Как работает энигма кратко
Обновлено: 02.07.2024
Трёхроторная военная немецкая шифровальная машина Энигма (версия с метками) .
Содержание
Описание [ ]
Для объяснения принципа работы Энигмы приведена диаграмма слева. Диаграмма упрощена: на самом деле механизм состоял из 26 лампочек, клавиш, разъемов и многоалфавитный шифр подстановки , что давало высокую устойчивость шифра для того времени.
Роторы [ ]
Роторы — это сердце Энигмы. Каждый ротор представлял собой диск примерно 10 см в диаметре, сделанный из твёрдой Файл:Enigma-rotors.jpg
Три ротора и шпиндель, к которому они крепятся.
Четырёхроторная военно-морская модель Энигмы M4 имела один дополнительный ротор, хотя была такого же размера, что и трёхроторная, за счёт более тонкого рефлектора. Существовало два типа этого ротора: Бета и Гамма. В процессе шифрования он не двигался, но мог быть установлен вручную на любую из 26 различных позиций.
Ступенчатое движение роторов [ ]
Ступенчатое движение роторов Энигмы. Все три собачки (обозначены зелёным) двигаются одновременно. Для первого ротора (1), Файл:Enigma-rotor-stack.jpg
В коммерческой модели Энигмы C рефлектор мог быть расположен в двух различных позициях, а в модели D — в 26 возможных позициях, но при этом был неподвижен в процессе шифрования. В модели, применявшейся в Коммутационная панель [ ]
Коммутационная панель в передней части машины. Могло использоваться до 13 соединений. На фотографии переключены две пары букв (S—O и J—A).
Кабель, помещённый на коммутационную панель, соединял буквы попарно, например, E и Q могли быть соединены в пару. Эффект состоял в перестановке этих букв до и после прохождения сигнала через роторы. Например, когда оператор нажимал E, сигнал направлялся в Q, и только после этого уже во входной ротор. Одновременно могло использоваться несколько таких пар (до 13).
Каждая буква на коммутационной панели имела два гнезда. Вставка штепселя разъединяла верхнее гнездо (от клавиатуры) и нижнее гнездо (к входному ротору) этой буквы. Штепсель на другом конце кабеля вставлялся в гнезда другой буквы, переключая тем самым соединения этих двух букв.
Математическое описание [ ]
, где ρ это циклическая перестановка, проходящая от A к B, от B к C, и так далее. Таким же образом, средний и левый ротор могут быть обозначены как j и k вращений M и L. Функция шифрования в этом случае может быть отображена следующим образом:
Процедуры для использования Энигмы [ ]
В германских вооружённых силах средства связи были разделены на разные сети, причём у каждой были собственные настройки кодирования для машин Энигмы. В английском центре дешифровки Индикаторы [ ]
Аббревиатуры и директивы [ ]
История и развитие машины [ ]
Семейство шифровальных машин Энигма насчитывает огромное количество моделей и вариаций дизайна. Ранние модели были коммерческими, начиная с 1920-х годов. Начиная с середины 1920-х различные немецкие военные службы стали использовать эти машины, внося большое количество собственных изменений для повышения безопасности. Кроме того, другие страны использовали чертежи Энигмы для создания своих собственных шифровальных машин.
Коммерческая Энигма [ ]
Логотип машины Энигма
18 февраля 1918 года немецкий инженер Артур Шербиус (Arthur Scherbius) запросил патент на шифровальную машину, использующую роторы, и, совместно с Рихардом Риттером (E. Richard Ritter), основал фирму Шербиус и Риттер (Scherbius & Ritter). Они пытались наладить отношения с германским военно-морским флотом и с Министерством иностранных дел, но на тот момент те не были заинтересованы в шифровальных машинах. В дальнейшем они зарегистрировали патенты на предприятие Геверкшафт Секуритас (Gewerkschaft Securitas), которое 9 июля 1923 года основало корпорацию производителей шифровальных машин Chiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft. Шербиус и Риттер состояли в совете директоров этой корпорации.
