Njemačka Enigma. Kako je radio stroj Enigma?

Na temelju materijala disertacije "Strojevi za šifriranje i uređaji za dešifriranje tijekom Drugog svjetskog rata", obranjene na Sveučilištu u Chemnitzu (Njemačka) 2004. godine.

Uvod. Za širu javnost riječ "Enigma" (na grčkom - zagonetka) sinonim je za pojmove "stroj za šifriranje" i "razbijanje šifri", o čemu brinu filmovi o podmornicama i slični romani koji nemaju mnogo veze s stvarnost. Malo je poznato da su postojali i drugi strojevi za šifriranje, za čije su "razbijanje" stvoreni posebni strojevi za dešifriranje, ao posljedicama koje je to imalo u Drugom svjetskom ratu malo je poznato široj javnosti.

I nije ni čudo: premalo je informacija o tome u popularnim publikacijama. A tamo dostupne informacije obično su ili nedostatne ili nepouzdane. Žalosno je to tim više, jer je razbijanje kriptografskih kodova bilo od iznimno važnog povijesnog značaja za tijek rata, budući da su saveznici (u antihitlerovskoj koaliciji) zahvaljujući informacijama dobivenim na taj način imali značajne prednosti, uspjele nadoknaditi neke propuste prve polovice rata i uspjele optimalno iskoristiti svoje resurse u drugoj polovici rata. Prema angloameričkim povjesničarima, da nije bilo razbijanja njemačkih kriptografskih kodova, rat bi trajao dvije godine duže, bile bi potrebne dodatne žrtve, a moguće je i da bi na Njemačku bila bačena atomska bomba.

Ali nećemo se baviti ovim pitanjem, već ćemo se ograničiti na znanstvene, tehničke i organizacijske okolnosti koje su doprinijele otkrivanju njemačkih kodova za šifriranje. I što je posebno važno, kako i zašto je bilo moguće razviti strojne metode “hakiranja” i uspješno ih koristiti.
Razbijanje šifri Enigme i šifri drugih strojeva za šifriranje omogućilo je saveznicima pristup ne samo vojno-taktičkim informacijama, već i informacijama Ministarstva vanjskih poslova, policije, SS-a i željeznice. Tu spadaju i poruke zemalja Osovine, posebice japanske diplomacije i talijanske vojske. Saveznici su također dobivali informacije o unutarnjoj situaciji u Njemačkoj i njezinim saveznicima.

Tisuće timova tajne službe radilo je na dešifriranju kodova samo u Engleskoj. Ovaj posao osobno je nadzirao premijer Engleske Winston Churchill, koji je znao za važnost ovog posla iz iskustva Prvog svjetskog rata, kada je bio tajnik mornarice britanske vlade. Već u studenom 1914. naredio je dešifriranje svih presretnutih neprijateljskih telegrama. Također je naredio da se dešifriraju prethodno presretnuti telegrami kako bi se razumjelo razmišljanje njemačkog zapovjedništva. Ovo je dokaz njegove dalekovidnosti. Najpoznatiji rezultat te njegove aktivnosti je prisiljavanje SAD-a u Prvi svjetski rat.
Jednako dalekovidno bilo je stvaranje engleskih prislušnih stanica – tada je to bila potpuno nova ideja – posebno osluškivanje radioprometa neprijateljskih brodova.

Već tada i između dva svjetska rata Churchill je takve aktivnosti izjednačio s novom vrstom oružja. Konačno, postalo je jasno da je potrebno klasificirati vlastite radio komunikacije. I sve se to moralo tajiti od neprijatelja. Postoje velike sumnje da su čelnici Trećeg Reicha svega toga bili svjesni. U vodstvu Wehrmachta (OKW) postojao je odjel s malim brojem kriptologa i sa zadaćom "razvijanja metoda za otkrivanje neprijateljskih radio poruka", a radilo se o radioizvidnicima na prvoj liniji koji su bili zaduženi za osiguranje fronta. -linijski zapovjednici s taktičkim informacijama o svom sektoru fronte. U njemačkoj vojsci korištene strojeve za šifriranje nisu ocjenjivali kriptolozi (u smislu kvalitete šifriranja i mogućnosti hakiranja), već tehnički stručnjaci.

Saveznici su slijedili postupno usavršavanje njemačke tehnologije šifriranja i također poboljšali metode razbijanja šifrirnih kodova. Činjenice koje su svjedočile o svijesti saveznika, Nijemci su pripisivali izdaji i špijunaži. Osim toga, u Trećem Reichu često nije bilo jasne podređenosti, a službe za šifriranje različitih grana vojske ne samo da nisu međusobno komunicirale, već su skrivale svoje vještine od kriptografa drugih grana vojske, budući da je „konkurencija ” bio je red stvari. Nijemci nisu pokušavali razotkriti šifrirane kodove saveznika, jer su za to imali malo kriptologa, a oni koji su radili izolirano jedni od drugih. Iskustvo britanskih kriptologa pokazalo je da je zajednički rad velikog tima kriptologa omogućio rješavanje gotovo svih zadataka. Pred kraj rata počinje postupni prijelaz u području šifriranja sa strojnog rada na računalni rad.

Strojevi za šifriranje u vojnim poslovima prvi su put korišteni u Njemačkoj 1926. godine. To je potaknulo potencijalne protivnike Njemačke da se pridruže razvoju vlastitih metoda šifriranja i dešifriranja. Na primjer, Poljska se pozabavila ovim pitanjem i isprva je morala razviti teorijske temelje strojne kriptologije, budući da "ručne" metode nisu bile prikladne za to. Budući rat zahtijevao bi dešifriranje tisuća radio poruka dnevno. Poljski su stručnjaci 1930. godine prvi počeli raditi na strojnoj kriptološkoj analizi. Nakon izbijanja rata i okupacije Poljske i Francuske te radove nastavljaju britanski stručnjaci. Tu je posebno bio važan teorijski rad matematičara A. Turinga. Počevši od 1942., otkrivanje kodova za šifriranje postalo je izuzetno važno, jer je njemačko zapovjedništvo sve više koristilo radio komunikacije za prijenos svojih naredbi. Bilo je potrebno razviti potpuno nove načine kriptološke analize za strojeve za dešifriranje.

Povijesna referenca.
Julije Cezar prvi je koristio šifriranje teksta. U 9. stoljeću arapski učenjak Al-Kindi prvi je razmatrao problem dešifriranja teksta. Radovi talijanskih matematičara 15.-16. stoljeća bili su posvećeni razvoju metoda šifriranja. Prvu mehaničku napravu izumio je 1786. godine jedan švedski diplomat, a takvu je napravu 1795. godine imao na raspolaganju američki predsjednik Jefferson. Tek je 1922. ovaj uređaj poboljšao kriptolog američke vojske Mowborn. Korišten je za šifriranje taktičkih poruka sve do izbijanja Drugog svjetskog rata. Patente za poboljšanje upotrebljivosti (ali ne i sigurnosti šifriranja) izdaje Američki patentni ured od 1915. godine. Sve je to trebalo poslužiti za šifriranje poslovne korespondencije. Unatoč brojnim poboljšanjima u uređajima, bilo je jasno da su samo kratki tekstovi šifrirani.

Krajem Prvog svjetskog rata iu prvim godinama nakon njega, javlja se nekoliko izuma amatera kojima je to bio svojevrsni hobi. Navedimo dvojicu od njih: Hebern (Hebern) i Vernam (Vernam), obojica Amerikanci, niti jedan od njih, najvjerojatnije, uopće nije čuo za znanost kriptologiju. Posljednji od njih dvojice čak je implementirao neke operacije Booleove logike, za koje je u to vrijeme malo ljudi znalo, osim profesionalnih matematičara. Profesionalni kriptolozi zauzeli su se daljnjim poboljšanjem ovih strojeva za šifriranje, što je omogućilo povećanje njihove sigurnosti od hakiranja.

Od 1919. god Njemački dizajneri također su počeli patentirati svoj razvoj, jedan od prvih bio je budući izumitelj Enigme Arthur Scherbius (1878. - 1929.). Razvijene su četiri varijante slično dizajniranih strojeva, ali za njih nije bilo komercijalnog interesa, vjerojatno zato što su strojevi bili skupi i teški za održavanje. Ni mornarica ni ministarstvo vanjskih poslova nisu prihvatili prijedloge izumitelja, pa je pokušao ponuditi svoj stroj za šifriranje civilnim sektorima gospodarstva. Vojska i Ministarstvo vanjskih poslova nastavili su koristiti šifriranje knjiga.

