Szyfr Enigma był szyfrem polowym używanym przez Niemców podczas II wojny światowej. Enigma to jedna z najsłynniejszych maszyn szyfrujących w historii. Pierwsza maszyna Enigma została wynaleziona przez niemieckiego inżyniera Arthura Scherbiusa pod koniec I wojny światowej. Jest używany komercyjnie od wczesnych lat dwudziestych XX wieku, a także był używany przez służby wojskowe i rządowe wielu krajów, w tym Niemiec, przed i podczas II wojny światowej do przesyłania zaszyfrowanych wiadomości. Wyprodukowano wiele różnych modeli Enigmy, ale niemiecki model wojskowy i niemiecki szyfr „Enigma” są najbardziej znane i dyskutowane.
Złamanie szyfru Enigmy podczas II wojny światowej
Niektórzy historycy uważają, że złamanie szyfru Enigmy było najważniejszym zwycięstwem aliantów podczas II wojny światowej. Maszyna Enigma pozwoliła na miliardy sposobów kodowania wiadomości, przez co innym krajom niezwykle trudno było złamać niemieckie kody podczas II wojny światowej. Przez chwilę kod wydawał się nietykalny. Następnie Alan Turing iinni badacze wykorzystali kilka błędów w implementacji kodu Enigmy i uzyskali dostęp do niemieckich książek kodowych, co pozwoliło im stworzyć maszynę o nazwie Bomba. Pomogła przełamać najtrudniejsze wersje Enigmy. Polska w 2007 roku wyemitowała monetę z okazji 75. rocznicy złamania szyfru Enigmy - 2 złote ze złota północnego. W centrum herb Polski, a w kole koło Enigma.
Znaczenie złamania szyfru dla sojuszników
Niektórzy historycy uważają, że włamanie do Enigmy było najważniejszym zwycięstwem aliantów podczas II wojny światowej. Wykorzystując informacje, które odszyfrowali od Niemców, alianci byli w stanie zapobiec wielu atakom. Aby jednak uniknąć podejrzeń, że znaleźli sposób na rozszyfrowanie wiadomości, alianci musieli zezwolić na niektóre ataki, mimo że mieli wiedzę, aby je powstrzymać. Zostało to opisane w filmie „Gra w naśladownictwo”, wydanym w 2014 roku.
Maszyna "Enigma": opis, komponenty
Maszyna Enigma składa się z kilku części, w tym klawiatury, płyty, wirników i wewnętrznych obwodów elektronicznych. Niektóre z nich posiadają dodatkowe funkcje. Zaszyfrowane wiadomości to zestaw liter, które po odszyfrowaniu zamieniały się w jasne zdanie. Maszyny Enigma wykorzystują formę szyfrowania podstawienia. Szyfrowanie substytucyjne jest prostym sposobem kodowania wiadomości, ale takie kody są dość łatwe do złamania. Ale maszyna Enigma została zaprojektowana tak, aby posuwał się właściwy wirnikjedną pozycję zaraz po naciśnięciu klawisza enter. Tak więc szyfrowanie liter faktycznie rozpoczyna się, gdy wirniki znajdują się w pozycji poprzedzającej AAA. Zwykle ta pozycja to AAZ.
Jak działa szyfr Enigmy
Prostym przykładem schematu szyfrowania podstawień jest szyfr Cezara. Polega na zmianie miejsca każdej litery alfabetu. Na przykład po przesunięciu o 3 miejsca litera A zajmie miejsce G. Ale szyfr maszyny Enigma był niewątpliwie znacznie potężniejszy niż prosty szyfr Cezara. Posługują się formą szyfrów podstawieniowych, ale za każdym razem, gdy jedna litera była dopasowywana do innej, zmieniał się cały schemat kodowania. Warianty szyfrów Enigmy - na zdjęciu poniżej.
Po naciśnięciu każdego przycisku wirniki poruszają się i kierują prąd inną ścieżką do innej otwartej litery. Tak więc dla pierwszego naciśnięcia klawisza generowane jest jedno kodowanie, a dla drugiego naciśnięcia klawisza inne. To znacznie zwiększa liczbę możliwych opcji kodowania, ponieważ za każdym naciśnięciem klawisza na maszynie Enigma obracają się wirniki i zmienia się kod.
Zasada maszyny Enigma
Po naciśnięciu klawisza na klawiaturze, jeden lub więcej rotorów porusza się, tworząc nową konfigurację rotora, która zakoduje jedną literę jako drugą. Prąd przepływa przez maszynę i zapala się jedna lampka na tablicy lamp, wskazując literę wyjściową. Przykład szyfru Enigmy wyglądał tak: jeśli wciśnięty jest klawisz P, a maszyna Enigmy zakoduje tę literę jako A, napanel lamp zaświeci się A. Co miesiąc operatorzy Enigmy otrzymywali książki kodów, które wskazywały, jakie ustawienia będą używane każdego dnia.
Schemat szyfrowania
Obwód był podobny do staromodnego telefonicznego panelu krosowego, który ma dziesięć przewodów, z dwoma końcami w każdym przewodzie, które można podłączyć do gniazda. Każdy przewód wtykowy może sparować dwie litery, podłączając jeden koniec przewodu do jednego gniazda na literę, a drugi koniec do drugiej litery. Dwie litery w parze zamienią się miejscami, więc jeśli B jest połączone z G, G staje się B, a B staje się G. Zapewnia to dodatkową warstwę szyfrowania dla wojska.
