистились от неверных передач.

Таким образом, в итоговую государственную депешу подозрительное сообщение не попадало, отбрасываясь как ошибочное. Но! Но оно появлялось на башне конечной станции в Бордо. И вот рядом с этой станцией стоял человек, который быстро фиксировал пришедшее из Парижа. А позже вычленял нужную братьям информацию.

Без шума и пыли братья вживляли паразитный трафик с августа 1834 по август 1836 года, сколотив приличный капиталец. 

Сломалось все по глупости: в предсмертной агонии один из участников выболтал схему своему другу. Тот решил на этом подзаработать и стал шантажировать участников. Те на шантаж не повелись, тогда друг все и разболтал. Далее расследование и арест исполнителя на промежуточной станции. А на суде вскрылась неприятная для государства вещь: формально нарушено ничего не было - использовали штатный служебный механизм. Как-то не подумали запретить оператору «ошибаться» специально. Из-за этого дело стало катализатором ужесточения правил телеграфа и закрепления монопольного контроля над сообщениями. 

Очевидно, Александр Дюма прочитал про эту аферу и немного ее доработал. В романе «Граф Монте-Кристо» герой подкупает оператора и обрушивает рынок ложным сообщением. Это, конечно, вымысел. Но здесь очень точно описана уязвимость оптического телеграфа: доверие к оператору и отсутствие проверки содержания на промежуточных узлах. 

Телеграф умер, да здравствует телеграф!

Победному шествию оптического телеграфа помешал телеграф электрический. Все же держать огромную толпу народа на промежуточных станциях, сильно зависеть от погоды и человеческого фактора и работать со скоростью символ/10 минут - сомнительное удовольствие. Понятно, что это круче и технологичней голубей и пока выбора не было, строили башни только так.

Но с появлением полноценного телеграфа оптический помаленьку ушел в небытие, а семафоры перекочевали во флот и на железные дороги. 

Однако, семафорные линии, все же оставили свой след. Внедрение электрического телеграфа состоялось так быстро и удачно во многом потому, что был огромный штат квалифицированного (для тех лет) персонала, привыкшего к четким регламентам. Более того, на оптическом телеграфе отработали такие вещи как коррекция ошибок или сообщения с подтверждением. Детище Морзе попало в руки в оооочень подготовленным людям и процессам. Детище же Шаппа осталось в виде нескольких десятков сохранившихся башен, разбросанных по всей Европе.

Заключение

Шапп не был изобретателем оптического телеграфа в буквальном смысле. Еще в конце XVII века похожие идеи описывали Роберт Гук или Гийом Амонтон. Но именно Шаппу первому (буквально на пару лет быстрее Эделькранца) удалось запустить сначала рабочий прототип, а потом и полноценную линию (Париж-Лилль). 

Заслуга Шаппа исключительно практическая – он взял теоретический принцип и создал его физическое воплощение, обязал его кодами, инструкциями и персоналом. Именно потому Шапп считается отцом и создателем (но не изобретателем) оптического телеграфа.

В любом случае, линия связи с коррекцией ошибок, началом/концом сеанса и поправкой на помехи в XVIII веке – это сильно. Даже если она основана на крайне примитивной реализации.

Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.