Энигма машина - Enigma machine

Эта статья посвящена самой машине Enigma. О британском взломе машины см. Криптоанализ загадки.

Военная машина Enigma модели "Enigma I", использовавшаяся в конце 1930-х годов и во время войны; отображается на Museo scienza e tecnologia Milano, Италия
Автомат Military Enigma (в деревянном ящике)
Загадка
шифровальная машина
Enigma-logo.svg

В Энигма машина является шифрование устройство, разработанное и использовавшееся в начале-середине 20 века для защиты коммерческих, дипломатических и военных коммуникаций. Он широко использовался нацистская Германия в течение Вторая Мировая Война, во всех родов войск Германии.

Enigma имеет электромеханический роторный механизм который расшифровывает 26 букв алфавита. Обычно один человек вводит текст на клавиатуре Enigma, а другой записывает, какой из 26 индикаторов над клавиатурой загорается при каждом нажатии клавиши. Если вводится простой текст, светящиеся буквы являются закодированными. зашифрованный текст. Ввод зашифрованного текста преобразует его обратно в читаемый открытый текст. Роторный механизм изменяет электрические соединения между клавишами и лампочками при каждом нажатии клавиши. Безопасность системы зависит от набора настроек машины, которые обычно менялись ежедневно во время войны, на основе списков секретных ключей, распространенных заранее, и от других настроек, которые менялись для каждого сообщения. Принимающая станция должна знать и использовать точные настройки, используемые передающей станцией, для успешного дешифрования сообщения.

Хотя Германия за эти годы внесла в Enigma ряд улучшений, которые в разной степени затруднили попытки дешифрования, они в конечном итоге не помешали Британии и ее союзникам использовать сообщения, закодированные в Enigma, в качестве основного источника разведки во время войны. Многие комментаторы говорят, что поток Ультра коммуникационная разведка из расшифровки Enigma Лоренц и другие шифры, значительно сократили войну и, возможно, даже изменили ее исход.[1]

История

Машину Enigma изобрел немецкий инженер. Артур Щербиус в конце Первая Мировая Война.[2] Немецкая фирма Scherbius & Ritter, соучредителем которой является Артур Шербиус, запатентовала идеи шифровальной машины в 1918 году и начала продавать готовый продукт под торговой маркой. Enigma в 1923 г. первоначально была ориентирована на коммерческие рынки.[3] Ранние модели использовались в коммерческих целях с начала 1920-х годов и были приняты на вооружение военными и правительственными службами нескольких стран, в первую очередь нацистская Германия до и во время Вторая Мировая Война.[4]

Было выпущено несколько разных моделей Enigma, но Немецкие военные модели, имеющие коммутационная панель, были самыми сложными. Также использовались японские и итальянские модели. С принятием на вооружение (в слегка измененной форме) ВМС Германии в 1926 году и вскоре после этого в немецкой армии и ВВС название Enigma получил широкую известность в военных кругах. В довоенном немецком военном планировании упор делался на быстрые, мобильные силы и тактику, позже известную как блицкриг, которые зависят от радиосвязи для управления и координации. Поскольку злоумышленники, скорее всего, перехватят радиосигналы, сообщения должны быть защищены с помощью безопасного кодирования. Компактная и легко переносимая машина Enigma удовлетворила эту потребность.

Разрушая загадку

Основная статья: Криптоанализ загадки

Примерно в декабре 1932 г. Мариан Реевски, польский математик и криптоаналитик, работая на Польское бюро шифров, использовал теорию перестановок и недостатков в процедурах шифрования сообщений немецких военных, чтобы взломать ключи сообщений на машине Enigma с коммутационной панелью. Реевский достиг этого результата, не зная о проводке машины, поэтому результат не позволил полякам расшифровать фактические сообщения. Французский шпион Ханс-Тило Шмидт получил доступ к немецким шифровальным материалам, которые включали ежедневные ключи, используемые в сентябре и октябре 1932 года. Эти ключи включали настройки коммутационной панели. Французы передали материал полякам, и Реевский использовал некоторые из этих материалов и сообщения в сентябре и октябре, чтобы найти неизвестную проводку ротора. Следовательно, польские математики смогли построить свои собственные машины Enigma, которые были названы Enigma удваивается. Реевскому помогли криптоаналитики Ежи Ружицкий и Хенрик Зыгальский, оба были завербованы с Реевским из Познанский университет. Польское бюро шифров разработало методы для обхода коммутационной панели и поиска всех компонентов ежедневного ключа, которые позволили бюро шифров читать сообщения German Enigma, начиная с января 1933 года. Со временем немецкие криптографические процедуры улучшились, а Бюро шифров разработало методы и разработали механические устройства для продолжения чтения трафика Enigma. В рамках этих усилий поляки использовали особенности роторов, составили каталоги, построили циклометр чтобы помочь составить каталог из 100 000 наименований, изобретенных и произведенных Зыгальские листы и построил электромеханический криптологический бомба для поиска настроек ротора. В 1938 году немцы усложнили машины Enigma, что привело к тому, что полякам стало слишком дорого противостоять. У поляков было шесть таких бомба (множественное число от бомба), но когда немцы добавили еще два ротора, в десять раз больше бомба тогда были нужны, а у поляков не было ресурсов.[5]

26 и 27 июля 1939 г.[6] в Pyry возле Варшава, поляки инициировали французские и британские военная разведка представителей в свои Методы расшифровки загадок и оборудование, включая листы Зыгальского и криптологическую бомбу, и обещал каждой делегации реконструированную в Польше Энигму. Демонстрация стала жизненно важной основой для дальнейшего продолжения и усилий Британии.

В сентябре 1939 года британская военная миссия 4, в которую входили Колин Габбинс и Вера Аткинс, отправился в Польшу для эвакуации взломщиков кодов Гвидо Лангер, Мариан Реевски, Ежи Ружицкий и Хенрик Зыгальский из страны с их копиями машин Enigma. Поляков переправили через границу в родную для Аткинса Румынию, в то время нейтральную страну, где некоторые из них были интернированы. Аткинс организовал их освобождение и дальнейшее путешествие в Западную Европу, чтобы дать совет французам и британцам, которые в то время еще не могли расшифровать немецкие сообщения.[7]

Гордон Велчман, который стал главой Хижина 6 в Блетчли-парке написал: «Хижина 6 Ультра никогда бы не сдвинулся с мертвой точки, если бы мы не узнали от поляков в самый последний момент подробности как о немецкой военной версии коммерческой машины Enigma, так и о действующих процедурах, которые использовались ».[8]

Во время войны британские криптологи расшифровали огромное количество сообщений, зашифрованных с помощью Enigma. Информация, полученная из этого источника под кодовым названием "Ультра "со стороны англичан, было существенной помощью Союзник военные усилия.[9]

Хотя Enigma имела некоторые криптографические слабые места, на практике именно немецкие процедурные недостатки, ошибки операторов, неспособность систематически вносить изменения в процедуры шифрования и захват союзниками ключевых таблиц и оборудования во время войны позволили союзным криптологам добиться успеха и «превратили прилив »в пользу союзников.[10][11]

Дизайн

Enigma в использовании, 1943 год

Как и другие роторные машины, машина Enigma представляет собой комбинацию механической и электрической подсистем. Механическая подсистема состоит из клавиатура; набор вращающихся дисков, называемый роторы расположены рядом вдоль шпиндель; один из различных шаговых компонентов для вращения, по крайней мере, одного ротора при каждом нажатии клавиши, и ряд ламп, по одной для каждой буквы.

Электрический путь

Схема подключения Enigma со стрелками и цифрами от 1 до 9 показывает, как ток течет от нажатия клавиши к горящей лампе. В А ключ закодирован в D напольная лампа. D дает A, но A никогда не дает A; это свойство было связано с запатентованной функцией, уникальной для Enigmas, и в некоторых ситуациях могло быть использовано криптоаналитиками.

Механические части действуют, образуя различные электрическая цепь. При нажатии клавиши на шпинделе вращаются один или несколько роторов. По бокам роторов находится ряд электрических контактов, которые после вращения совпадают с контактами на других роторах или фиксированной проводкой на любом конце шпинделя. Когда роторы правильно выровнены, каждая клавиша на клавиатуре подключается к уникальному электрическому пути через ряд контактов и внутреннюю проводку. Ток, как правило, от батареи, течет через нажатую клавишу во вновь сконфигурированный набор цепей и снова выходит обратно, в конечном итоге освещая один дисплей. напольная лампа, который показывает выводимую букву. Например, при шифровании сообщения, начинающегося ANX ..., оператор сначала нажимает кнопку А ключ, а Z лампа может загореться, поэтому Z будет первой буквой зашифрованный текст. Затем оператор нажимает N, а потом Икс таким же образом и так далее.

Действие скремблирования роторов Enigma показано двумя последовательными буквами, при этом правый ротор перемещается на одну позицию между ними.