Arthur Scherbius je otišao raditi za tvrtku koja je otkupila njegov patent za stroj za šifriranje. Ova je tvrtka nastavila poboljšavati Enigmu čak i nakon smrti njezina autora. U drugoj verziji (Enigma B), stroj je bio modificirani električni pisaći stroj, s jedne strane imao je uređaj za šifriranje u obliku 4 izmjenjiva rotora. Tvrtka je naširoko reklamirala stroj i reklamirala ga kao neslomljivog. Za nju su se zainteresirali časnici Reichswehra. Činjenica je da su 1923. godine objavljeni Churchillovi memoari u kojima je govorio o svojim kriptološkim uspjesima. To je izazvalo šok među vodstvom njemačke vojske. Njemački časnici otkrili su da su većinu njihove vojne i diplomatske komunikacije dešifrirali britanski i francuski stručnjaci! I da je taj uspjeh uvelike određen slabošću amaterske enkripcije koju su izmislili kriptografi amateri, budući da njemačka vojna kriptologija jednostavno nije postojala. Naravno, počeli su tražiti pouzdane načine šifriranja vojnih poruka. Stoga su razvili interes za Enigmu.

Enigma je imala nekoliko modifikacija: A, B, C itd. Modifikacija C može izvesti i enkripciju i dešifriranje poruka; nije zahtijevala složeno održavanje. Ali njegovi proizvodi još nisu bili otporni na hakiranje jer kreatore nisu savjetovali profesionalni kriptolozi. Koristila ga je njemačka mornarica od 1926. do 1934. godine. Sljedeća modifikacija Enigme D također je bila komercijalni uspjeh. Nakon toga, od 1940., korišten je u željezničkom prometu u okupiranim regijama istočne Europe.
Godine 1934 u njemačkoj mornarici počela se koristiti sljedeća modifikacija Enigme I.

Zanimljivo je da su poljski kriptolozi pokušali dešifrirati njemačke radio poruke klasificirane ovim strojem, a rezultati tog rada nekako su postali poznati njemačkoj obavještajnoj službi. U početku su Poljaci bili uspješni, ali je njemačka obavještajna služba koja ih je “motrila” o tome obavijestila svoje kriptologe, a oni su promijenili šifre. Kada se pokazalo da poljski kriptolozi ne mogu razbiti Enigma-1 šifrirane poruke, ovaj stroj su koristile i kopnene snage - Wehrmacht. Nakon nekih poboljšanja, upravo je taj stroj za šifriranje postao glavni u Drugom svjetskom ratu. Od 1942. njemačka podmornička flota usvojila je modifikaciju Enigma-4.

Postupno, do srpnja 1944., kontrola nad poslovima šifriranja prebačena je iz ruku Wehrmachta na krov SS-a, a glavnu ulogu ovdje je igralo natjecanje između ovih grana oružanih snaga. Od prvih dana Drugog svjetskog rata, vojske SAD-a, Švedske, Finske, Norveške, Italije i drugih zemalja zasićene su strojevima za šifriranje. U Njemačkoj se konstrukcije strojeva stalno poboljšavaju. Glavna poteškoća u tome bila je uzrokovana nemogućnošću da se otkrije je li neprijatelj u stanju dešifrirati tekstove šifrirane ovim strojem. Enigma raznih modifikacija uvedena je na razinama iznad divizije, nastavila se proizvoditi i nakon rata (model "Schlüsselkasten 43") u Chemnitzu: u listopadu 1945. Proizvedeno je 1000 komada, u siječnju 1946. - Već 10.000 komada!

Telegraf, povijesna podloga.
Pojava električne struje uvjetovala je nagli razvoj telegrafije, koji se, ne slučajno, odvijao u 19. stoljeću usporedno s industrijalizacijom. Pokretačka snaga bila je željeznica koja je za potrebe željezničkog prometa koristila telegraf za koji su razvijene sve vrste uređaja poput kazaljki. Godine 1836. pojavio se uređaj Steinhel, a 1840. razvio ga je Samuel Morse (Samuel MORSE). Daljnja poboljšanja svela su se na Siemensov i Halskeov tiskarski telegraf (Siemens & Halske, 1850.), koji je primljene električne impulse pretvarao u čitljiv tip. I izumljen 1855. Hughes, tiskarski kotač, nakon niza poboljšanja, služio je iu 20. stoljeću.

Sljedeći važan izum za ubrzavanje prijenosa informacija stvorio je 1867. Wheatstone: bušena vrpca s Morseovom abecedom koju je uređaj mehanički opipao. Daljnji razvoj telegrafije bio je sputan nedovoljnom iskorištenošću propusnosti žica. Prvi pokušaj je napravio Meyer (B.Meyer) 1871. godine, ali nije uspio jer su ga spriječile različite duljine i broj impulsa u Morseovim slovima. No 1874. francuski inženjer Emile Baudot uspio je riješiti ovaj problem. Ovo rješenje postalo je standard za sljedećih 100 godina. Bodo metoda imala je dvije važne značajke. Prvo, to je postao prvi korak prema korištenju binarnog računa. I drugo, bio je to prvi pouzdani višekanalni sustav prijenosa podataka.

Daljnji razvoj telegrafije počivao je na potrebi dostave brzojava uz pomoć poštara. Bio je potreban drugačiji organizacijski sustav koji bi uključivao: uređaj u svakoj kući, servisiranje od strane posebnog osoblja, primanje telegrama bez pomoći osoblja, stalno uključivanje u liniju, izdavanje tekstova stranicu po stranicu. Takav bi uređaj imao izgleda za uspjeh samo u Sjedinjenim Državama. U Europi je sve do 1929. poštanski monopol sprječavao pojavu bilo kakvih privatnih uređaja za prijenos poruka, oni su morali biti samo u poštanskom uredu.

Prvi korak u tom smjeru napravio je 1901. godine Australac Donald Murray. On je posebno modificirao Baudotov kod. Ova modifikacija bila je standard do 1931. Nije imao komercijalnog uspjeha, jer se nije usudio patentirati svoj izum u Sjedinjenim Državama. U SAD-u su se natjecala dva američka izumitelja: Howard Krum i E.E. Kleinschmidt. Nakon toga su se spojili u jednu tvrtku u Chicagu, koja je počela proizvoditi opremu 1024. godine, koja je imala komercijalni uspjeh. Nekoliko njihovih strojeva uvezla je njemačka tvrtka Lorenz, postavila ih u poštanske urede i dobila licencu za proizvodnju u Njemačkoj. Od 1929. poštanski monopol u Njemačkoj je ukinut, a privatne osobe imaju pristup telegrafskim kanalima. Uvođenje međunarodnih standarda za telegrafske kanale 1931. omogućilo je organiziranje telegrafskih komunikacija s cijelim svijetom. Iste uređaje od 1927. počeli su proizvoditi Siemens i Halske.

Prvi put je 27-godišnji Amerikanac Gilbert Vernam, zaposlenik ATT-a, uspio spojiti telegraf sa strojem za šifriranje. Godine 1918 prijavio je patent u kojem je empirijski koristio Booleovu algebru (o kojoj, usput rečeno, nije imao pojma i koju je tada proučavalo nekoliko matematičara diljem svijeta).
Veliki doprinos kriptologiji dao je američki časnik William Friedman, koji je američke šifrarne strojeve učinio praktički neraskidivim.

Kada su se u Njemačkoj pojavili telegrafski strojevi Siemens i Halske, za njih se zainteresirala njemačka mornarica. Ali njegovo je vodstvo još uvijek bilo pod dojmom da su Britanci tijekom Prvog svjetskog rata probili njemačke kodove i pročitali njihove poruke. Stoga su zahtijevali da se telegrafski aparat spoji sa strojem za šifriranje. To je tada bila potpuno nova ideja, jer se šifriranje u Njemačkoj radilo ručno i tek tada su se prenosili šifrirani tekstovi.

U SAD-u su ovaj zahtjev ispunili uređaji Vernam. U Njemačkoj su ovaj posao poduzeli Siemens i Halske. Podnijeli su svoj prvi otvoreni patent na ovu temu u srpnju 1930. Do 1932 stvoren je radni aparat, koji se isprva slobodno prodavao, ali od 1934. bio klasificiran. Od 1936. god ti su se uređaji počeli koristiti u zrakoplovstvu, a od 1941. god. - i kopnene trupe. Od 1942. god započeo strojno šifriranje radio poruka.

Nijemci su nastavili poboljšavati razne modele strojeva za šifriranje, ali su na prvo mjesto stavili poboljšanje mehaničkog dijela, amaterski govoreći o kriptologiji, proizvodne tvrtke nisu uključivale profesionalne kriptologe za konzultacije. Od velike važnosti za sve ove probleme bili su radovi američkog matematičara Claudea Shannona, koji je čitan još od 1942. godine. radio u Bell Labsu i tamo provodio tajna matematička istraživanja. Još prije rata bio je poznat po dokazivanju analogije između Booleove algebre i relejnih veza u telefoniji. Upravo je on otkrio "bit" kao informacijsku jedinicu. Nakon rata, 1948 Shannon je napisao svoje glavno djelo "Matematička teorija komunikacije". Nakon toga postaje profesor matematike na sveučilištu.

Shannon je prvi razmatrao matematički model kriptologije i razvio analizu šifriranih tekstova informacijsko-teorijskim metodama. Temeljno pitanje njegove teorije je: "Koliko informacija sadrži šifrirani tekst u usporedbi s čistim tekstom?" Godine 1949. objavio je The Theory of Communications of Secret Systems, u kojoj je odgovorio na to pitanje. Tamo provedena analiza bila je prva i jedina koja je kvantificirala pouzdanost metode šifriranja. Analiza nakon rata pokazala je da ni njemački ni japanski strojevi za šifriranje nisu bili neslomljivi. Osim toga, postoje i drugi izvori informacija (na primjer, obavještajni podaci) koji uvelike pojednostavljuju zadatak dešifriranja.

