Шифърът Enigma е полеви шифър, използван от германците по време на Втората световна война. Enigma е една от най-известните машини за криптиране в историята. Първата машина Enigma е изобретена от немски инженер на име Артур Шербиус в края на Първата световна война. Използва се в търговската мрежа от началото на 20-те години на миналия век и също така се използва от военните и правителствените служби на редица страни, включително Германия, преди и по време на Втората световна война за предаване на кодирани съобщения. Произведени са много различни модели на Enigma, но немският военен модел и немският шифър "Enigma" са най-известните и обсъждани.
Разбиване на шифъра Enigma по време на Втората световна война
Някои историци смятат, че разбиването на шифъра Енигма е най-важната победа за съюзническите сили по време на Втората световна война. Машината Enigma позволява милиарди начини за кодиране на съобщения, което прави невероятно трудно за други страни да разбият немските кодове по време на Втората световна война. За известно време кодът изглеждаше неуязвим. След това Алън Тюринг идруги изследователи използваха няколко недостатъка в прилагането на кода на Enigma и получиха достъп до немски кодови книги, позволявайки им да създадат машина, наречена Bombe. Тя помогна да се разбият най-трудните версии на Enigma. Полша през 2007 г. издаде монета в чест на 75-ата годишнина от разбиването на шифъра Enigma - 2 злоти от северното злато. В центъра е гербът на Полша, а в кръг има колело Enigma.
Значението на разбиването на шифъра за съюзници
Някои историци смятат, че хакът на Enigma е единствената най-важна победа за съюзническите сили по време на Втората световна война. Използвайки информацията, която дешифрираха от германците, съюзниците успяха да предотвратят много атаки. Но за да избегнат подозрението, че са намерили начин да дешифрират съобщенията, съюзниците трябваше да допуснат някои атаки, въпреки факта, че имаха знанието да ги спрат. Това е описано във филма "The Imitation Game", издаден през 2014 г.
Машина "Enigma": описание, компоненти
Машината Enigma се състои от няколко части, включително клавиатура, платка, ротори и вътрешни електронни схеми. Някои от тях имат допълнителни функции. Кодираните съобщения представляваха набор от букви, които се превръщаха в ясно изречение при дешифриране. Машините Enigma използват форма на заместващо криптиране. Заместващото криптиране е прост начин за кодиране на съобщения, но такива кодове са сравнително лесни за разбиване. Но машината Enigma е проектирана така, че десният ротор напредваедна позиция веднага след натискане на клавиша за въвеждане. По този начин криптирането на буквите всъщност започва, докато роторите са в позиция пред AAA. Обикновено тази позиция е AAZ.
Как работи шифърът Enigma
Прост пример за схема за заместващо криптиране е шифърът на Цезар. Състои се в промяна на мястото на всяка буква от азбуката. Например, когато се измести с 3 места, буквата А ще заеме мястото на G. Но машинният шифър Enigma несъмнено беше много по-мощен от простия шифър на Цезар. Те използват форма на заместващи шифри, но всеки път, когато една буква се съпоставя с друга, цялата схема за кодиране се променя. Варианти на шифри на Enigma - на снимката по-долу.
След натискане на всеки бутон, роторите се движат и насочват тока по различен път към друга отворена буква. Така за първото натискане на клавиш се генерира едно кодиране, а за второто натискане на клавиша друго. Това значително увеличава броя на възможните опции за кодиране, защото всеки път, когато се натисне клавиш на машината Enigma, роторите се въртят и кодът се променя.
Принципът на машината Enigma
Когато се натисне клавиш на клавиатурата, един или повече ротори се движат, за да образуват нова конфигурация на ротора, която ще кодира една буква като друга. Токът протича през машината и една светлина на таблото на лампата светва, за да покаже изходната буква. Пример за шифър на Enigma изглеждаше така: ако е натиснат клавиш P и машината Enigma кодира тази буква като A, напанелът на лампата ще свети A. Всеки месец операторите на Enigma получават кодови книги, които показват кои настройки ще се използват всеки ден.
Схема за шифроване
Веригата беше подобна на старомоден телефонен пач панел, който има десет проводника, с два края във всеки проводник, които могат да бъдат включени в жак. Всеки щепсел може да сдвои две букви, като свърже единия край на проводника към единия слот за букви, а другия край към другата буква. Двете букви в двойката ще се разменят, така че ако B е свързан с G, G става B и B става G. Това осигурява допълнителен слой на криптиране за военните.