Ток течет от батареи (1) через нажатый двунаправленный переключатель клавиатуры (2) к коммутационной панели (3). Затем он проходит через (в данном случае неиспользованный, поэтому показан закрытым) штекер «A» (3) через входное колесо (4), через проводку трех (Загадка Вермахта) или четырех (Кригсмарине M4 и Абвер варианты) устанавливаются роторы (5) и попадает в отражатель (6). Отражатель возвращает ток по совершенно другому пути обратно через роторы (5) и входное колесо (4), проходя через штекер «S» (7), соединенный кабелем (8) с штекером «D», и другой двунаправленный переключатель (9) для включения соответствующей лампы.[12]

Повторяющиеся изменения электрического пути через скремблер Enigma реализуют полиалфавитный шифр замены что обеспечивает безопасность Enigma. На диаграмме справа показано, как электрический путь изменяется с каждым нажатием клавиши, что вызывает вращение по крайней мере правого ротора. Ток проходит в роторы, обратно в отражатель и снова выходит через роторы. Серые линии - это другие возможные пути внутри каждого ротора; они жестко подключены от одной стороны каждого ротора к другой. Письмо А шифрует по-разному с последовательными нажатиями клавиш, сначала грамм, а затем в C. Это связано с тем, что правый ротор шагает (поворачивается на одну позицию) при каждом нажатии клавиши, посылая сигнал по совершенно другому маршруту. В конце концов, другие роторы переходят в действие нажатием клавиши.

Роторы

Сборка ротора Enigma. В вермахте Enigma три установленных подвижных ротора зажаты между двумя неподвижными колесами: входным колесом справа и отражателем слева.
Основная статья: Детали ротора Enigma

Роторы (альтернативно колеса или же барабаны, Walzen на немецком языке) составляют основу машины Enigma. Каждый ротор представляет собой диск диаметром примерно 10 см (3,9 дюйма), сделанный из Эбонит или же Бакелит с 26 латунь, подпружиненный, электрический контакт штифты, расположенные по кругу на одной стороне, с корпусом 26 другой стороны, соответствующим электрические контакты в виде круглых пластин. Штыри и контакты представляют собой алфавит - обычно 26 букв A – Z, как предполагается в остальной части этого описания. Когда роторы установлены бок о бок на шпинделе, штифты одного ротора упираются в контактные пластины соседнего ротора, образуя электрическое соединение. Внутри корпуса ротора 26 проводов соединяют каждый штифт на одной стороне с контактом на другой по сложной схеме. Большинство роторов обозначены римскими цифрами, и каждая выпущенная копия ротора I, например, подключена идентично всем остальным. То же верно и для специальных тонких бета- и гамма-роторов, используемых в военно-морском варианте M4.

Три ротора Enigma и вал, на котором они размещаются во время использования.

Сам по себе ротор выполняет только очень простой тип шифрование, простой подстановочный шифр. Например, булавка, соответствующая букве E может быть подключен к контакту для письма Т на противоположной грани и т. д. Безопасность Enigma обеспечивается последовательным использованием нескольких роторов (обычно трех или четырех) и регулярным шаговым движением роторов, что позволяет реализовать полиалфавитный шифр замещения.

Каждый ротор может быть установлен в одно из 26 возможных начальных положений при установке в машину Enigma. После вставки ротор можно повернуть в правильное положение вручную, используя рифленую ручку, которая выступает из внутренней крышки Enigma при закрытии. Чтобы оператор мог знать положение ротора, на каждом есть алфавит шина (или буквенное кольцо), прикрепленное к внешней стороне диска ротора, с 26 символами (обычно буквами); один из них виден через окошко для этой прорези в крышке, указывая, таким образом, на положение вращения ротора. В ранних моделях кольцо с алфавитом крепилось к диску ротора. Позднее усовершенствование заключалось в возможности регулировки алфавитного кольца относительно диска ротора. Положение кольца было известно как Ringstellung («настройка звонка»), и эта настройка была частью начальной настройки, необходимой перед операционным сеансом. Говоря современным языком, это была часть вектор инициализации.

Два ротора Enigma с электрическими контактами, ступенчатая трещотка (слева) и выемка (на правом роторе напротив D).

Каждый ротор содержит одну или несколько выемок, которые контролируют шаг ротора. В военных вариантах насечки расположены на кольце алфавита.

Загадки армии и ВВС использовались с несколькими винтами, изначально с тремя. 15 декабря 1938 года это число изменилось до пяти, из которых трое были выбраны для данной сессии. Роторы были отмечены римские цифры чтобы различать их: I, II, III, IV и V, все с одиночными выемками, расположенными в разных точках на кольце алфавита. Этот вариант, вероятно, был задуман как мера безопасности, но в конечном итоге позволил польским Метод часов и британский Банбуризм атаки.

Морская версия Вермахт Enigma всегда выпускалась с большим количеством роторов, чем другие сервисы: сначала шесть, затем семь и, наконец, восемь. Дополнительные роторы имели маркировку VI, VII и VIII, все с разной схемой подключения и имели две выемки, что приводило к более частой смене ротора. Четырехроторная машина Naval Enigma (M4) вмещала дополнительный ротор в том же пространстве, что и трехроторная версия. Это было достигнуто заменой оригинального отражателя на более тонкий и добавлением тонкого четвертого ротора. Этот четвертый ротор был одного из двух типов: Бета или же Гамма, и никогда не ступал, но мог быть установлен вручную в любое из 26 положений. Один из 26 заставил машину работать идентично трехроторной машине.

Шагая

Чтобы избежать простой реализации простого (решаемого) шифра замещения, каждое нажатие клавиши заставляло один или несколько роторов шагать на одну двадцать шестую полного оборота до того, как были выполнены электрические соединения. Это изменило алфавит подстановки, используемый для шифрования, гарантируя, что криптографическая подстановка будет отличаться в каждом новом положении ротора, создавая более сложный полиалфавитный шифр подстановки. Шаговый механизм несколько отличался от модели к модели. Правый ротор сработал один раз при каждом нажатии клавиши, а другие роторы сработали реже.

Оборот

Шаговое движение Enigma при виде сбоку от оператора. Все три собачки храповика (зеленые) нажимаются в унисон при нажатии ключа. Для первого ротора (1), который для оператора является правым ротором, храповой механизм (красный) всегда задействован и срабатывает при каждом нажатии клавиши. Здесь средний ротор (2) включен, потому что паз в первом роторе совмещен с собачкой; он пойдет (перевернуть) с первым ротором. Третий ротор (3) не входит в зацепление, потому что паз во втором роторе не совмещен с собачкой, поэтому он не будет зацепляться с храповым механизмом.

Продвижение ротора, отличного от левого, было названо оборот британцами. Это было достигнуто трещотка и собачка механизм. У каждого ротора был храповик с 26 зубьями, и каждый раз при нажатии клавиши набор подпружиненных собачек двигался вперед в унисон, пытаясь зацепиться с храповым механизмом. Буквенное кольцо ротора справа обычно предотвращало это. Когда это кольцо вращалось вместе со своим ротором, вырезанная на нем выемка в конечном итоге выровнялась с собачкой, позволяя ему зацепиться с храповым механизмом и продвигать ротор слева от него. Правая собачка, не имеющая ротора и кольца справа, приводила в движение свой ротор при каждом нажатии клавиши.[13] Для ротора с одной выемкой в ​​правом положении средний ротор шагнул один раз за каждые 26 шагов правого ротора. Аналогично для второго и третьего роторов. Для ротора с двумя зубьями ротор слева от него будет переворачиваться дважды за каждый оборот.

Первые пять вводимых роторов (I – V) имели по одной выемке, в то время как дополнительные морские роторы VI, VII и VIII имели по две выемки. Положение выемки на каждом роторе определялось буквенным кольцом, которое можно было отрегулировать относительно сердечника, содержащего межсоединения. Точки на кольцах, в которых они заставляли двигаться следующее колесо, были следующими.[14]

Расположение выемок разворота
РоторОборотная позиция (и)Мнемоника АД
ярКоролевский
IIFФлаги
IIIWВолна
IVKКороли
VАНад
VI, VII и VIIIА и N

В дизайн также включена функция, известная как двойной шаг. Это происходило, когда каждая собачка совмещалась с храповым механизмом своего ротора и вращающимся зубчатым кольцом соседнего ротора. Если собачка входит в зацепление с храповым механизмом посредством совмещения с выемкой, по мере продвижения вперед она нажимает и на храповик, и в выемку, продвигая оба ротора. В трехроторной машине двухшаговый режим затрагивает только два ротора. Если при движении вперед храповой механизм третьего ротора был задействован, второй ротор снова переместился бы при последующем нажатии клавиши, что привело бы к двум последовательным шагам. Второй ротор также толкает первый ротор вперед после 26 шагов, но поскольку первый ротор все равно движется вперед при каждом нажатии клавиши, двойного шага нет.[13] Этот двойной шаг приводил к отклонению роторов от одометр -стиль регулярное движение.

С тремя колесами и только одиночными выемками на первом и втором колесах машина имела период 26 × 25 × 26 = 16 900 (не 26 × 26 × 26 из-за двойного шага).[13] Исторически сообщения ограничивались несколькими сотнями букв, и поэтому не было возможности повторить какое-либо комбинированное положение ротора в течение одного сеанса, что лишало криптоаналитиков ценных подсказок.

Чтобы освободить место для четвертых роторов Naval, рефлектор сделали намного тоньше. Четвертый ротор поместился в освободившееся пространство. Никаких других изменений внесено не было, что облегчило переход. Поскольку собачек было всего три, четвертый ротор никогда не ступал, но его можно было вручную установить в одно из 26 возможных положений.