Položaj Engleske prisilio ju je na razmjenu dugih šifriranih tekstova sa Sjedinjenim Državama, a velika je duljina omogućila njihovo dešifriranje. U posebnom odjelu britanske tajne službe M 16 razvijena je metoda koja je povećavala stupanj tajnosti poruke - ROCKEX. Američku metodu šifriranja za Ministarstvo vanjskih poslova hakirali su njemački stručnjaci i dekriptirali odgovarajuće poruke. Saznavši za to, SAD su 1944. god. zamijenio nesavršeni sustav pouzdanijim. Otprilike u isto vrijeme, njemački Wehrmacht, mornarica i Ministarstvo vanjskih poslova također su promijenili tehnologiju šifriranja u novorazvijenu. Sovjetske metode šifriranja također su bile nedovoljno pouzdane, zbog čega su ih hakirale američke službe i identificirali mnoge sovjetske obavještajce koji su špijunirali američku atomsku bombu (Operacija Venona - razbijanje).

Provaljivanje u.
Sada pričajmo o HAKIRANJU njemačkih strojeva za šifriranje od strane Britanaca, odnosno strojnom pogađanju načina na koji su tekstovi šifrirani u njima. . Ovo djelo je dobilo engleski naziv ULTRA. Metode nestrojnog dešifriranja bile su prenaporne i neprihvatljive u ratnim uvjetima. Kako su bili raspoređeni engleski strojevi za dešifriranje, bez kojih saveznici ne bi mogli steći prednost nad njemačkim kriptografima? Koje informacije i tekstualni materijal su im trebali? I da li je tu bila greška Nijemaca i ako jeste zašto je do toga došlo?

Prvo, znanstvene i tehničke osnove.
Najprije je obavljen preliminarni znanstveni rad, jer je algoritme bilo potrebno prije svega kriptološki i matematički analizirati. To je bilo moguće jer je njemački Wehrmacht široko koristio šifre. Za takvu analizu nisu bili potrebni samo šifrirani tekstovi dobiveni prisluškivanjem, već i otvoreni tekstovi dobiveni špijunažom ili krađom. Osim toga, bili su potrebni različiti tekstovi, šifrirani na isti način. Istodobno je provedena lingvistička analiza jezika vojske i diplomata. S dugim tekstovima postalo je moguće matematički uspostaviti algoritam čak i za nepoznati stroj za šifriranje. Tada je bilo moguće rekonstruirati automobil.

Za ovaj posao Britanci su okupili približno 10.000 ljudi, uključujući matematičare, inženjere, lingviste, prevoditelje, vojne stručnjake i druge zaposlenike kako bi sortirali podatke, provjerili ih i arhivirali te održavali strojeve. Ova se udruga zvala BP (Bletchley Park - Bletchley Park), kontrolirao ju je osobno Churchill. Dobivene informacije pokazale su se moćnim oružjem u rukama saveznika.

Kako su Britanci preuzeli Enigmu Wehrmachta? Poljska je prva dešifrirala njemačke kodove. Nakon Prvog svjetskog rata bio je u stalnoj vojnoj opasnosti od oba susjeda - Njemačke i SSSR-a, koji su sanjali o povratu izgubljenih zemalja i predanih Poljskoj. Kako ne bi doživjeli iznenađenja, Poljaci su snimali radio poruke i dešifrirali ih. Jako ih je uznemirila činjenica da je nakon uvođenja u veljači 1926. god. u njemačkoj mornarici Enigma C, kao i nakon uvođenja u sastav kopnenih snaga u srpnju 1928. nisu mogli dešifrirati poruke šifrirane ovim strojem.

Tada je odjel BS4 poljskog Glavnog stožera sugerirao da Nijemci imaju strojnu enkripciju, pogotovo jer su im bile poznate rane komercijalne verzije Enigme. Poljski obavještajci potvrdili su da je u Wehrmachtu od 1. lipnja 1930. god. Koristi se Enigma 1. Poljski vojni stručnjaci nisu uspjeli dešifrirati njemačke poruke. Ni nakon što su preko svojih agenata dobili dokumente za Enigmu, nisu uspjeli. Zaključili su da nedostaje znanstvenih spoznaja. Zatim su zadužili tri matematičara, od kojih je jedan studirao u Göttingenu, da naprave sustav analize. Svo troje su prošli dodatnu obuku na Sveučilištu u Poznanu i tečno su govorili njemački. U Varšavi su uspjeli reproducirati uređaj Enigma i napraviti njegovu kopiju. Bilježimo izvanredna postignuća u tome jednog od njih, poljskog matematičara M. Reevskog (1905. - 1980.). Iako je Wehrmacht stalno poboljšavao enkripciju svojih poruka, poljski stručnjaci su to mogli učiniti sve do 1. siječnja 1939. godine. dešifrirati ih. Nakon toga su Poljaci počeli surađivati sa saveznicima, kojima prije toga nisu ništa javljali. Takva je suradnja, s obzirom na očitu vojnu opasnost, već bila svrsishodna. 25. srpnja 1939. godine dali su britanskim i francuskim predstavnicima sve podatke koje su znali. 16. kolovoza iste godine poljski "dar" stigao je u Englesku, a s njim su počeli raditi engleski stručnjaci iz novostvorenog centra za dešifriranje VR-a.

Britanski kriptolozi nakon Prvog svjetskog rata smanjeni su, ostali su samo pod krovom Foreign Officea. Tijekom rata u Španjolskoj Nijemci su koristili Enigmu D, a britanski kriptolozi koji su ostali u službi pod vodstvom uglednog filologa Alfreda Dillwyna (1885.-1943.) nastavili su raditi na dešifriranju njemačkih poruka. Ali čisto matematičke metode nisu bile dovoljne. U to vrijeme, krajem 1938. Alan Turing, matematičar iz Cambridgea, bio je među polaznicima tečajeva engleskog jezika za obuku kriptografa. Sudjelovao je u napadima na Enigmu 1. Stvorio je model analize poznat kao "Turingov stroj", koji je omogućio ustvrdu da algoritam za dešifriranje nužno postoji, samo ga je trebalo otvoriti!

Turing je bio uključen u BP kao vojni obveznik. Do 1. svibnja 1940. god. ozbiljno je napredovao: iskoristio je činjenicu da je svaki dan u 6 sati ujutro njemačka meteorološka služba odašiljala šifriranu vremensku prognozu. Jasno je da je ona nužno sadržavala riječ "vrijeme" (Wetter), te da su stroga pravila njemačke gramatike unaprijed odredila njezin točan položaj u rečenici. To mu je omogućilo da na kraju dođe do rješenja problema razbijanja Enigme, a za to je stvorio elektromehanički uređaj. Ideja mu je sinula početkom 1940. godine, au svibnju iste godine, uz pomoć grupe inženjera, stvoren je takav uređaj. Zadatak dešifriranja bio je olakšan činjenicom da je jezik njemačkih radijskih poruka bio jednostavan, izrazi i pojedine riječi često su se ponavljale. Njemački časnici nisu poznavali osnove kriptologije, smatrajući je beznačajnom.

Britanska vojska, a posebno Churchill osobno, zahtijevali su stalnu pozornost na dekodiranje poruka. Od ljeta 1940 Britanci su dešifrirali sve poruke šifrirane Enigmom. Unatoč tome, britanski su stručnjaci neprestano usavršavali tehniku dešifriranja. Do kraja rata britanski dekoderi imali su 211 uređaja za dešifriranje koji su radili 24 sata dnevno. Opsluživalo ih je 265 mehaničara, au dežurstvu je bilo uključeno 1675 žena. Rad kreatora ovih strojeva cijenjen je mnogo godina kasnije kada su pokušali ponovno stvoriti jedan od njih: zbog nedostatka potrebnog osoblja u to vrijeme, rad na ponovnom stvaranju poznatog stroja nastavljen je nekoliko godina i ostao nedovršen!

Upute za stvaranje uređaja za dešifriranje, koje je tada stvorio Dühring, bile su zabranjene do 1996. ... Među sredstvima dešifriranja bila je metoda "prisilnog" informiranja: na primjer, britanski zrakoplovi uništili su pristanište u luci Calle, znajući da da će o tome uslijediti poruka njemačkih službi s britancima unaprijed poznatim riječima! Osim toga, njemačke službe su ovu poruku poslale mnogo puta, svaki put je kodirajući različitim šiframa, ali riječ po riječ ...

Konačno, najvažnija fronta za Englesku bio je podmornički rat, gdje su Nijemci koristili novu modifikaciju Enigme M3. Engleska flota uspjela je ukloniti takav stroj s njemačke podmornice koju su zarobili. Dana 1. veljače 1942. Njemačka mornarica prešla je na korištenje modela M4. Ali neke njemačke poruke, šifrirane na stari način, pogrešno su sadržavale informacije o značajkama dizajna ovog novog stroja. To je Turingovom timu uvelike olakšalo zadatak. Već u prosincu 1942. Enigma M4 je hakirana. 13. prosinca 1942. britanski admiralitet dobio je točne podatke o lokaciji 12 njemačkih podmornica u Atlantiku ...