Кодиране на съобщение
Всеки ротор на машината има 2626 цифри или букви. Машината Enigma може да използва три ротора наведнъж, но те могат да се променят от пет комплекта, което води до хиляди възможни конфигурации. „Ключът“към шифъра на Enigma се състои от няколко елемента: роторите и техния ред, началните им позиции и схемата на изместване. Ако приемем, че роторите се движат отляво надясно и буквата A трябва да бъде криптирана, тогава когато буквата A е криптирана, всеки ротор е в първоначалното си положение - AAA. Докато роторите се движат отляво надясно, символът A ще премине първи през третия. Всеки ротор извършва операция по подмяна. Следователно, след като символът A премине през третия, той излиза като B. Сега буквата B се въвежда през втория ротор, където се заменя с J, а в първия J се променя на Z. След преминаването на шифъра Enigmaпрез всички ротори, той отива към дефлектора и преминава през друга проста подмяна.
Ключ за декриптиране на съобщения
След излизане от рефлектора, съобщението се изпраща през роторите в обратна посока, като се прилага обратна замяна. След това символът A ще се превърне в U. Всеки ротор на джантата има азбука, така че операторът може да зададе определена последователност. Например, операторът може да завърти първия ротор, за да покаже D, да завърти втория, за да покаже K, и да завърти третия слот, за да покаже P. С първоначалния набор от три числа или букви, показани на машината на изпращача, когато той започне да въвежда съобщението, получателят може да го декодира, като зададе своята идентична машина Enigma на първоначалните настройки на подателя.
Недостатъци на метода за криптиране на Enigma
Основният недостатък на шифъра Enigma е, че буквата никога не може да бъде кодирана такава, каквато е. С други думи, A никога няма да бъде кодиран като A. Това беше огромен недостатък в кода на Enigma, защото предоставя част от информация, която може да се използва за декриптиране на съобщения. Ако декодерите могат да отгатнат думата или фразата, която вероятно ще се появи в съобщението, тази информация ще им помогне да дешифрират кода. Тъй като германците винаги изпращат съобщението за времето в началото и обикновено включват фраза с традиционния си поздрав в края на съобщението, бяха открити фрази, които приблизителнодекодери за разгадаване.
Колата на Алън Тюринг и Гордън Уелчман
Алан Тюринг и Гордън Уелчман разработиха машина, наречена Bombe, която използва електрическа верига за дешифриране на съобщение, кодирано от Enigma за по-малко от 20 минути. Машината Bombe се опита да определи настройките на ротора и схемата на машината Enigma, използвани за изпращане на дадено кодирано съобщение. Стандартното британско превозно средство Bombe беше по същество 36 превозни средства Enigma, свързани заедно. Така тя моделира няколко машини Enigma наведнъж.
Как изглеждаше бомбата
Повечето машини на Enigma имаха три ротора, а всеки от симулаторите Enigma в Bombe имаше три барабана, по един за всеки ротор. Барабаните на Bombe бяха цветно кодирани, за да съответстват на ротора, който симулираха. Барабаните бяха подредени така, че горната част от трите симулира левия ротор на Enigma, средната симулира средния ротор, а долната симулира десния ротор. За всяко пълно завъртане на горните барабани, средните барабани бяха увеличени с една позиция, същото се случи и със средните и долните барабани, като общият брой на позициите доведе до 17 576 позиции на 3-роторната машина Enigma.
работа на декодера
За всяка конфигурация на ротора, при всяко завъртане на барабаните, машината Bombe прави предположение за настройката на веригата, например, че A е свързан към Z. Ако предположението се окаже невярно, машината отхвърля и не го използвах отново и не прекарва време в проверканякое от тях по-късно. Машината Bombe измести позициите на ротора и избра ново предположение и повтаря този процес, докато се появи задоволителна настройка. Ако машината „се досети“, че A е свързана към Z, тогава разбира, че B трябва да бъде свързан с E и т.н. Ако тестът не доведе до противоречие, машината ще спре и декодерът ще използва избраната конфигурация като ключ към съобщението.