Устройство, которое было разработано, но не реализовано до конца войны, было Lückenfüllerwalze (колесо заполнения пробелов), реализовавшее нерегулярный шаг. Это позволяло настраивать выемки во всех 26 позициях. Если бы количество выемок было относительное простое число 26, а количество выемок было разным для каждого колеса, шаг был бы более непредсказуемым. Как и Umkehrwalze-D, он также позволил перенастроить внутреннюю проводку.[15]

Колесо входа

Текущее колесо ввода (Eintrittswalze на немецком языке) или запись статор, соединяет коммутационная панель к ротору в сборе. Если коммутационная панель отсутствует, вводное колесо вместо этого соединяет клавиатуру и ламповую панель с узлом ротора. Хотя точная проводка имеет сравнительно небольшое значение для безопасности, она оказалась препятствием на пути прогресса Реевского во время его исследования проводки ротора. Коммерческая Enigma соединяет ключи в порядке их последовательности на QWERTZ клавиатура: Q→А, W→B, E→C и так далее. Военная Enigma связывает их в прямом алфавитном порядке: А→А, B→B, C→C, и так далее. Реевски потребовались вдохновенные догадки, чтобы проникнуть в модификацию.

Отражатель

Внутренний механизм машины Enigma с отражателем типа B и ротором.

За исключением моделей А и B, последний ротор находился перед «отражателем» (нем. Umkehrwalze, что означает «реверсивный ротор»), запатентованная особенность, уникальная для Enigma среди различных роторных машин того времени. Отражатель соединял выходы последнего ротора попарно, перенаправляя ток обратно через роторы другим путем. Отражатель гарантировал, что Enigma будет самовзаимный; таким образом, с двумя одинаково сконфигурированными машинами, сообщение может быть зашифровано на одной и дешифровано на другой, без необходимости в громоздком механизме переключения между режимами шифрования и дешифрования. Отражатель позволил получить более компактную конструкцию, но также дал Enigma свойство, которое ни одна буква никогда не зашифровывала сама по себе. Это была серьезная криптологическая ошибка, которая впоследствии была использована взломщиками кодов.

В модели «C» отражатель может быть вставлен в одно из двух разных положений. В модели «D» отражатель можно было установить в 26 возможных положениях, хотя он не двигался во время шифрования. в Абвер Enigma, рефлектор смещался во время шифрования аналогично другим колесам.

В немецкой армии и ВВС Enigma отражатель был фиксированным и не вращался; было четыре версии. Первоначальная версия была помечена буквой «А» и была заменена на Umkehrwalze B 1 ноября 1937 года. Третья версия, Umkehrwalze C был кратко использован в 1940 году, возможно, по ошибке, и был решен Хижина 6.[16] Четвертая версия, впервые обнаруженная 2 января 1944 г., имела отражатель с возможностью перенастройки, называемый Umkehrwalze D, прозвище англичан «Дядя Дик», позволяющее оператору Enigma изменять соединения как часть основных настроек.

Plugboard

Плата расширения (Steckerbrett) был расположен в передней части машины, под клавишами. При использовании во время Второй мировой войны было десять соединений. На этой фотографии поменяны местами только две пары букв (A↔J и S↔O).

Плата расширения (Steckerbrett на немецком языке) разрешена переменная проводка, которая может быть изменена оператором (видна на передней панели рисунка 1; некоторые коммутационные шнуры можно увидеть на крышке). Он был представлен на версиях немецкой армии в 1930 году и вскоре был принят на вооружение Reichsmarine (ВМС Германии). Коммутационная панель способствовала большей криптографической стойкости, чем дополнительный ротор. Enigma без коммутационной панели (известная как незащищенная Enigma) можно было решить относительно просто, используя ручные методы; Эти методы, как правило, были побеждены коммутационной панелью, что побудило криптоаналитиков союзников разработать специальные машины для ее решения.

Кабель, помещенный на коммутационную панель, соединял буквы попарно; Например, E и Q может быть парой с упором. В результате эти буквы менялись местами до и после блока шифрования несущего винта. Например, когда оператор нажал E, сигнал был перенаправлен на Q перед входом в роторы. Одновременно можно было использовать до 13 пар, хотя обычно использовалось только 10.

Ток протекал от клавиатуры через коммутационную панель и направлялся к входному ротору или Eintrittswalze. Каждая буква на коммутационной панели имела по два гнезда. Вставка штекера разъединяет верхнее гнездо (от клавиатуры) и нижнее гнездо (к входному ротору) этой буквы. Штекер на другом конце кабеля с перекрестной проводкой был вставлен в разъемы другой буквы, таким образом переключая соединения двух букв.

Аксессуары

В Schreibmax представлял собой печатное устройство, которое можно было прикрепить к Enigma, избавляя от необходимости кропотливо записывать буквы, указанные на световой панели.

Другие функции сделали различные машины Enigma более безопасными и удобными.[17]

Schreibmax

Некоторые M4 Enigmas использовали Schreibmax, маленький принтер который мог напечатать 26 букв на узкой бумажной ленте. Это избавило от необходимости второго оператора читать лампы и расшифровывать буквы. В Schreibmax был помещен на машину Enigma и подключен к панели лампы. Чтобы установить принтер, пришлось снять крышку лампы и лампочки. Это улучшило удобство и безопасность работы; принтер можно было установить удаленно, так что сигнальщику, управляющему машиной, больше не нужно было видеть расшифрованные простой текст.

Fernlesegerät

Еще одним аксессуаром стала выносная лампа панели. Fernlesegerät. Для машин, оснащенных дополнительной панелью, деревянный корпус Enigma был шире и мог вместить дополнительную панель. Версия с ламповой панелью могла быть подключена позже, но это требовалось, как и в случае с Schreibmax, чтобы снять панель лампы и лампочки.[12] Удаленная панель позволяла человеку читать расшифрованный открытый текст, не видя его оператору.

Uhr

Приставка Enigma Uhr

В 1944 г. Люфтваффе представил переключатель на коммутационной панели, названный Uhr (часы), небольшая коробка с переключателем на 40 позиций. Он заменил стандартные заглушки. После подсоединения вилок, как определено в ежедневном ключевом листе, оператор повернул переключатель в одно из 40 положений, каждое из которых произвело различную комбинацию разводки разъемов. Большинство этих штекерных соединений, в отличие от штекеров по умолчанию, не было парным.[12] В одном положении переключателя Uhr не менял местами буквы, а просто эмулировал 13 проводов штекера с заглушками.

Математический анализ

Преобразование Enigma для каждой буквы можно математически определить как произведение перестановки.[18] Предполагая, что трехроторная загадка немецкой армии / ВВС, пусть п обозначают преобразование коммутационной панели, U обозначает отражатель, а L, M, р обозначают соответственно левого, среднего и правого роторов. Тогда шифрование E можно выразить как

После каждого нажатия клавиши роторы вращаются, изменяя трансформацию. Например, если правый ротор р вращается п позиции, преобразование становится

куда ρ это циклическая перестановка отображение A в B, B в C и так далее. Точно так же средний и левый роторы можно представить как j и k ротации M и L. Тогда преобразование шифрования можно описать как

Комбинируя три ротора из набора из пяти, каждый из 3 настроек ротора с 26 позициями и коммутационную панель с десятью парами букв, военная Enigma имеет 158,962,555,217,826,360,000 различных настроек (почти 159 квинтиллион или около 67 биты ).[19]

Обратите внимание, что (5x4x3) x (26 ^ 3) x [26! / (6! X 10! X 2 ^ 10)] = 158,962,555,217,826,360,000 ≈ 267.1

Операция

Основная операция

Шифрование и дешифрование с помощью машины Enigma

Немецкому оператору Enigma будет предоставлено сообщение для шифрования в виде открытого текста. После настройки своего компьютера он набирал сообщение на клавиатуре Enigma. Для каждой нажатой буквы загорается одна лампа, указывающая на другую букву в соответствии с псевдослучайный замещение определяется электрическими путями внутри машины. Буква, обозначенная лампой, обычно записывается вторым оператором как шифротекст письмо. Действие нажатия клавиши также перемещало один или несколько роторов, так что при следующем нажатии клавиши использовался другой электрический путь, и, таким образом, другая замена происходила бы, даже если бы та же самая буква открытого текста была введена снова. При каждом нажатии клавиши происходило вращение как минимум правого ротора и реже двух других, что приводило к другому замещающий алфавит используется для каждой буквы в сообщении. Этот процесс продолжался до тех пор, пока сообщение не было завершено. Зашифрованный текст, записанный вторым оператором, затем передавался обычно по радио в азбука Морзе, оператору другой машины Enigma. Этот оператор набирал зашифрованный текст и - до тех пор, пока все настройки дешифрующей машины были идентичны настройкам шифровальной машины - при каждом нажатии клавиши происходила обратная подстановка и появлялось сообщение с открытым текстом.

Подробности

Немецкая Kenngruppenheft (подводная лодка кодовая книга с сгруппированными кодами клавиш).
Ежемесячный список ключей номер 649 для Enigma ВВС Германии, включая настройки для реконфигурируемого отражателя (которые меняются только раз в восемь дней).