Prema Turingu, kako bi se ubrzalo dešifriranje, bilo je potrebno prijeći na korištenje elektronike, budući da elektromehanički relejni uređaji taj postupak nisu izvodili dovoljno brzo. Dana 7. studenoga 1942. Turing odlazi u SAD, gdje zajedno s timom iz Bell Laboratoriesa stvara aparat za strogo tajne pregovore između Churchilla i Roosevelta. Istodobno su pod njegovim vodstvom usavršavani američki strojevi za dešifriranje, tako da je Enigma M4 potpuno razbijena i davala je Britancima i Amerikancima sveobuhvatne obavještajne podatke do kraja rata. Tek u studenom 1944. njemačko je zapovjedništvo posumnjalo u pouzdanost svoje tehnologije šifriranja, ali to nije dovelo do nikakvih mjera ...

(Napomena prevoditelja: Budući da je od 1943. godine na čelu britanske kontraobavještajne službe bio sovjetski obavještajac Kim Philby, sve su informacije odmah slane u SSSR! Neke od ovih informacija prenijete su Sovjetskom Savezu i službeno preko Britanskog biroa u Moskvi i poluslužbeno preko Alexandera Rada, sovjetskog rezidenta u Švicarskoj.)

Chiffriermaschinen und Entzifferungsgeräte
im Zweiten Weltkrieg:
Technikgeschichte und informatikhistorische Aspekte
Von der Philosophischen Fakultät der Technischen Universität Chemnitz genehmigte
Disertacija
zur Erlangung des academischen Grades doctor philosophiae (Dr. phil.)
von Dipl.-Ing.Michael Pröse

Svi su se stručnjaci jednoglasno složili da je očitanje nemoguće.
Admiral Kurt Fricke, načelnik mornaričkog ratnog zapovjedništva

Enigma je rotirajući stroj za šifriranje koji je koristila nacistička Njemačka tijekom Drugog svjetskog rata. Zahvaljujući utjecaju koji je imao na tijek rata, hakiranje Enigme nedvojbeno je bilo vrhunac stoljetne povijesti kriptoanalize. U ovoj temi želio bih govoriti o metodi hakiranja koja se koristi u Bletchley Parku, kao i opisati uređaj samog stroja.

Rotacijski strojevi Rotacijski strojevi za šifriranje prvi put su korišteni početkom 20. stoljeća. Glavna komponenta takvih uređaja je disk (aka rotor) s 26 električnih kontakata na obje strane diska. Svaki kontakt odgovarao je slovu engleske abecede. Spajanjem kontakata lijeve i desne strane implementirana je jednostavna zamjenska šifra. Kako se disk okretao, kontakti su se pomicali, mijenjajući tako zamjenu za svako slovo. Jedan disk nudi 26 različitih zamjena. To znači da se kod šifriranja istog znaka rezultirajući niz počinje ponavljati nakon 26 koraka.
Za povećanje perioda slijeda može se koristiti nekoliko rotora spojenih u seriju. Kada jedan od diskova napravi potpuni krug, sljedeći se disk pomakne za jedno mjesto. Ovo povećava duljinu niza na 26n, gdje je n broj rotora povezanih u seriju.
Kao primjer, razmotrite sljedeću sliku pojednostavljenog rotacijskog stroja:

Zadani stroj sastoji se od tipkovnice (za unos znaka), tri diska, indikatora (za prikaz kriptoteksta) i implementira enkripciju 4 znaka: A, B, C, D. U početnoj poziciji prvi disk provodi zamjenu: A-C; B-A; C-B; DD. Permutacije drugog i trećeg diska su A-B; PRIJE KRISTA; C-A; D-D i A-A; PRIJE KRISTA; C-B; D-D redom.
Pritiskom na slovo B na tipkovnici dolazi do zatvaranja strujnog kruga, ovisno o trenutnom položaju rotora, te svijetli lampica na indikatoru. U gornjem primjeru, slovo B će biti šifrirano u C. Nakon toga, prvi rotor će se pomaknuti za jednu poziciju i postavke stroja će izgledati ovako:

Enigma Enigma je najpopularniji rotacijski stroj za šifriranje na svijetu. Koristile su ga njemačke trupe tijekom Drugog svjetskog rata i smatralo se gotovo nesalomivim.
Enigma enkripcijski postupak implementiran je kao u gornjem primjeru, osim nekih dodatnih detalja.
Prvo, broj rotora u različitim verzijama Enigme mogao bi biti različit. Najčešća je bila Enigma s tri rotora, no korištena je i varijanta s četiri diska.
Drugo, postupak dešifriranja gore opisanog demonstracijskog rotacijskog stroja razlikuje se od procesa šifriranja. Svaki put, za dekodiranje, morat ćete promijeniti lijevi i desni rotor na mjestima, što možda nije baš zgodno. Kako bi se riješio ovaj problem, Enigmi je dodan još jedan disk, koji je nazvan reflektor. U reflektoru su svi kontakti spojeni u parove, čime je ostvaren ponovljeni prolaz signala kroz rotore, ali različitim putem. Za razliku od ostalih rotora, reflektor je uvijek bio u fiksnom položaju i nije se rotirao.

Dodajmo reflektor koji implementira zamjenu (A-B; C-D) našem stroju za demo šifriranje. Kada pritisnete tipku B, signal prolazi kroz rotore i ulazi u reflektor preko kontakta C. Ovdje se signal "reflektira" i vraća natrag, prolazeći kroz rotore obrnutim redoslijedom i različitim putem. Kao rezultat, slovo B na izlazu se pretvara u D.
Imajte na umu da ako pritisnete tipku D, signal će slijediti isti krug, pretvarajući D u B. Stoga je prisutnost reflektora učinila procese šifriranja i dešifriranja identičnima.
Još jedno svojstvo Enigme povezano s reflektorom je nemogućnost šifriranja bilo kojeg slova u sebe. Ovo svojstvo odigralo je vrlo važnu ulogu u razbijanju Enigme.

Rezultirajući uređaj već je vrlo sličan pravoj Enigmi. Uz jednu malu napomenu. Stabilnost takvog stroja počiva na tajnosti unutarnjeg uključivanja rotora. Ako se otkrije uređaj rotora, hakiranje se svodi na odabir njihovih početnih položaja.
Budući da svaki rotor može biti u jednoj od 26 pozicija, za tri rotora dobivamo 26 3 =17476 opcija. U isto vrijeme, sami rotori također se mogu rasporediti bilo kojim redoslijedom, što povećava složenost za 3! jednom. Oni. ključni prostor takvog stroja bit će 6*17576=105456. To očito nije dovoljno za visoku razinu sigurnosti. Stoga je Enigma opremljena još jednim dodatnim alatom: plugboardom. Spajanjem slova u parovima na patch ploči, mogao bi se dodati još jedan dodatni korak enkripciji.

Na primjer, recimo da je na patch ploči slovo B povezano sa slovom A. Sada kada pritisnete A, prvo se događa zamjena A-B, a slovo B ulazi u ulaz prvog rotora.
Poruka se dešifrira na isti način. Kada pritisnete tipku D, rotori i reflektor izvode D-D-D-D-C-B-A-B pretvorbu. Priključna ploča zatim pretvara B u A.

Analiza trajnosti Enigme Prava Enigma samo se po jednom razlikovala od one koju je opisao pokazni stroj. Naime, u uređaju rotora. U našem primjeru, rotor mijenja svoj položaj tek kada prethodni disk završi potpuni krug. U pravoj Enigmi, svaki je disk imao poseban urez koji je na određenom položaju hvatao sljedeći rotor i pomicao ga za jednu poziciju.
Mjesto zareza za svaki od rotora moglo se podesiti pomoću posebnih vanjskih prstenova. Početni položaj prstenova nije utjecao na prebacivanje rotora i rezultat enkripcije pojedinog slova, tako da prstenovi nisu uzeti u obzir pri izračunu Enigminog ključnog prostora.
Dakle, osnovni model Enigme imao je 3 različita rotora, numerirana rimskim brojevima I, II, III i sa sljedećim zamjenama:
Unos = ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
I = EKMFLGDQVZNTOWYHXUSPAIBRCJ
II = AJDKSIRUXBLHWTMCQGZNPYFVOE
III = BDFHJLCPRTXVZNYEIWGAKMUSQO
U enkripciji, rotori se mogu poredati u bilo kojem nizu, što za tri rotora daje 6 različitih kombinacija.
Osim toga, svaki se rotor može postaviti na jednu od 26 mogućih startnih pozicija. Oni. početni položaj rotora ima samo
6*26 3 =105456 kombinacija.
Broj svih mogućih priključaka na patch panelu izračunava se po formuli n! /((n-2m)! m! 2 m), gdje je n broj slova abecede, m broj povezanih parova.
Za 26 slova engleske abecede i 10 parova, ovo je 150738274937250=2 47 različitih kombinacija.
Dakle, osnovna verzija Enigme s tri rotora imala je solidan prostor tipki čak i po modernim standardima:
150738274937250*105456=15,896,255,521,782,636,000≈2 64 .
Tako velik broj opcija potaknuo je varljiv osjećaj neranjivosti Enigma kriptoanaliza Veliki prostor za ključeve daje Enigminoj šifri prilično ozbiljnu razinu otpornosti na napade temeljene na poznatom šifriranom tekstu.
Potpuni popis od 2 64 opcije, čak ni na modernim računalima, nije lak zadatak.
Međutim, sve se mijenja ako primijenite napad s poznatim otvorenim tekstom. Za takav slučaj postoji vrlo domišljata metoda koja vam omogućuje da zanemarite postavke plugboarda u procesu traženja kombinacije tipki, što smanjuje prostor ključa Enigme na samo 105456 kombinacija i čini cijelu šifru smrtno ranjivom.