Kodowanie wiadomości
Każdy wirnik maszyny ma 2626 cyfr lub liter. Maszyna Enigma może używać jednocześnie trzech wirników, ale można je zmienić z pięciu zestawów, co daje tysiące możliwych konfiguracji. „Klucz” do szyfru Enigmy składa się z kilku elementów: wirników i ich kolejności, ich pozycji początkowych oraz schematu przemieszczania. Zakładając, że wirniki przesuwają się od lewej do prawej, a litera A ma być zaszyfrowana, to gdy litera A jest zaszyfrowana, każdy wirnik znajduje się w swojej pierwotnej pozycji - AAA. Gdy wirniki poruszają się od lewej do prawej, postać A najpierw przejdzie przez trzeci. Każdy wirnik wykonuje operację wymiany. Dlatego po przejściu znaku A przez trzeci, wychodzi on jako B. Teraz litera B jest wprowadzana przez drugi rotor, gdzie zostaje zastąpiona przez J, a w pierwszym J jest zamieniana na Z. Po przejściu szyfru Enigmyprzez wszystkie wirniki trafia do deflektora i przechodzi przez kolejną prostą wymianę.
Klucz do odszyfrowywania wiadomości
Po wyjściu z reflektora wiadomość jest przesyłana przez wirniki w przeciwnym kierunku, z zastosowaną zamianą wsteczną. Następnie symbol A zmieni się w U. Każdy wirnik na obręczy ma alfabet, więc operator może ustawić określoną sekwencję. Na przykład, operator może obrócić pierwszy wirnik, aby wyświetlić D, obrócić drugi, aby wyświetlić K, i obrócić trzecią szczelinę, aby wyświetlić P. Z początkowym zestawem trzech cyfr lub liter wyświetlanych na urządzeniu nadawcy, gdy zaczął pisać wiadomość, odbiorca może go zdekodować, ustawiając identyczną maszynę Enigma na początkowe ustawienia nadawcy.
Wady metody szyfrowania Enigmy
Główną wadą szyfru Enigmy było to, że litery nigdy nie można było zakodować w takiej postaci, w jakiej jest. Innymi słowy, A nigdy nie zostanie zakodowane jako A. Była to ogromna wada w kodzie Enigmy, ponieważ dostarczał informacji, które można wykorzystać do odszyfrowania wiadomości. Gdyby dekodery mogły odgadnąć słowo lub frazę, które prawdopodobnie pojawiłyby się w wiadomości, ta informacja pomogłaby im rozszyfrować kod. Ponieważ Niemcy zawsze wysyłali wiadomość o pogodzie na początku i zwykle zawierali frazę z tradycyjnym pozdrowieniem na końcu wiadomości, znaleziono frazy zbliżonedekodery do rozwikłania.
Samochód Alana Turinga i Gordona Welchmana
Alan Turing i Gordon Welchman opracowali maszynę o nazwie Bomba, która używała obwodów elektrycznych do odszyfrowania wiadomości zakodowanej w Enigmie w mniej niż 20 minut. Maszyna Bombe próbowała określić ustawienia wirnika i obwody maszyny Enigma użyte do wysłania danej zakodowanej wiadomości. Standardowy brytyjski pojazd bombowy składał się w zasadzie z 36 połączonych ze sobą pojazdów Enigmy. W ten sposób wymodelowała kilka maszyn Enigmy jednocześnie.
Jak wyglądała bomba
Większość maszyn Enigmy miała trzy wirniki, a każdy z symulatorów Enigmy w Bombe miał trzy bębny, po jednym dla każdego wirnika. Bębny Bombe zostały oznaczone kolorami, aby pasowały do wirnika, który symulowały. Bębny zostały ułożone tak, aby górna część trzech symulowała lewy wirnik Enigmy, środkowy środkowy, a dolny prawy wirnik. Po każdym pełnym obrocie bębnów górnych bębny środkowe były zwiększane o jedną pozycję, to samo działo się z bębnami środkowymi i dolnymi, co daje łączną liczbę pozycji do 17 576 pozycji 3-wirnikowej maszyny Enigma.
Praca dekodera
Dla każdej konfiguracji wirnika, przy każdym obrocie bębnów, maszyna Bombe przyjmowała założenie dotyczące układu obwodu, na przykład, że A jest połączone z Z. Jeśli założenie okazało się fałszywe, maszyna odrzucała i nie używałem go ponownie, i nie spędzałem czasu na sprawdzaniuktórykolwiek z nich później. Maszyna Bombe przesunęła pozycje wirnika i wybrała nowe zgadywanie i powtarza ten proces, aż pojawi się zadowalający układ ustawień. Jeśli maszyna „odgadła”, że A jest połączone z Z, to zrozumiała, że B musi być połączone z E i tak dalej. Jeśli test nie wykaże sprzeczności, maszyna zatrzyma się, a dekoder użyje wybranej konfiguracji jako klucza do wiadomości.