При использовании Enigma требовался список ежедневных основных настроек и вспомогательных документов. В немецкой военной практике связь была разделена на отдельные сети, каждая из которых использовала разные настройки. Эти сети связи были названы ключи в Bletchley Park, и были назначены кодовые имена, Такие как красный, Зяблик, и Акула. Каждому устройству, работающему в сети, был предоставлен один и тот же список настроек для его Enigma, действительный в течение определенного периода времени. Процедуры для German Naval Enigma были более сложными и безопасными, чем в других службах, и использовались вспомогательные кодовые книги. Кодовые книги военно-морского флота были напечатаны красными водорастворимыми чернилами на розовой бумаге, чтобы их можно было легко уничтожить в случае опасности или в случае затопления судна.

Настройка машины Enigma (ее криптографический ключ в современных условиях; Schlüssel на немецком языке) описал каждый регулируемый оператором аспект машины:

  • Порядок колес (Walzenlage) - выбор роторов и порядок их установки.
  • Настройки звонка (Ringstellung) - положение каждого алфавитного кольца относительно проводки ротора.
  • Штекерные соединения (Steckerverbindungen) - пары букв в коммутационной панели, которые соединены вместе.
  • В очень поздних версиях проводка реконфигурируемого отражателя.
  • Исходное положение роторов (Grundstellung) - выбирается оператором, для каждого сообщения должен быть разным.

Чтобы сообщение было правильно зашифровано и расшифровано, отправитель и получатель должны были настроить свою Enigma одинаково; выбор и порядок ротора, положения колец, соединения коммутационной панели и положения пускового ротора должны быть идентичными. За исключением исходных позиций, эти настройки устанавливались заранее, распределялись по ключевым спискам и менялись ежедневно. Например, настройки для 18 числа месяца в списке ключей немецкой энигмы Люфтваффе номер 649 (см. Изображение) были следующими:

  • Порядок колес: IV, II, V
  • Настройки звонка: 15, 23, 26
  • Соединения на коммутационной панели: EJ OY IV AQ KW FX MT PS LU BD
  • Проводка реконфигурируемого отражателя: IU AS DV GL FT OX EZ CH MR KN BQ PW
  • Группы индикаторов: lsa zbw vcj rxn

Enigma была разработана для обеспечения безопасности, даже если проводка ротора была известна оппоненту, хотя на практике конфигурация проводки была защищена значительными усилиями. Если проводка является секретной, общее количество возможных конфигураций вычислено примерно как 3×10114 (примерно 380 бит); с известной проводкой и другими эксплуатационными ограничениями это сокращается примерно до 1023 (76 бит).[20] Из-за большого количества возможностей пользователи Enigma были уверены в ее безопасности; тогда противник не мог даже попытаться атака грубой силой.

Индикатор

Смотрите также: Криптоанализ § Индикатор

Большая часть ключа оставалась неизменной в течение установленного периода времени, обычно дня. Для каждого сообщения использовалось разное начальное положение ротора, концепция аналогична вектор инициализации в современной криптографии. Причина в том, что шифрование многих сообщений с идентичными или почти идентичными настройками (в криптоанализе это называется в глубина ), сделает возможной атаку с использованием статистической процедуры, такой как Фридмана Индекс совпадения.[21] Начальное положение роторов передавалось непосредственно перед зашифрованным текстом, обычно после того, как он был зашифрован. Точный используемый метод был назван индикаторная процедура. Недостаток дизайна и небрежность операторов в этих процедурах с индикаторами были двумя основными недостатками, которые сделали возможным взлом Enigma.

Рисунок 2. Когда внутренняя крышка была опущена, Enigma была готова к работе. Колесики роторов выступали через крышку, позволяя оператору установить роторы и их текущее положение. РДКП, был виден оператору через множество окон.

Один из самых ранних индикаторные процедуры поскольку Enigma была некорректна с криптографической точки зрения и позволила польским криптоаналитикам сделать первые взломы в плагине Enigma. В ходе процедуры оператор настраивал свою машину в соответствии с секретными настройками, которые поделились всеми операторами в сети. В настройки входило исходное положение роторов ( Grundstellung), сказать, AOH. Оператор поворачивал роторы до тех пор, пока AOH был виден через окна ротора. В этот момент оператор выбрал свою произвольную начальную позицию для отправляемого сообщения. Оператор может выбрать EIN, и это стало настройка сообщения для этого сеанса шифрования. Затем оператор набрал EIN в машину дважды, в результате чего зашифрованный индикатор, например XHTLOA. Затем это было передано, и в этот момент оператор переключал роторы на свои настройки сообщения, EIN в этом примере, а затем введите открытый текст сообщения.

На принимающей стороне оператор установил начальные настройки машины (AOH) и набрал первые шесть букв сообщения (XHTLOA). В этом примере EINEIN появились на лампах, чтобы оператор узнал настройка сообщения что отправитель использовал для шифрования этого сообщения. Принимающий оператор устанавливал роторы на EIN, введите остальной зашифрованный текст и получите расшифрованное сообщение.

У этой индикаторной схемы было два недостатка. Во-первых, использование глобальной начальной позиции (Grundstellung) означало, что все ключи сообщений использовали одну и ту же полиалфавитную замену. В более поздних процедурах с индикаторами оператор выбирал свою начальную позицию для шифрования индикатора и отправлял эту начальную позицию в открытом виде. Второй проблемой было повторение индикатора, что было серьезным недостатком безопасности. Настройка сообщения была закодирована дважды, в результате получилось соотношение между первым и четвертым, вторым и пятым, а также третьим и шестым символами. Эти недостатки безопасности позволили Польскому бюро шифров уже в 1932 году проникнуть в довоенную систему Enigma. Впоследствии немецкие криптоаналитики описали раннюю процедуру индикации как «метод неисправного индикатора».[22]

Во время Второй мировой войны кодовые книги использовались каждый день только для настройки роторов, настроек их колец и коммутационной панели. Для каждого сообщения оператор выбирал случайную начальную позицию, скажем, WZA, и случайный ключ сообщения, возможно SXT. Он переместил роторы на WZA начальная позиция и закодированный ключ сообщения SXT. Предположим, что результат был УХЛ. Затем он установил ключ сообщения, SXT, в качестве начальной позиции и зашифровал сообщение. Далее он передал стартовую позицию, WZA, закодированный ключ сообщения, УХЛ, а затем зашифрованный текст. Приемник установил начальную позицию в соответствии с первой триграммой, WZA, и расшифровал вторую триграмму, УХЛ, чтобы получить SXT настройка сообщения. Затем он использовал это SXT установка сообщения в качестве начальной позиции для расшифровки сообщения. Таким образом, все наземные настройки были разными, и новая процедура позволила избежать недостатка безопасности, связанного с настройками двойного кодирования сообщений.[23]

Эта процедура использовалась Вермахт и Люфтваффе Только. В Кригсмарине процедуры отправки сообщений с помощью Enigma были гораздо более сложными и продуманными. Перед шифрованием сообщение было закодировано с помощью Kurzsignalheft кодовая книга. В Kurzsignalheft содержали таблицы для преобразования предложений в группы из четырех букв. Было включено множество вариантов, например, логистические вопросы, такие как дозаправка и встреча с кораблями снабжения, позиции и списки сетки, названия гаваней, страны, оружие, погодные условия, позиции и корабли противника, таблицы даты и времени. Другая кодовая книга содержала Kenngruppen и Spruchschlüssel: идентификатор ключа и ключ сообщения.[24]

Дополнительные детали

Машина Army Enigma использовала только 26 букв алфавита. Пунктуация была заменена редкими комбинациями символов. Пробел был опущен или заменен знаком X. X обычно использовался как точка.

Некоторые знаки препинания были другими в других частях вооруженных сил. В Вермахт заменил запятую на ZZ и вопросительный знак на FRAGE или FRAQ.

В Кригсмарине заменил запятую на Y и вопросительный знак на UD. Комбинация CH, например "Ахт"(восемь) или"Richtung"(направление) было заменено на Q (AQT, RIQTUNG). Два, три и четыре нуля были заменены на CENTA, MILLE и MYRIA.

В Вермахт и Люфтваффе передаваемые сообщения группами по пять символов.