Metoda iskorištava prisutnost takozvanih "ciklusa" u tekstualnom paru otvoreno-zatvoreno. Kako bismo objasnili pojam "ciklusa", razmotrite sljedeću otvorenu poruku P i njezin odgovarajući kriptotekst C, šifriran Enigmom.

P=WETTERVORHERSAGEBISKAYA
C=RWIVTYRESXBFOGKUHQBAISE
Zapišimo svaki znak iz para u obliku tablice:

Obratite pozornost na zamjene koje provodi enigma na 14., 15. i 20. mjestu. U koraku 14, slovo A je šifrirano u G. Potonje se, pak, šifrira u K u koraku 15. Zatim se slovo K šifrira u A u koraku 20, stvarajući tako lanac A-G-K-A. Takvi petljasti lanci nazivaju se ciklusi. Prisutnost ciklusa omogućuje nam da podijelimo zadatak razbijanja Enigme na dvije jednostavne komponente: 1) pronalaženje početne pozicije rotora i 2) pronalaženje veza priključne ploče s poznatim postavkama rotora.

Znamo da Enigma enkripcija prolazi kroz nekoliko transformacija. Prvo, signal prolazi kroz patch panel. Rezultat pretvorbe na patch panelu ulazi u rotore. Nakon toga, signal udara u reflektor i vraća se kroz rotore do patch panela, gdje se vrši posljednja zamjena. Sve ove operacije mogu se prikazati matematičkom formulom:
E i = S -1 R -1 TRS, gdje je
S i S -1, - transformacija na patch ploči na ulazu i izlazu;
R i R -1 - transformacija u rotorima na ulazu i izlazu;
T - transformacija na reflektoru.
Izostavljajući plugboard, izražavamo unutarnju transformaciju Enigme u smislu P i:
P i \u003d R -1 TR
Sada se šifriranje može napisati kao:
E i \u003d S -1 P i S

Pomoću formule prepisat ćemo zamjene iz primjera na 14, 15 i 20 mjestu.
S -1 P 14 S(A) = G ili što je isto P 14 S(A) = S(G).
P 15 S(G) = S(K)
P 20 S(K) = S(A)
Zamjenom S(K) u posljednjem izrazu dobivamo:
P 20 P 15 P 14 S(A) = S(A) (1) gdje je S(A) slovo povezano s A na spojnoj ploči.
Sada se napad svodi na trivijalno nabrajanje svih mogućih postavki rotora. Za svaku kombinaciju rotora potrebno je provjeriti ispunjenost jednakosti (1). Ako jednakost vrijedi za slovo S, to znači da je pronađena ispravna konfiguracija rotora i da je slovo A povezano sa slovom S na patch panelu. Potraga za preostalim parovima svodi se na dešifriranje kriptoteksta pomoću pismo i uspoređivanje rezultata s poznatim otvorenim tekstom.
Treba napomenuti da se s vjerojatnošću od 1/26 jednakost može ispuniti čak i ako su rotori nepravilno instalirani, stoga je za povećanje pouzdanosti algoritma poželjno koristiti nekoliko "ciklusa".
Druga važna točka je vezana uz činjenicu da napadač može znati samo dio šifrirane poruke. I u ovom slučaju, prije svega, morat će pronaći mjesto poznatog teksta u primljenom kriptogramu. Poznavanje činjenice da Enigma nikada ne šifrira slovo u sebe puno pomaže u rješavanju ovog problema. Oni. da biste pronašli točan pomak, morate pronaći takav položaj u kriptotekstu na kojem nijedno slovo privatnog teksta nije duplicirano slovom otvorene poruke.

p.s. Vrlo sporu, ali prilično radnu implementaciju napada na Python možete vidjeti na

Gotovo u svako doba godine englesko selo izgleda isto: zelene livade, krave, kuće srednjovjekovnog izgleda i široko nebo - ponekad sivo, ponekad blistavo plavo. Upravo sam prelazio s načina rada 1 na rjeđi način rada 2 dok me prigradski vlak vozio do stanice Bletchley. Teško je zamisliti da su temelji računalne znanosti i kriptografije položeni usred tih slikovitih brežuljaka. No, nadolazeća šetnja najzanimljivijim muzejom odagnala je sve moguće nedoumice.

Tako pitoreskno mjesto, naravno, Britanci nisu odabrali slučajno: neugledne vojarne sa zelenim krovovima, smještene u zabačenom selu, bile su upravo ono što je trebalo za skrivanje strogo povjerljivog vojnog objekta u kojem se neprekidno radilo na razbijanju šifre zemalja Osovine. Bletchley Park možda nije impresivan izvana, ali posao koji je ovdje obavljen pomogao je okrenuti tok rata.

Kriptokolibe

U ratno vrijeme se u Bletchley Park ulazilo kroz glavna vrata, uz davanje propusnice stražarima, a sada se karta kupuje na ulazu. Tamo sam se još malo zadržao da pogledam susjednu suvenirnicu i privremenu izložbu posvećenu tehnici obavještajnih službi iz Prvog svjetskog rata (usput, također zanimljiva tema). Ali ono glavno tek je bilo pred nama.

Zapravo, Bletchley Park je dvadesetak dugačkih jednokatnica, koje se na engleskom nazivaju hut, a na ruski se obično prevode kao "kuća". Za sebe sam ih nazvao "kolibama", kombinirajući jedno s drugim. Osim njih, tu je i ljetnikovac (aka Mansion), u kojem je radilo zapovjedništvo i primali ugledne goste, kao i nekoliko pomoćnih objekata: nekadašnje konjušnice, garaža, stambene zgrade za osoblje.

Te iste kuće

Domaćinstvo u punom sjaju

Iznutra imanje izgleda bogatije od koliba

Svaka kuća ima svoj broj, a ti brojevi su od povijesne važnosti, sigurno ćete ih sresti u bilo kojoj priči o Bletchley Parku. U šestoj su, na primjer, primljene presretnute poruke, u osmoj su se bavili kriptoanalizom (tamo je radio Alan Turing), u jedanaestoj su bila računala - "bombe". Četvrta kuća kasnije je dodijeljena za rad na verziji Enigme, koja se koristila u mornarici, sedma - za japansku varijaciju na temu Enigme i druge šifre, u petoj su analizirani prijenosi presretnuti u Italiji, Španjolskoj i Portugalu, kao i njemačko policijsko šifriranje. Pa, i tako dalje.

Kuće možete posjetiti bilo kojim redoslijedom. Dekor u većini njih vrlo je sličan: stari namještaj, stare stvari, otrcane bilježnice, plakati i karte iz Drugog svjetskog rata. Sve to, naravno, nije ovdje ležalo osamdeset godina: kuće su prvo prelazile iz jedne državne organizacije u drugu, zatim su bile napuštene, a tek 2014. restauratori su ih pedantno obnovili, spasili od rušenja i pretvorili u muzej. .

Tome se, kako je to uobičajeno u Engleskoj, pristupilo ne samo pažljivo, već i fikcijom: u mnogim se sobama čuju glasovi glumaca i zvukovi iz skrivenih zvučnika koji odaju dojam da je posao u punom jeku. Uđete i čujete zvuk pisaćeg stroja, nečije korake i radio u daljini, a onda “prisluškujete” nečiji živ razgovor o nedavno presretnutoj šifri.

Ali prava zanimljivost su projekcije. Recimo, ovaj čovjek koji, takoreći, sjedi za stolom, pozdravio me je i kratko govorio o domaćim redovima.

U mnogim sobama vlada sumrak - kako bi se projekcije bolje vidjele

Najzanimljivije je, naravno, bilo pogledati radnu površinu Alana Turinga. Njegov ured nalazi se u osmoj kući i izgleda vrlo skromno.

Ovako je izgledao stol Alana Turinga

Pa, možete pogledati samu Turingovu kreaciju - stroj za dešifriranje Enigma - u kući broj 11 - na istom mjestu gdje je svojedobno bio sastavljen prvi model "bombe".

Kriptološka bomba

Ovo bi vam mogla biti novost, ali Alan Turing nije bio prvi koji je dešifrirao Enigmu grubom silom. Njegovom radu prethodila su istraživanja poljskog kriptografa Mariana Rejewskog. Usput, upravo je on nazvao stroj za dešifriranje "bombom".