В Кригсмарине, использующий четырехроторную Enigma, имел четырехсимвольные группы. Часто используемые имена или слова были максимально разнообразны. Такие слова как Minensuchboot (тральщик) можно было записать как MINENSUCHBOOT, MINBOOT, MMMBOOT или MMM354. Чтобы усложнить криптоанализ, сообщения были ограничены 250 символами. Более длинные сообщения были разделены на несколько частей, в каждой из которых использовался другой ключ сообщения.[25][26]

Пример процесса кодирования

Подстановки символов машиной Enigma в целом могут быть выражены в виде строки букв, каждая позиция которой занята символом, который заменит символ в соответствующей позиции в алфавите. Например, данная конфигурация машины, которая закодировала от A до L, от B до U, от C до S, ... и от Z до J, может быть компактно представлена ​​как

LUSHQOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ

и кодирование конкретного символа этой конфигурацией может быть представлено путем выделения закодированного символа, как в

D> LUS (H) QOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ

Поскольку работа машины Enigma, кодирующей сообщение, представляет собой серию таких конфигураций, каждая из которых связана с одним кодируемым символом, последовательность таких представлений может использоваться для представления работы машины при кодировании сообщения. Например, процесс кодирования первого предложения основного текста знаменитого «сообщения Дёница»[27] к

RBBF PMHP HGCZ XTDY GAHG UFXG EWKB LKGJ

можно представить как

0001 F> KGWNT (R) BLQPAHYDVJIFXEZOCSMU CDTK 25 15 16 260002 O> UORYTQSLWXZHNM (B) VFCGEAPIJDK CDTL 25 15 16 010003 L> HLNRSKJAMGF (B) ICUQPDEYOZX 15 ICUQPDEYOZW 15 ICUQPDEYOZW03 (B) ICUQPDEYOZW03 > XDYB (Р) WOSMUZRIQGENLHVJTFACK CDUO 25 15 17 040006 N> DLIAJUOVCEXBN (М) GQPWZYFHRKTS CDUP 25 15 17 050007 D> ЛБС (Н) QOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ CDUQ 25 15 17 060008 E> JKGO (Р) TCIHABRNMDEYLZFXWVUQS CDUR 25 15 17 070009 S> GCBUZRASYXVMLPQNOF (H) WDKTJIE CDUS 25 15 17 080010 I> XPJUOWIY (G) CVRTQEBNLZMDKFAHS CDUT 25 15 17 090011 S> DISAUYOMBPNTHKGJRQ (C) LEZXWFV CDUU 25 15 17 100012 T> FJLVQAKXNBG 11 CDUUD WFWQAKXNBG 11 ) BDYRSVI CDUW 25 15 17 120014 O> ZQXUVGFNWRLKPH (T) MBJYODEICSA CDUX 25 15 17 130015 F> XJWFR (D) ZSQBLKTVPOIEHMYNCAUG CDUY 25 15 17 140016 O> FSKTJARXPECNULGB 15 17 140016 O> FSKTJARXPECNUL CDVA 25 15 18 160018 T> TLJRVQHGUCXBZYSWFDO (A) IEPKNM CDVB 25 15 18 170019 B> Y (H) LPGTEBKWICSVUDR QMFONJZAX CDVC 25 15 18 180020 E> KRUL (G) JEWNFADVIPOYBXZCMHSQT CDVD 25 15 18 190021 K> RCBPQMVZXY (U) OFSLDEANWKGTIJH CDVE 25 15 18 200022 A> (F) CBJQAWTVDYNXLV 25 CBJQAWTVDYNXVD 25 CBJQWWKGVDVDHQB 25 CBJQWWTVDYNXVD 25 (F) CBJQAWTVDYNXLV 25 CBJQA 15 18 220024 N> JSRHFENDUAZYQ (G) XTMCBPIWVOLK CDVH 25 15 18 230025 T> RCBUTXVZJINQPKWMLAY (E) DGOFSH CDVI 25 15 18 240026 Z> URFXNCMYLVPIGESKTBOQAJZDH 25V 18XNCMYLVPIGESKTBOQAJZDH 25VDH (WFXNCMYLVPIGESKTBOQAJZDH 25VDH (WFXNCMYLVPIGESKTBOQAJZDH 25V) G> ZGVRKO (B) XLNEIWJFUSDQYPCMHTA CDVL 25 15 18 010029 E> RMJV (L) YQZKCIEBONUGAWXPDSTFH CDVM 25 15 18 020030 B> G (K) QRFEANZPBMLHVJCDUXSOYTWI 1900I CDWN 25> GPBMLHVJCDUXSOYTWI CDWN 25 PDSBTIUQFNOVW (J) KAHZCEGLMYXR CDWP 25 15 19 05

где буквы, следующие за каждым отображением, - это буквы, которые появляются в окнах на этом этапе (единственные изменения состояния, видимые оператору), а числа показывают базовое физическое положение каждого ротора.

Отображения символов для данной конфигурации машины, в свою очередь, являются результатом серии таких отображений, применяемых при каждом проходе через компонент машины: кодирование символа, полученное в результате применения сопоставления данного компонента, служит входными данными. к отображению следующего компонента. Например, 4-й шаг в приведенной выше кодировке может быть расширен, чтобы показать каждый из этих этапов с использованием того же представления сопоставлений и выделения для закодированного символа:

 G> ABCDEF (G) HIJKLMNOPQRSTUVWXYZ Р EFMQAB (G) UINKXCJORDPZTHWVLYS AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW 1 OFRJVM (А) ZHQNBXPYKCULGSWETDI N 03 VIII, 2 (Н) UKCHVSMDGTZQFYEWPIALOXRJB U 17 В. 3 XJMIYVCARQOWH (L) NDSUFKGBEPZT D 15 В 4 QUNGALXEPKZ (У) RDSOFTVCMBIHWJ С 25 β R RDOBJNTKVEHMLFCWZAXGYIPS (U), Q с 4 EVTNHQDXWZJFUCPIAMOR (B) SYGLK β 3 Н (В) GPWSUMDBTNCOKXJIQZRFLAEY V 2 TZDIPNJESYCUHAVRMXGKB (F) QWOL В.И. 1 GLQYW (В) TIZDPSFKANJCUXREVMOH VIII PE (F) MQABGUINKXCJORDPZTHWVLYS AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW F 
Здесь кодирование начинается тривиально с первого «сопоставления», представляющего клавиатуру (которое не имеет никакого эффекта), за которым следует панель расширения, настроенная как AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW, которая не имеет эффект на 'G', за которым следует ротор VIII в позиции 03, который отображает G в A, затем ротор VI в позиции 17, который отображает A в N, ... и, наконец, снова коммутационная панель, которая отображает B до F, создавая общее отображение, указанное на последнем шаге: от G до F.
Модели












Семейство Enigma включало в себя несколько дизайнов. Самыми ранними были коммерческие модели начала 1920-х годов. Начиная с середины 1920-х годов, немецкие военные начали использовать Enigma, внося ряд изменений, связанных с безопасностью. Различные страны либо приняли, либо адаптировали дизайн для своих собственных шифровальных машин.
  
Выбор из семи машин Enigma и принадлежностей, выставленных в США. Национальный криптологический музей. Слева направо представлены модели: 1) Коммерческая Enigma; 2) Enigma T; 3) Enigma G; 4) Неопознанный; 5) Люфтваффе (ВВС) Enigma; 6) Heer (Армия) Enigma; 7) Кригсмарине (Морской) Enigma - M4.
Было построено около 100 000 машин Enigma. После окончания Второй мировой войны союзники продали трофейные машины Enigma, которые все еще считались безопасными, развивающимся странам.[28]
Коммерческая загадка
  
Патент Scherbius Enigma, Патент США 1,657,411 , пожалован в 1928 г.
23 февраля 1918 г.[неудачная проверка ] Артур Щербиус подал заявку на патент для шифровальной машины, которая использовала роторы.[29] Щербиус и Э. Ричард Риттер основал фирму Scherbius & Ritter. Они подошли к Немецкий флот и министерство иностранных дел с их дизайном, но ни одно агентство не заинтересовалось. Затем Scherbius & Ritter передал патентные права компании Gewerkschaft Securitas, которая основала Chiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft (Cipher Machines Stock Corporation) 9 июля 1923 г .; Щербиус и Риттер входили в совет директоров.
Загадка А (1923)
Chiffriermaschinen AG начала рекламировать роторную машину, Энигма модель А, который был выставлен на Конгрессе Международный почтовый союз в 1924 году. Машина была тяжелой и громоздкой, включала в себя печатная машинка. Он имел размеры 65 × 45 × 38 см и весил около 50 кг (110 фунтов).
Энигма Б (1924)
В 1924 году Enigma модель B был представлен и имел аналогичную конструкцию.[30] Обе модели носят имя Enigma. А и B были весьма непохожи на более поздние версии: они отличались физическим размером и формой, но также криптографически, в них отсутствовал отражатель.
Enigma C (1926)
Отражатель, предложенный коллегой Щербиуса Вилли Корн, был введен в Enigma C (1926).
Модель C был меньше и портативнее, чем его предшественники. Не хватало пишущей машинки, полагающейся на оператора; отсюда и неофициальное название «лампа накаливания Enigma», чтобы отличать ее от моделей. А и B.
Enigma D (1927)
В Enigma C быстро уступил место Enigma D (1927). Эта версия широко использовалась и отправлялась в Швецию, Нидерланды, Великобританию, Японию, Италию, Испанию, США и Польшу. В 1927 г. Хью Фосс в британском Правительственный кодекс и школа шифров смог показать, что коммерческие машины Enigma могут быть сломаны при наличии подходящих детских кроваток.[31]
"Navy Cipher D"
Другие страны использовали машины Enigma. В Итальянский флот принял коммерческую Enigma как "Navy Cipher D". Испанцы также использовали коммерческие машины Enigma во время своих гражданская война. Британским взломщикам кодов удалось взломать эти машины, у которых не было коммутационной панели.[32] Машины Enigma также использовались дипломатическими службами.
Enigma H (1929)
  
Редкий 8-роторный печатный станок Enigma model H (1929 г.).
Также существовала большая печатная модель с восемью роторами, Enigma H, называется Enigma II посредством Рейхсвер. В 1933 году Польское бюро шифров обнаружило, что оно использовалось для высокоуровневой военной связи, но вскоре было снято, так как оно было ненадежным и часто давало помехи.[33]
Энигма К
Швейцарцы использовали версию Enigma под названием Модель K или же Швейцарский K для военного и дипломатического использования, что было очень похоже на коммерческое Enigma D. Машинный код был взломан Польшей, Францией, Соединенным Королевством и США; последняя получила кодовое название INDIGO. An Энигма Т модель, кодовое название Тирпиц, использовалась Японией.
Typex
Как только британцы поняли принцип работы Enigma, они устранили проблему и создали свой собственный, Typex, которую немцы считали неразрешимой.[34]
Военная загадка
Funkschlüssel C
Reichsmarine была первой военной ветвью, принявшей на вооружение Enigma. Эта версия, названная Funkschlüssel C («Радиошифр С»), был запущен в производство к 1925 году и принят на вооружение в 1926 году.[35]
На клавиатуре и ламповой панели было 29 букв - A-Z, Ä, Ö и Ü - которые были расположены в алфавитном порядке, в отличие от порядка QWERTZUI.[36] Роторы имели 28 контактов, с буквой Икс подключен для обхода роторов в незашифрованном виде.[11] Были выбраны три ротора из пяти[37] и рефлектор можно было вставить в одно из четырех различных положений, обозначенных α, β, γ и δ.[38] В июле 1933 года машина была немного переработана.[39]
Enigma G (1928–1930)
К 15 июля 1928 г.[40] немецкая армия (Рейхсвер ) представили свою собственную эксклюзивную версию машины Enigma, Enigma G.
В Абвер использовал Enigma G (в Абвер Энигма). Этот вариант Enigma представлял собой четырехколесную машину без фиксаторов с множеством выемок на роторах. Эта модель была оснащена счетчиком, который увеличивался при каждом нажатии клавиши, и поэтому также известна как «счетчик» или Zählwerk Enigma.
Вермахт Enigma I (1930–1938)
Enigma machine G была модифицирована до Enigma I к июню 1930 г.[41] Enigma I также известна как Вермахт, или "Сервисы" Enigma, и широко использовалась немецкими военными службами и другими правительственными организациями (такими как железнодорожные пути[42]) до и во время Вторая Мировая Война.
  
Хайнц Гудериан в Битва за Францию, с машиной Enigma. Обратите внимание, что один солдат набирает текст, а другой записывает результаты,
Основное различие между Enigma I (Версия для немецкой армии с 1930 года), а коммерческие модели Enigma были добавлением коммутационной панели для обмена парами букв, что значительно увеличило криптографическую стойкость.
Другие отличия включают использование фиксированного отражателя и перемещение ступенчатых пазов с корпуса ротора на подвижные буквенные кольца. Машина имела размеры 28 см × 34 см × 15 см (11,0 дюйма × 13,4 дюйма × 5,9 дюйма) и весила около 12 кг (26 фунтов).[43]
В августе 1935 года ВВС представили вермахт Enigma для связи.[41]
М3 (1934 г.)
К 1930 году рейхсвер предложил военно-морскому флоту принять на вооружение их машину, сославшись на преимущества повышенной безопасности (с коммутационной панелью) и упрощения межсервисной связи.[44] Рейхсмарине в конце концов согласились, и в 1934 году[45] принят на вооружение военно-морскую версию армейской Enigma, получившей Funkschlüssel ' или же M3. В то время как армия использовала только три винта, ВМС указали на выбор три из пяти возможных.[46]
  
Enigma используется на русском фронте
Два дополнительных ротора (1938 г.)
В декабре 1938 года армия выпустила два дополнительных ротора, так что три ротора были выбраны из пяти.[41] В 1938 году военно-морской флот добавил еще два ротора, а затем еще один в 1939 году, что позволило выбрать один из трех роторов из восьми.[46]
М4 (1942 г.)
Смотрите также: Криптоанализ Enigma § M4 (4-роторная Enigma ВМФ Германии)
Четырехроторная Enigma была представлена ​​флотом для движения подводных лодок 1 февраля 1942 года под названием M4 (сеть была известна как Тритон, или же Акула к союзникам). Дополнительный ротор был установлен в том же пространстве путем разделения отражателя на комбинацию тонкого отражателя и тонкого четвертого ротора.
    		
  • 			
    			
    Enigma G, используемая Абвер, имел четыре ротора, без коммутационной панели и несколько выемок на роторах.
    			
    		
    • 		
  • 			
    			
    Немецкая машина Enigma-K, используемая швейцарской армией, имела три ротора и отражатель, но не имела коммутационной панели. Роторы были заменены на месте, а также была установлена ​​дополнительная ламповая панель.
    			
    		
    • 		
  • 			
    			
    Модель Enigma T (Tirpitz), модифицированная коммерческая Enigma K, изготовленная для использования японцами.
    			
    		
    • 		
  • 			
    			
    Машина Enigma в Имперском военном музее Великобритании
    			
    		
    • 		
  • 			
    			
    Enigma используется в России (изображение Бундесархива)
    			
    		
    • 		
  • 			
    			
    Enigma в радиоавтомобиле 7-й танковой дивизии. Посох, август 1941 г.
    			
    		
  
Трехроторная машина Enigma на выставке Компьютерный музей Америки и два дополнительных ротора.
Машины для выживания












  
Выжившая трехроторная Enigma на выставке Парк открытий Америки в Юнион-Сити, Теннесси, США
Попытки взломать Enigma не разглашались до 1970-х годов. С тех пор интерес к машине Enigma вырос. Загадки выставлены на всеобщее обозрение в музеях по всему миру, и некоторые из них находятся в руках частных коллекционеров и энтузиастов компьютерной истории.[47]
В Немецкий музей в Мюнхен имеет как трех-, так и четырехроторные немецкие военные варианты, а также несколько гражданских версий. Машины Enigma выставлены в Национальном центре кодов в г. Bletchley Park, то Штаб правительственной связи, то Научный музей в Лондон, Парк открытий Америки в Теннесси Музей Войска Польского в Варшаве Музей шведской армии (Armémuseum) в Стокгольм, Военный музей г. Ла-Корунья в Испании - Военный мемориальный музей Красного Креста Нурланда в Нарвик,[48] Норвегия, Музей артиллерии, инженеров и связи в Хямеэнлинна, Финляндия[49] то Технический университет Дании в Люнгбю, Дания, в Skanderborg Bunkerne в Сканнерборге, Дания, и в Австралийский военный мемориал и в фойе Австралийское управление сигналов, оба в Канберра, Австралия. Институт Юзефа Пилсудского в Лондоне выставляет редкую Польский Enigma double собран во Франции в 1940 году.[50][51]
  
Четырехроторный Кригсмарине (ВМС Германии, 1 февраля 1942-1945 гг.) Машина Enigma на выставке в Национальном криптологическом музее США.
В США машины Enigma можно увидеть на Музей истории компьютеров в Маунтин-Вью, Калифорния, а на Национальное Агенство Безопасности с Национальный криптологический музей в Форт Мид, Мэриленд, где посетители могут попробовать свои силы в шифровании и расшифровке сообщений. Две машины, которые были приобретены после захвата U-505 во время Второй мировой войны экспонируются рядом с подводной лодкой на Музей науки и промышленности в Чикаго, Иллинойс. Четырехроторное устройство демонстрируется в коридоре ANZUS Пентагон на втором этаже, Кольцо, между коридорами 9 и 10. Этот автомат взят из Австралии. Академия ВВС США в Колорадо-Спрингс выставила машину в отделе компьютерных наук. Также есть машина, расположенная по адресу Национальный музей Второй мировой войны в Новом Орлеане. Международный музей Второй мировой войны недалеко от Бостона выставлено семь машин Enigma, в том числе модель с четырьмя роторами U-Boat, один из трех сохранившихся примеров машины Enigma с принтером, один из менее чем десяти уцелевших машин с десятью роторами, пример взорван отступающее подразделение немецкой армии и две трехроторные загадки, которыми посетители могут управлять для кодирования и декодирования сообщений. Компьютерный музей Америки в Розуэлл, Джорджия имеет трехроторную модель с двумя дополнительными роторами. Машина полностью отреставрирована, и у CMoA есть оригинальные документы для покупки 7 марта 1936 года немецкой армией.
  