Poljska "bomba" bila je mnogo jednostavnija. Obratite pozornost na rotore na vrhu

Zašto "bomba"? Postoji nekoliko različitih verzija. Na primjer, prema jednoj, navodno se tako zvala vrsta sladoleda koju su voljeli Reevsky i kolege, a koja se prodavala u kafiću nedaleko od biroa za šifriranje poljskog Glavnog stožera, a oni su to ime posudili. Puno jednostavnije objašnjenje je da se na poljskom riječ "bomba" može koristiti za uzvik poput "eureka!". Pa, vrlo jednostavna opcija: auto je kuckao kao bomba.

Neposredno prije zauzimanja Poljske od strane Njemačke, poljski inženjeri predali su Britancima sve razvoje vezane uz dekodiranje njemačkih šifri, uključujući crteže "bombe", kao i radnu kopiju "Enigme" - ne Njemački, ali poljski klon, kojeg su uspjeli razviti prije invazije. Ostatak Poljaka je bio uništen tako da Hitlerova obavještajna služba nije ništa posumnjala.

Problem je bio u tome što je poljska verzija "bombe" bila dizajnirana samo za stroj Enigma I s tri fiksna rotora. Još prije početka rata Nijemci su naručili poboljšane verzije Enigme, gdje su se rotori mijenjali svaki dan. Time je poljska verzija postala potpuno neupotrebljiva.

Ako ste gledali The Imitation Game, već ste dobro upoznati s Bletchley Parkom. Međutim, redatelj nije mogao odoljeti i napravio je nekoliko digresija sa stvarnih povijesnih događaja. Konkretno, Turing nije napravio prototip "bombe" vlastitom rukom i nikada je nije nazvao "Kristofor".

Popularni engleski glumac Cryptocode Podbirac kao Alan Turing

Na temelju poljskog stroja i teorijskog rada Alana Turinga, inženjeri britanske tvrtke Tabulating Machine Company stvorili su "bombe" koje su isporučivane Bletchley Parku i drugim tajnim objektima. Do kraja rata bilo je već 210 automobila, ali s prestankom neprijateljstava sve su "bombe" uništene po nalogu Winstona Churchilla.

Zašto su britanske vlasti trebale uništiti tako lijep podatkovni centar? Činjenica je da "bomba" nije univerzalno računalo - dizajnirano je isključivo za dekodiranje poruka šifriranih Enigmom. Nakon što to više nije bilo potrebno, strojevi su također postali nepotrebni, a njihove komponente su se mogle prodati.

Drugi razlog je možda bio predosjećaj da Sovjetski Savez neće biti najbolji britanski prijatelj u budućnosti. Što ako je SSSR (ili bilo gdje drugdje) počeo koristiti tehnologiju sličnu Enigmi? Tada je bolje ne demonstrirati nikome sposobnost brzog i automatskog otvaranja njegovih šifri.

Samo su dvije "bombe" preživjele iz ratnog vremena - prebačene su u GCHQ, Komunikacijski centar britanske vlade (uzmite u obzir moderni analog Bletchley Parka). Kažu da su rastavljeni šezdesetih godina. Ali GCHQ je ljubazno pristao dati muzeju u Bletchleyu stare crteže "bombi" - nažalost, ne u najboljem stanju i ne u potpunosti. Ipak, entuzijasti su ih uspjeli obnoviti, a zatim napraviti nekoliko rekonstrukcija. Sada se nalaze u muzeju.

Zanimljivo je da je tijekom rata izrada prve "bombe" trajala oko dvanaest mjeseci, ali su reenaktori iz BCS Computer Conservation Society, počevši od 1994. godine, radili oko dvanaest godina. Što, naravno, ne čudi, s obzirom na to da osim ušteđevine i garaža nisu raspolagali nikakvim resursima.

Kako je radila Enigma?

Dakle, "bombe" su korištene za dešifriranje poruka koje su se dobivale na izlazu nakon šifriranja Enigme. Ali kako ona to točno čini? Naravno, nećemo detaljno analizirati njegov elektromehanički krug, ali je zanimljivo naučiti opći princip rada. Barem je meni bilo zanimljivo slušati i zapisivati ovu priču iz riječi jednog muzejskog djelatnika.

Za dizajn "bombe" uvelike je zaslužan dizajn same "Enigme". Zapravo, možemo pretpostaviti da je "bomba" nekoliko desetaka "Enigmi" sastavljenih na takav način da sortiraju moguće postavke stroja za šifriranje.

Najjednostavnija "Enigma" je tri rotora. Bio je široko korišten u Wehrmachtu, a njegov dizajn sugerirao je da ga može koristiti običan vojnik, a ne matematičar ili inženjer. Radi vrlo jednostavno: ako operater pritisne, recimo, P, svjetlo će se upaliti ispod jednog od slova na ploči, na primjer, ispod slova Q. Ostaje samo pretvoriti u Morseov kod i poslati.

Važna točka: ako ponovno pritisnete P, vrlo su male šanse da ponovno dobijete Q. Jer svaki put kada pritisnete gumb, rotor se pomiče za jedan položaj i mijenja konfiguraciju električnog kruga. Takva šifra naziva se polialfabetska.

Pogledajte tri rotora na vrhu. Ako, na primjer, unesete Q na tipkovnici, tada će Q prvo biti zamijenjeno sa Y, zatim sa S, sa N, zatim reflektirano (ispast će K), ponovno promijenjeno tri puta i izlaz će biti U. Dakle , Q će biti kodiran kao U. Ali što ako upišete U? Nabavite Q! Dakle, šifra je simetrična. To je bilo vrlo zgodno za vojne primjene: ako su dva mjesta imala Enigme s istim postavkama, poruke su se mogle slobodno prenositi između njih.

Ova shema, međutim, ima veliku manu: kada unesete slovo Q, zbog refleksije na kraju, ni pod kojim okolnostima ne biste mogli dobiti Q. Njemački inženjeri su znali za ovu značajku, ali joj nisu pridavali veliku važnost, već Britanci su našli priliku da to iskoriste . Kako su Britanci znali za unutrašnjost Enigme? Činjenica je da se temeljio na potpuno netajnom razvoju. Prvi patent za njega prijavljen je 1919. i opisivao je stroj za banke i financijske institucije koji je dopuštao razmjenu šifriranih poruka. Prodavao se na otvorenom tržištu, a britanska obavještajna služba uspjela je nabaviti nekoliko primjeraka. Po vlastitom primjeru, inače, napravljen je i britanski Typex šifrant kod kojeg je ispravljena gore opisana mana.

Prvi Typex model. Čak pet rotora!

Standardna Enigma imala je tri rotora, no mogli ste birati između ukupno pet opcija i svaki od njih instalirati u bilo koji utor. To je upravo ono što se odražava u drugom stupcu - brojevi rotora u redoslijedu kojim bi trebali biti stavljeni u automobil. Tako je već u ovoj fazi bilo moguće dobiti šezdeset opcija za postavke. Pored svakog rotora nalazi se prsten sa slovima abecede (u nekim verzijama stroja - odgovarajući brojevi). Postavke za ove prstenove nalaze se u trećem stupcu. Najširi stupac već je izum njemačkih kriptografa, što nije bilo u originalnoj Enigmi. Ovdje su postavke koje se postavljaju pomoću plug-in ploče uparivanjem slova. To zbunjuje cijelu shemu i pretvara je u tešku zagonetku. Ako pogledate donji redak naše tablice (prvi dan u mjesecu), tada će postavke biti sljedeće: rotori III, I i IV postavljeni su u stroj s lijeva na desno, postavljeni su prstenovi pored njih na 18, 24 i 15, a zatim se slova N na ploči spajaju utikačima i P, J i V i tako dalje. Kad se svi ti čimbenici uzmu u obzir, postoji oko 107.458.687.327.300.000.000.000 mogućih kombinacija – prošlo je više od sekundi od Velikog praska. Ne čudi što su Nijemci ovaj automobil smatrali izuzetno pouzdanim.

Postojale su mnoge varijante Enigme, a posebno se na podmornicama koristila verzija s četiri rotora.

Enigma hack

Razbijanje šifre, kao i obično, omogućilo je nepouzdanost ljudi, njihove pogreške i predvidljivost.

Enigmin priručnik kaže da treba odabrati tri od pet rotora. Svaki od tri horizontalna dijela "bombe" može testirati jednu moguću poziciju, odnosno jedan stroj može pokretati tri od šezdeset mogućih kombinacija odjednom. Da biste sve provjerili, potrebno vam je ili dvadeset "bombi" ili dvadeset uzastopnih provjera.

Međutim, Nijemci su napravili ugodno iznenađenje engleskim kriptografima. Uveli su pravilo da se isti položaj rotora ne smije ponoviti unutar mjesec dana, a ni dva dana zaredom. Zvuči kao da je trebalo povećati pouzdanost, ali u stvarnosti je imalo suprotan učinak. Pokazalo se da se do kraja mjeseca broj kombinacija koje je potrebno provjeriti znatno smanjio.