Четырехроторный Кригсмарине Машина Enigma на выставке Музей Второй мировой войны, Гданьск, Польша
В Канаде швейцарская армия выпускает Enigma-K, находится в Калгари, Альберта. Он находится в постоянной экспозиции Военно-морского музея Альберты в Военных музеях Калгари. Четырехроторная машина Enigma демонстрируется на выставке Музей военной связи и электроники в База канадских вооруженных сил (CFB) Кингстон в Кингстон, Онтарио.
Иногда машины Enigma продаются на аукционах; цены в последние годы колеблются от 40 000 долларов США.[52][53] до 547 500 долларов США[54] в 2017 году. Реплики доступны в различных формах, включая точную реконструированную копию модели Naval M4, Enigma, реализованную в электронике (Enigma-E), различные симуляторы и аналоги «ножницы и бумага».
Редкий Абвер Машина Enigma, получившая обозначение G312, была украдена из музея Блетчли-Парк 1 апреля 2000 года. В сентябре человек, представившийся «Мастером», отправил записку с требованием 25 000 фунтов стерлингов и угрозой уничтожить машину, если выкуп не будет уплачен. В начале октября 2000 года официальные лица Блетчли-парка объявили, что они заплатят выкуп, но заявленный срок истек, а шантажист не сообщил ни слова. Вскоре после этого машина была анонимно отправлена ​​журналисту BBC. Джереми Паксман, отсутствуют три ротора.
В ноябре 2000 года торговец антиквариатом по имени Деннис Йейтс был арестован после телефонного разговора. Санди Таймс оформить возврат недостающих деталей. После инцидента машина Enigma была возвращена в Блетчли-Парк. В октябре 2001 года Йейтс был приговорен к десяти месяцам тюремного заключения и отбыл трехмесячный срок.[55]
В октябре 2008 г. испанская ежедневная газета Эль-Паис сообщил, что 28 машин Enigma были случайно обнаружены на чердаке штаба армии в Мадриде. Эти четырехроторные коммерческие машины помогли националистам Франко выиграть гражданская война в Испании, потому что, хотя британский криптолог Альфред Дилвин Нокс в 1937 году взломал шифр, сгенерированный машинами Франко Энигма, республиканцы не узнали об этом, так как они не смогли взломать шифр. Националистическое правительство продолжало использовать свои 50 загадок до 1950-х годов. Некоторые машины выставлены в испанских военных музеях,[56][57] в том числе в Национальном музее науки и техники (MUNCYT) в Ла-Корунья. Два были переданы британскому GCHQ.[58]
В болгарский военные использовали машины Enigma с Кириллица клавиатура; один выставлен в Национальный военно-исторический музей в София.[59]
Производные












Enigma оказала влияние в области проектирования шифровальных машин, дав начало другим роторным машинам. Британский Typex изначально был получен из патентов Enigma; Typex даже включает в себя функции из описаний патентов, которые не были включены в реальную машину Enigma. Британцы не платили роялти за использование патентов в целях защиты секретности. Реализация Typex не такая, как в немецкой или других версиях Axis.
Японский клон Enigma получил кодовое название GREEN американскими криптографами. Малоиспользуемый, он содержал четыре вертикально установленных ротора. В США криптолог Уильям Фридман разработал М-325, машина логически похожа, хотя и не по конструкции.
Уникальная роторная машина была построена в 2002 году нидерландской компанией Татьяной ван Варк. В этом устройстве используются роторы с 40 точками, позволяющие использовать буквы, цифры и некоторые знаки препинания; каждый ротор состоит из 509 деталей.[60]
Машины, подобные СИГАБА, NEMA, Typex и т. д., намеренно не считаются производными от Enigma, поскольку их внутренние функции шифрования математически не идентичны преобразованию Enigma.
Существует несколько программных реализаций, но не все точно соответствуют поведению Enigma. Наиболее часто используемая производная программного обеспечения (которая не совместима с какой-либо аппаратной реализацией Enigma) находится на EnigmaCo.de. Многие Java-апплеты Enigmas принимают ввод только из одной буквы, что усложняет использование, даже если апплет совместим с Enigma. Технически Enigma @ home - это крупнейшее развертывание программного обеспечения Enigma, но программное обеспечение для декодирования не реализует шифрование, что делает его производным (поскольку все оригинальные машины могли шифровать и дешифровать).
Доступен удобный для пользователя трехроторный симулятор, в котором пользователи могут выбирать роторы, использовать панель расширения и определять новые настройки для роторов и отражателей.[61] Вывод отображается в отдельных окнах, которые можно независимо сделать «невидимыми», чтобы скрыть расшифровку.[62] Другой включает в себя функцию «автотипирования», которая берет открытый текст из буфера обмена и преобразует его в зашифрованный текст (или наоборот) на одной из четырех скоростей. Параметр «очень быстро» создает 26 символов менее чем за одну секунду.[63]
    		
  • 			
    			
    Японский клон Enigma, получивший кодовое название GREEN от американских криптографов.
    			
    		
    • 		
  • 			
    			
    Роторная машина Татьяны ван Варк, вдохновленная Enigma.
    			
    		
    • 		
  • 			
    			
    Электронная реализация машины Enigma, продаваемая в сувенирном магазине Bletchley Park
    			
    		
Симуляторы












ИмяПлатформаТипы машинUhrUKW-D
Web Encryptor - онлайн-шифровальщик[64]Приложение ReactEnigma I, M3 (армия / флот), M4 (армия / флот), железная дорога, Tirpitz, Zahlwerk (по умолчанию / G-260 / G-312), Swiss-K (военно-воздушные силы / коммерческий)Нетда
Симулятор загадки Франклина Хита[65]AndroidK Железная дорога, Кригсмарине M3, M4НетНет
EnigmAndroid[66]AndroidВермахт I, Кригсмарине M3, M4, Abwehr G31, G312, G260, D, K, Swiss-K, KD, R, TНетНет
Апплет Энди Карлсона Enigma (автономная версия)[67]ЯваКригсмарине М3, М4НетНет
Минарке (Минарке - не настоящая загадка Кригсмарине)[68]C / Posix / CLI (MacOS, Linux, UNIX и т. Д.)Вермахт, Кригсмарине, M3, M4НетНет
Рассел Швагер Энигма Симулятор[69]ЯваКригсмарине M3НетНет
PA3DBJ G-312 Энигма Симулятор[70]JavascriptG312 AbwehrНетНет
Дэниел Паллокс Universal Enigma[71]JavascriptI (Вермахт), M3 (Кригсмарин), M4 (Шарк), D (коммерческий), K (Швейцария), KD (Швеция), N (Норенигма), R (Железная дорога), S (Sondermaschine), T (Тирпиц / Япония) ), A-865 (Zählwerk), G-111 (Венгрия / Мюнхен), G-260 (Abwehr / Аргентина), G-312 (Abwehr / Bletchley Park)дада
Универсальный симулятор машин Enigma[72]JavascriptD, I, Норвегия, M3, M4, Zählwerk, G, G-111, G-260, G-312, K, Swiss-K, KD, Железная дорога, Tдада
Симулятор Терри Лонга Enigma[73]MacOSКригсмарине M3НетНет
Симулятор Энигмы Пола Реуверса для ОС RISC[74]ОС RISCКригсмарине M3, M4, G-312 AbwehrНетНет
Симулятор Энигмы Дирка Райменанца v7.0[75]WindowsВермахт, Кригсмарине M3, M4НетНет
Энигма Симуляторы Фроде Вейруд[76]WindowsАбвер, Кригсмарине M3, M4, Железная дорогаНетНет
Александр Пукалл Enigma Simulator[77]WindowsВермахт, ЛюфтваффеНетНет
CrypTool 2 - Компонент Enigma и криптоанализ[78]WindowsA / B / D (коммерческий), Abwehr, Reichsbahn, Swiss-K, Enigma M3, Enigma M4НетНет
В популярной культуре












Литература
  • Хью Уайтмор игра, Нарушение Кодекса (1986), фокусируется на жизни и смерти Алан Тьюринг, который был центральной силой в продолжении решения кода Enigma в Соединенном Королевстве во время Вторая Мировая Война. Тьюринга сыграл Дерек Якоби, который также сыграл Тьюринга в телеадаптации пьесы 1996 года.
  • Роберт Харрис ' Роман Enigma (1995) действие происходит на фоне Второй мировой войны. Bletchley Park и криптологи, работающие над чтением Naval Enigma в Хижина 8.
  • Нил Стивенсон роман Криптономикон (1999) заметно показывает машину Enigma и попытки ее сломать, а также изображает командование немецких подводных лодок под командованием Карл Дёниц используя его, очевидно, сознательно игнорируя его проникновение.
  • Enigma представлена ​​в Кодовая книга, обзор истории криптографии, написанный Саймон Сингх и опубликовано в 1999 году.
  • Машина Enigma используется как ключевой элемент сюжета в Век Дождь к Аластер Рейнольдс, действие происходит на альтернативной Земле, где технологические исследования застопорились, а Enigma - это самый высокий уровень шифрования, доступный как для гражданских, так и для военных.
Фильмы
  • Тайная загадка (1979; перевод: Тайна загадки), это польский фильм, посвященный польским аспектам предмета.[79]
  • Сюжет фильма U-571 (выпущен в 2000 году) вращается вокруг попытки американских, а не британских сил захватить машину Enigma у немецкой подводной лодки.
  • Комедия о войне 2001 года Все люди королевы показал вымышленный британский заговор с целью захвата машины Engima путем проникновения на фабрику Enigma мужчин, замаскированных под женщин.
  • Книга Харриса, с существенными изменениями в сюжете, была адаптирована как фильм Enigma (2001), режиссер Майкл Аптед и в главной роли Кейт Уинслет и Дугрей Скотт. Фильм раскритиковали за исторические неточности, в том числе пренебрежение ролью Польша с Biuro Szyfrów. Фильм, как и книга, делает поляка злодеем, стремящимся выдать секрет расшифровки Enigma.[80]
  • Фильм Имитационная игра (2014) рассказывает историю Алан Тьюринг и его попытки взломать машинный код Enigma во время Второй мировой войны.[47]
Телевидение
  • В британском телесериале Круг Блетчли, то Typex использовался главными героями во время войны, а во 2 сезоне 4 серии они посещают Bletchley Park искать одного, чтобы взломать код черный рынок закупщик и контрабандистка Марта, которая использовала Typex для кодирования своей бухгалтерской книги. Круг, вынужденный согласиться на использование Энигмы, вместо этого успешно взламывает код.
  • В Элементарный сезон 5, серия 23 («Scrambled») банда контрабандистов наркотиков использует машину Enigma с четырьмя роторами как часть своих усилий по шифрованию своих сообщений.
  • В Кости сезон 8, серия 12 («Труп в балдахине»), Доктор Джек Ходжинс использует машину Enigma для отправки информации Сили Бут в ФБР, чтобы предотвратить Кристофер Пелант, мастер-хакер, от слежки за их сообщениями.
Смотрите также












Рекомендации












  1. ^ Киган, Джон, сэр (2003). Разведка в войне. Нью-Йорк: Альфред А. Кнопф.
  2. ^ Сингх, Саймон (26 января 2011 г.). Книга кодов: наука секретности от Древнего Египта до квантовой криптографии. Knopf Doubleday Publishing Group. ISBN  978-0-307-78784-2.
  3. ^ "История загадки". Крипто-музей. Получено 1 декабря 2017.
  4. ^ Лорд, Боб (1998–2010). "Руководство Enigma". Получено 31 мая 2011.CS1 maint: ref = harv (связь)
  5. ^ Козачук 1984, п. 63.
  6. ^ Ральф Эрскин: Поляки раскрывают свои секреты - отчет Аластера Деннистонса о встрече в июле 1939 года в Пири. Cryptologia. Технологический институт Роуза-Халмана. Тейлор и Фрэнсис, Филадельфия, Пенсильвания, 30.2006, 4, стр. 294.
  7. ^ Стивенсон, Уильям (Ноябрь 2011 г.), Spymistress: Правдивая история величайшего тайного агента-женщины Второй мировой войны, Издательство Аркады, ISBN  978-1611452310
  8. ^ Велчман 1982, п. 289.
  9. ^ Большая часть немецкого шифровального трафика была зашифрована на машине Enigma, и термин «Ultra» часто использовался почти как синоним «Enigma расшифровывает ". Ультра также охватывала расшифровку немецкого Станки Lorenz SZ 40 и 42 которые использовались немецким верховным командованием, и расшифровки Шифры Хагелина и других итальянских шифров и кодов, а также японских шифров и кодов, таких как Фиолетовый и JN-25.
  10. ^ Кан 1991.
  11. ^ а б Stripp 1993.
  12. ^ а б c Райменанц, Дирк; Технические детали машины Enigma Шифровальные машины и криптология
  13. ^ а б c Хамер, Дэвид (январь 1997 г.). «Загадка: действия, связанные с« двойным шагом »среднего ротора». Криптология. 21 (1): 47–50. Дои:10.1080/0161-119791885779. Архивировано из оригинал (zip) 19 июля 2011 г.
  14. ^ Продажа, Тони. «Технические характеристики роторов Enigma». Технические характеристики Enigma. Получено 15 ноября 2009.
  15. ^ "Lückenfüllerwalze". Cryptomuseum.com. Получено 17 июля 2012.
  16. ^ Филип Маркс, «Умкервальце Д: Повторяемый отражатель Enigma - Часть I», Cryptologia 25 (2), апрель 2001 г., стр. 101–141
  17. ^ Reuvers, Пол (2008). «Аксессуары Enigma». Получено 22 июля 2010.
  18. ^ Реевский 1980.
  19. ^ 158,962,555,217,826,360,000 - Numberphile на YouTube
  20. ^ Миллер, А. Рэй (2001). «Криптографическая математика Enigma» (PDF). Национальное Агенство Безопасности. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)CS1 maint: ref = harv (связь)
  21. ^ Фридман, В.Ф. (1922). Индекс совпадений и его приложения в криптологии. Отдел шифров. Publ 22. Женева, Иллинойс, США: Riverbank Laboratories. OCLC  55786052.
  22. ^ Хуттенхайн и Фрике 1945, С. 4,5.
  23. ^ Райменанц, Дирк; Процедуры сообщений Enigma Шифровальные машины и криптология
  24. ^ Райменанц, Дирк; Курцсигнален на немецких подводных лодках Шифровальные машины и криптология
  25. ^ "Перевел 1940 г. Общая процедура Enigma". codeandciphers.org.uk. Получено 16 октября 2006.
  26. ^ "Перевел 1940 г. Офицер Enigma и процедура персонала". codeandciphers.org.uk. Получено 16 октября 2006.
  27. ^ "Послание Дёница - 1 мая 1945 г.". Получено 27 ноября 2018.
  28. ^ Бауэр 2000, п. 112.
  29. ^ США 1657411, Scherbius, Arthur, "Ciphering Machine", выпущенный 24 января 1928 года, переданный Chiffriermaschinen AG 
  30. ^ "изображение Энигмы Типа B". Архивировано из оригинал 21 октября 2005 г.
  31. ^ Дисплей трастового музея Блетчли-Парк
  32. ^ Смит 2006, п. 23.
  33. ^ Козачук 1984, п. 28.
  34. ^ Ошибка в коде Enigma - Numberphile на YouTube
  35. ^ Кан 1991 С. 39–41, 299.
  36. ^ Ульбрихт 2005, п. 4.
  37. ^ Кан 1991 С. 40, 299.
  38. ^ Бауэр 2000, п. 108.
  39. ^ Stripp 1993, пластина 3.
  40. ^ Кан 1991 С. 41, 299.
  41. ^ а б c Kruh & Deavours 2002, п. 97.
  42. ^ Смит 2000, п. 73.
  43. ^ Стрипп, 1993
  44. ^ Кан 1991, п. 43.
  45. ^ Кан 1991, п. 43 - август 1934 года. Kruh & Deavours 2002, п. 15 октября 2004 г.
  46. ^ а б Kruh & Deavours 2002, п. 98.
  47. ^ а б Нг, Дэвид. «Машина Enigma времен Второй мировой войны вряд ли найдет дом в Беверли-Хиллз». Лос-Анджелес Таймс. 22 января 2015.
  48. ^ «Военный музей».
  49. ^ «Национальный музей сигналов».
  50. ^ «Выставка Enigma в Лондоне - дань уважения полякам». Польское Радио для Заграницы. Архивировано из оригинал 23 апреля 2016 г.. Получено 5 апреля 2016.
  51. ^ «13 марта 2016,« Эстафета загадки »- как поляки передали эстафету британцам в борьбе за победу во Второй мировой войне». pilsudski.org.uk. Архивировано из оригинал 22 апреля 2016 г.. Получено 5 апреля 2016.
  52. ^ Хамер, Дэвид; Машины Enigma - известные места * В архиве 4 ноября 2011 г. Wayback Machine
  53. ^ Хамер, Дэвид; Продажные цены Enigma и NEMA - все цены конвертированы в доллары США. В архиве 27 сентября 2011 г. Wayback Machine
  54. ^ Кристи; 4 роторный аукцион загадки
  55. ^ «Человек заключен в тюрьму из-за машины Enigma». Новости BBC. 19 октября 2001 г.. Получено 2 мая 2010.
  56. ^ Грэм Кили. Нацистские машины Enigma помогли генералу Франко в гражданской войне в Испании, Времена, 24 октября 2008 г., стр. 47.
  57. ^ "Taller de Criptografía - Enigmas españolas". Cripto.es. Архивировано из оригинал 11 июня 2013 г.. Получено 8 сентября 2013.
  58. ^ "Шнайер о безопасности: редкая испанская загадочная машина". Schneier.com. 26 марта 2012 г.. Получено 8 сентября 2013.
  59. ^ «Коммуникационное оборудование». znam.bg. 29 ноября 2003 г. Архивировано с оригинал 13 января 2015 г.. Получено 13 января 2015.
  60. ^ ван Варк, Татьяна Кодирующая машина
  61. ^ "3 ротора загрузки".
  62. ^ "Загадка в Мультимании". Архивировано из оригинал 2 апреля 2013 г.. Получено 2 апреля 2013.
  63. ^ "Автозаполнение загрузки".
  64. ^ Габриэль Инасио. "Web Encryptor - Интернет-шифровальщик". google.com.
  65. ^ Франклин Хит Лтд. "Enigma Simulator - Android-приложения в Google Play". google.com.
  66. ^ "F-Droid". f-droid.org.
  67. ^ Энди Карлсон, Апплет Enigma (автономная версия)
  68. ^ Джон Гилберт, Minarke - удобный эмулятор Enigma для терминалов
  69. ^ Рассел Швагер, Enigma Simulator Russell Schwager Enigma Simulator
  70. ^ PA3DBJ G-312, Энигма Симулятор
  71. ^ Дэниел Паллокс, Универсальная загадка
  72. ^ Summerside Makerspace,Универсальный симулятор машин Enigma
  73. ^ Терри Лонг, Энигма Симулятор
  74. ^ Пол Реуверс, Симулятор Enigma для ОС RISC
  75. ^ Дирк Райменанц, Энигма Симулятор v7.0
  76. ^ Фроде Вейруд Симуляторы Enigma
  77. ^ Александр Пукал
  78. ^ Команда CrypTool 2, Сайт CrypTool 2
  79. ^ Энигма машина на IMDb
  80. ^ Лоуренс Питер (20 июля 2009 г.). «Как поляки раскрыли секрет нацистской загадки». Новости BBC.
Библиография
дальнейшее чтение












внешняя ссылка