Druga stvar koja je pomogla kod dešifriranja bila je analiza prometa. Britanci su od samog početka rata slušali i snimali šifrirane poruke Hitlerove vojske. Tada nije bilo govora o dekodiranju, ali ponekad je važna sama činjenica komunikacije, plus takve karakteristike kao što su frekvencija kojom je poruka odaslana, njezina duljina, doba dana i tako dalje. Također, korištenjem triangulacije bilo je moguće utvrditi odakle je poruka poslana.

Dobar primjer su prijenosi koji su dolazili sa Sjevernog mora svaki dan s istih lokacija, u isto vrijeme, na istoj frekvenciji. Što bi to moglo biti? Ispostavilo se da je riječ o meteorološkim brodovima, koji svakodnevno glorificiraju podatke o vremenu. Koje riječi mogu biti sadržane u takvom prijenosu? Naravno, "vremenska prognoza"! Takva nagađanja utiru put metodi koju danas nazivamo napad otvorenim tekstom, a u ono vrijeme zvali su se "tragovi" (jaslice).

Budući da znamo da "Enigma" nikada ne proizvodi ista slova kao izvorna poruka, moramo spojiti "hint" sukcesivno sa svakim podnizom iste duljine i vidjeti ima li podudaranja. Ako nije, onda je to niz kandidata. Na primjer, ako provjerimo trag "vrijeme u Biskajskom zaljevu" (Wettervorhersage Biskaya), tada ga prvo ispisujemo uz šifrirani niz.

Q F Z W R W I V T YRE * S* X B F O G K U H Q B A I S E Z

W E T T E R V O R H E R * S* A G E B I S K A Y A

Vidimo da je slovo S šifrirano u sebe. To znači da je savjet potrebno pomaknuti za jedan znak i ponovno provjeriti. U ovom slučaju, nekoliko slova će se podudarati odjednom - pomaknite se više. Podudara se s R. Pomaknite se još dvaput dok ne dođemo do potencijalno valjanog podniza.

Ako imamo posla sa supstitucijskom šifrom, onda bi ovo mogao biti kraj. No budući da je ovo višeabecedna šifra, potrebne su nam postavke i početni položaji Enigminih rotora. Upravo su oni pokupljeni uz pomoć "bombi". Da biste to učinili, par slova mora prvo biti numeriran.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

R W I V T Y R E S X B F O G K U H Q B A I S E

W E T T E R V O R H E R S A G E B I S K A Y A

A zatim na temelju ove tablice sastavite takozvani "izbornik" - dijagram koji pokazuje koje je slovo izvorne poruke (odnosno "hints") u koje slovo navodno šifrirano i na kojoj poziciji. Prema ovoj shemi, "bomba" je konfigurirana.

Svaki od valjaka može zauzeti jednu od 26 pozicija - po jednu za svako slovo abecede koje se prosijava. Iza svakog od bubnjeva nalazi se 26 kontakata koji su povezani debelim kabelima na način da stroj traži postavke plug-in panela koje daju uzastopna podudaranja slova šifriranog niza s hintom.

Budući da struktura "bombe" ne uzima u obzir prekidački uređaj unutar "Enigme", ona daje nekoliko opcija tijekom rada, koje operater mora provjeriti. Neki od njih neće raditi jednostavno zato što se u Enigmi samo jedan utikač može spojiti na jednu utičnicu. Ako postavke nisu prikladne, operater ponovno pokreće stroj kako bi dobio sljedeću opciju. Za petnaestak minuta "bomba" će proći sve opcije za odabranu poziciju koluta. Ako je ispravno pogodeno, ostaje odabrati postavke prstenova - već bez automatizacije (nećemo ulaziti u detalje). Zatim, na engleskim Typex strojevima modificiranim za kompatibilnost s Enigmom, enkripcije su prevedene u čisti tekst.

Tako su, djelujući s cijelom flotom "bombi", Britanci do kraja rata dobivali stvarne postavke svaki dan prije doručka. Ukupno su Nijemci imali pedesetak kanala, od kojih su mnogi emitirali puno zanimljivije stvari od vremenske prognoze.

Dopušteno dodirivati

U muzeju Bletchley Park ne možete samo razgledati, već i dodirnuti dekodiranje vlastitim rukama. Uključujući - uz pomoć stolova sa zaslonom osjetljivim na dodir. Svaki od njih daje svoj zadatak. U tome se, na primjer, predlaže kombiniranje listova Banbury (Banburismus). Ovo je rana metoda dešifriranja Enigme, koja se koristila prije stvaranja "bombi". Jao, bilo je nemoguće dešifrirati nešto na ovaj način tijekom dana, au ponoć su se svi uspjesi pretvorili u bundevu zbog još jedne promjene postavki.

Lažni "podatkovni centar" u kolibi 11

Što je u kući broj 11, gdje je nekada bila "server soba", ako su sve "bombe" uništene u prošlom stoljeću? Da budem iskren, još uvijek sam se u dubini duše nadao da ću doći ovdje i naći sve u istom obliku kao što je nekad bilo. Jao, ne, ali dvorana još uvijek nije prazna.

Evo takvih željeznih konstrukcija s pločama od šperploče. Na nekima su fotografije "bombi" u prirodnoj veličini, na drugima citati iz priča onih koji su ovdje radili. Uglavnom su to bile žene, uključujući i iz WAF-a - ženske službe RAF-a. Citat na slici nam govori da prebacivanje petlji i čuvanje "bombi" nije bio nimalo lak zadatak, već iscrpljujući svakodnevni posao. Usput, još jedan niz projekcija skriven je između lutki. Djevojka kaže svojoj prijateljici da nije imala pojma gdje će služiti i potpuno je zapanjena onim što se događa u Bletchleyu. Pa i mene je neobična izložba oduševila!

Proveo sam ukupno pet sati u Bletchley Parku. To je bilo jedva dovoljno da se središnji dio dobro promotri i da se sve ostalo vidi. Bilo je toliko zanimljivo da nisam ni primijetio kako je vrijeme prošlo dok me nisu počele boljeti noge i tražiti da se vratim – ako ne u hotel, onda barem na vlak.

A osim kuća, slabo osvijetljenih ureda, restauriranih "bombi" i dugih štandova s popratnim tekstovima, imalo se što vidjeti. Već sam spomenuo dvoranu posvećenu špijunaži tijekom Prvog svjetskog rata, bila je tu i dvorana o dešifriranju Lorenza i stvaranju računala Colossus. Inače, u muzeju sam pronašao i samog Kolosa, odnosno dio koji su reenaktori uspjeli sagraditi.

Za one najizdržljivije, izvan Bletchley Parka, čeka mali muzej računalne povijesti u kojem se možete upoznati s razvojem računalne tehnologije nakon Turinga. Pogledao sam i tamo, ali već sam hodao brzim korakom. Već sam se dovoljno nagledao BBC Micro i Spectruma na drugim mjestima - to možete učiniti, primjerice, na festivalu Chaos Constructions u St. Petersburgu. Ali nigdje nećete naći živu "bombu".

Vaša pozornost na materijal za pregled(Recimo, bez detalja) o principu rada prilično poznatog stroja za šifriranje Enigma.

Mnogi su čuli da je u Drugom svjetskom ratu njemačka strana za šifriranje koristila poseban stroj za šifriranje Enigmu.
Prema izvorima, ovaj uređaj je bio nova riječ u kriptografiji tog vremena.

Kako je radila?

Supstitucijska šifra

Za početak, trebali biste znati što je "zamjenska šifra". Ovo je uobičajena zamjena jednog slova drugim. Oni. u takvoj šifri, umjesto slova "A", na primjer, koristi se "T", umjesto "B" - "S", itd.

Razbijanje takve šifre vrlo je jednostavno. U prisustvu više ili manje duge šifrirane poruke, moguće je izvršiti analizu frekvencije i usporediti je s učestalošću upotrebe slova u jeziku. Oni. ako postoji mnogo slova "T" u poruci šifriranoj zamjenskom šifrom, onda je to jasan znak da se iza tog slova krije neka vrsta samoglasnika (na primjer, "A" ili "O", jer su ta slova obično najfrekventniji u jeziku) .

Enigma uređaj

Enigma je bila poput dinamičke Cezarove šifre. Oni. U početku se na bubnjevima postavljala određena početna vrijednost (neka vrsta slučajnog sjemena), koja je bila ključna. Nadalje, prilikom upisivanja slova, svako slovo je šifrirano Cezarovom šifrom, a zatim se ta šifra mijenjala u drugu.

Promjena šifre osigurana je uz pomoć rotora.

Rotori su bili diskovi koji su sa svake strane imali 26 kontakata, spojenih unutar rotora na određeni (slučajni) način. Prolaskom kroz rotor signal se pretvarao iz slova "A" u slovo "T" itd.

Bilo je nekoliko rotora i oni su se okretali nakon upisivanja svakog znaka (na način bubanj brojača).

Osim toga, tu je bila i patch ploča u koju ste mogli umetnuti žice koje su mijenjale slova u paru. Oni. tako što ste žicu uvukli jednim krajem u utičnicu “A”, a drugim krajem u “E”, zamijenili ste ova slova.

Načelo rada može se razumjeti gledanjem dijagrama strujnog kruga:

Broj rotora varirao je u različitim godinama i za različite namjene (na primjer, Enigme s velikim brojem rotora korištene su u mornarici).

Kako bi zakomplicirali hakiranje, operateri su često korištene riječi (imena) svaki put drugačije kodirali. Na primjer, riječ "Minensuchboot" može se napisati kao "MINENSUCHBOOT", "MINBOOT", "MMMBOOT" ili "MMM354"

Pribor.

Kao i za svaki popularni uređaj, za Enigmu je postojao veliki broj dodataka (da, već tada je počelo). Na primjer, postojali su uređaji s automatskim ispisom (u normalnoj verziji kodiranje se vršilo paljenjem lampica čije je vrijednosti operater morao zapisati).

Osim toga, postojali su udaljeni pisači (na žicama, naravno). Tako da operater koji ubacuje šifriranu poruku u stroj nema pristup dekriptiranoj.

Njemački stroj za šifriranje nazvan je "Zagonetka" ne zbog crvene riječi. Priča o njezinom hvatanju i dekodiranju radio presretanja je legendarna, a kinematografija tome uvelike pridonosi. Mitovi i istina o njemačkom koderu - u našem materijalu.

Kao što je poznato, protivnikovo presretanje poruka može se suprotstaviti samo njihovom pouzdanom zaštitom ili enkripcijom. Povijest šifriranja seže stoljećima unatrag - jedna od najpoznatijih šifara zove se Cezarova šifra. Tada se pokušava mehanizirati proces šifriranja i dekriptiranja: Albertijev disk, koji je 60-ih godina 15. stoljeća stvorio Leon Battista Alberti, autor Rasprave o šiframa, jedne od prvih knjiga o umijeću šifriranja i dešifriranja. , došao je do nas.

Stroj Enigma koji je Njemačka koristila tijekom Drugog svjetskog rata nije bio jedinstven. Ali razlikovao se od sličnih uređaja koje su usvojile druge zemlje relativnom jednostavnošću i masovnom upotrebom: mogao se koristiti gotovo posvuda - i na terenu i na podmornici. Povijest Enigme seže u 1917. godinu - tada je Nizozemac Hugo Koch za nju dobio patent. Njezin se rad sastojao u zamjeni nekih slova s drugima zahvaljujući rotirajućim valjcima.

Povijest dekodiranja stroja Enigma znamo uglavnom iz holivudskih blockbustera o podmornicama. Međutim, ti filmovi, prema povjesničarima, imaju malo zajedničkog sa stvarnošću.

Na primjer, film U-571 iz 2000. godine govori o tajnoj misiji američkih mornara da zarobe stroj za šifriranje Enigma na njemačkoj podmornici U-571. Radnja se odvija 1942. godine u sjevernom Atlantiku. Unatoč činjenici da je film spektakularan, priča ispričana u njemu uopće ne odgovara povijesnim činjenicama. Podmornica U-571 doista je bila u službi nacističke Njemačke, ali je potopljena 1944., a Amerikanci su uspjeli zarobiti stroj Enigma tek na samom kraju rata, a to nije igralo ozbiljnu ulogu u približavanju pobjede . Usput, na kraju filma, kreatori izvješćuju povijesno istinite činjenice o hvatanju kodera, ali su se pojavile na inzistiranje konzultanta filma, rođenog Engleza. S druge strane, redatelj filma Jonathan Mostov izjavio je da je njegova traka "umjetničko djelo".

Europski filmovi, s druge strane, pokušavaju zadržati povijesnu točnost, ali u njima ima i udjela fikcije. Film Enigma Michaela Apteda iz 2001. govori o Tomu Jerichu, matematičaru koji mora riješiti ažurirani kod njemačkog stroja za šifriranje u samo četiri dana. Naravno, u stvarnom životu bilo je potrebno puno više vremena za dešifriranje kodova. Isprva se time bavila kriptološka služba Poljske. A grupa matematičara - Marian Rejewski, Heinrich Zygalski i Jerzy Rozicki - proučavajući zastarjele njemačke šifre, otkrila je da se takozvani dnevni kod, koji se mijenjao svaki dan, sastoji od postavki priključne ploče, redoslijeda postavljanja rotora, položaja prstenova i početne postavke rotora . Dogodilo se to 1939., čak i prije nego što je nacistička Njemačka zauzela Poljsku. Također, poljski “Cipher Bureau”, kreiran posebno za “borbu” s Enigmom, raspolagao je s nekoliko primjeraka radnog stroja, kao i elektromehaničkim strojem Bomba, koji se sastojao od šest uparenih njemačkih uređaja, koji su pomogli u radu s šifre. Ona je kasnije postala prototip za Bombe - izum Alana Turinga.

Poljska strana uspjela je prenijeti svoj razvoj britanskim specijalnim službama, koje su organizirale daljnji rad na otkrivanju "misterija". Usput, Britanci su se prvi put zainteresirali za Enigmu još sredinom 20-ih, ali su brzo odustali od ideje dešifriranja koda, očito smatrajući da je to nemoguće učiniti. Međutim, s izbijanjem Drugog svjetskog rata situacija se promijenila: uglavnom zahvaljujući tajanstvenom stroju, Njemačka je kontrolirala pola Atlantika, utopila europske konvoje s hranom i streljivom. U tim je uvjetima Velika Britanija i druge zemlje antihitlerovske koalicije svakako trebale proniknuti u zagonetku Enigme.

Sir Alistair Dennison, voditelj Javne škole kodova i šifri, koja se nalazila u ogromnom dvorcu Bletchley Park 50 milja od Londona, osmislio je i proveo tajnu operaciju Ultra, okrenuvši se talentiranim diplomantima Cambridgea i Oxforda, među kojima je bio poznati kriptograf i matematičar Alan Turing . Turingov rad na razbijanju kodova pisaćeg stroja Enigma posvećen je filmu The Imitation Game iz 2014., objavljenom 2014. godine. Davne 1936. Turing je razvio apstraktni računalni "Turingov stroj", koji se može smatrati modelom računala - uređaja sposobnog riješiti bilo koji problem predstavljen u obliku programa - slijeda radnji. U školi kodova i šifri vodio je grupu Hut 8 odgovornu za kriptoanalizu poruka njemačke mornarice i razvio niz metoda za razbijanje njemačke šifre. Uz Turing grupu, u Bletchley Parku radilo je 12.000 zaposlenika. Upravo zahvaljujući njihovom napornom radu kodovi Enigme podlegli su dešifriranju, ali nije bilo moguće razbiti sve šifre. Na primjer, šifra Triton uspješno je radila oko godinu dana, a čak i kada su je dečki iz Bletchleya razbili, nije donijela željeni rezultat, jer je prošlo previše vremena od trenutka presretanja šifre do prosljeđivanja informacija Britancima. pomorci.

Stvar je u tome što su, po nalogu Winstona Churchilla, sve materijale za dešifriranje primili samo čelnici obavještajnih službi i Sir Stuart Menzies, koji je bio na čelu MI6. Takve mjere opreza poduzete su kako bi se Nijemci spriječili da nagađaju o otkrivanju šifri. U isto vrijeme, te mjere nisu uvijek radile, tada su Nijemci promijenili postavke Enigme, nakon čega je rad na dešifriranju počeo iznova.

Igra imitacije također se dotiče odnosa između britanskih i sovjetskih kriptografa. Službeni London doista nije bio siguran u kompetentnost stručnjaka iz Sovjetskog Saveza, međutim, po osobnom nalogu Winstona Churchilla, 24. srpnja 1941. materijali s žigom Ultra prebačeni su u Moskvu. Istina, kako bi se isključila mogućnost otkrivanja ne samo izvora informacija, već i činjenice da će Moskva saznati za postojanje Bletchley Parka, svi su materijali bili prerušeni u tajne podatke. No, u SSSR-u su za rad na dešifriranju Enigme saznali još 1939., a tri godine kasnije u Državnu školu kodova i šifri ušao je sovjetski špijun John Cairncross, koji je redovito slao sve potrebne podatke u Moskvu.

Mnogi se pitaju zašto SSSR nije dešifrirao radio presretanja njemačkog "Riddlea", iako su sovjetske trupe još 1941. godine zarobile dva takva uređaja, a u bitki za Staljingrad Moskva je raspolagala s još tri uređaja. Prema povjesničarima, nedostatak moderne elektroničke opreme u SSSR-u u to vrijeme utjecao je.

Inače, u SSSR-u je 5. svibnja 1921. sazvan poseban odjel Čeke koji se bavio šifriranjem i dešifriranjem. Na račun djelatnika odjela nije bilo puno, iz očitih razloga - odjel je radio za obavještajnu i protuobavještajnu službu - reklamiranih pobjeda. Na primjer, otkrivanje diplomatskih kodeksa niza zemalja već u dvadesetim godinama. Stvorena je i šifra – poznati “ruski kod” koji, kako kažu, nitko nije uspio dešifrirati.