Энигма на военной службе [ ]
По приблизительным оценкам, всего было выпущено около 100 000 экземпляров шифровальных машин Энигма. По окончании Второй мировой войны союзнические силы продали трофейные машины, по прежнему считавшиеся на тот момент надежными, в различные развивающиеся страны.
Клоны Энигмы [ ]
Уникальная роторная машина была изобретена в 2002 году голландским криптоаналитиком Татьяной ван Варк (Tatjana van Vark).
Энигма сегодня [ ]
В Немецком музее в Мюнхене находятся оба немецких военных варианта трёх- и четырёхроторной Энигмы, есть и устаревшие гражданские модели. Работающая модель представлена также в Международном Шифровальном Музее в Форт Миде (Fort Meade), в Музее компьютерной истории (Computer History Museum) в США, в Блетчли Парке (Bletchley Park) в Великобритании, в Австралийском Военном Мемориале (Australian War Memorial) в Канберре, а также в Германии, США, Великобритании и в некоторых других странах Европы.
Примечания [ ]
- ↑ 1,01,1 Жельников В. Криптография от папируса до компьютера. М.: ABF, 1996. 336 с.
Ссылки [ ]
Ошибка: неверное или отсутствующее изображение
Литература [ ]
bs:Enigma (mašina) de:Enigma (Maschine) en:Enigma machine fi:Enigma (salauslaite) hr:Enigma (stroj) sq:Enigma (makinë) sv:Enigma (krypteringsmaskin)
Разное
Энигма, в первую очередь, — это название шифровальной машины, созданной фашистской Германией накануне Второй мировой войны. В статье разберемся по какому принципу работает эта шифровальная машина и окунемся в историю ее создания.
Enigma — переносная портативная шифровальная машина.
Размер — 27 х 23 х 13 см
Вес — примерно 5 кг
- панель механических клавиш;
- 3,5 или более вращающихся роторных диска;
- рефлектор;
- электронные схемы;
- коммуникационная панель;
- панель с индикаторами (лампочками).
Работа с Энигмой весьма проста. В машину вводится текст, который необходимо зашифровать. С помощью электрических импульсов кодируются необходимые слова. Принимающая Энигма получает текст и расшифровывает его с помощью постоянно меняющегося ключа. В итоге радист-шифровальщик получает вразумительный текст.
Enigma использует алгоритм подстановочного шифра. Это простой способ закодировать текст. Также просто его и расшифровать. Но шифр Энигмы считается одним из самых сложных до сих пор.
Но, вместе с простым шифром Цезаря в Энигме, используется дополнительная форма подстановочных шифров. Вместе они работают следующим образом:
Схема шифрования
Схема шифрования на Энигме была похожа на телефонный коммуникатор тех времен. На панели закреплены 10 проводов с двумя концами, каждый из которых можно было подключить к разъему.
Такие провода соединяли клавиши одного символа с одной стороны провода и слот с кодовым символом, с другой. Таким образом, две парные буквы заменяли друг друга, что обеспечивало дополнительное шифрование.
Итак, каждый ротор машины имел 26 положений (число символов в латинском алфавите). Одновременно можно было использовать три ротора, каждый с уникальным путем контактов между парой букв и разной скоростью вращения. Например, один из роторов после кодирования символа мог проворачиваться на три шага вперед, а другой ротор — только на два. Эти роторы можно было менять, выбирая из нескольких наборов. В итоге, вариантов расшифровки может быть тысячи.
Следующий этап шифрования после роторов — это прохождение через отражатель. В отражателе символы текста проходят дополнительную замену.
Вторым минусом являлось то, что Энигма шифровала первые три буквы повторно. Это позволяло найти шаблоны шифра.
В итоге, дешифровальщик, опираясь на эти знания и отгадав пару слов, мог подобрать ключ кодировки.
Бомба весила 2,5 тонны, в высоту достигала 3 метра и состояла из 108 электрических барабанов.
По сути изобретение Тьюринга является усовершенствованной версией машины, разработанной в 1938 году польским изобретателем Марианом Реевским и его коллегами.
Польская дешифровальная машина основывалась на дефекте двойного шифрования первых трех символов при работе на Энигме.
Правительство Польши в память о своих гениальных изобретателей в 2007 году даже выпустила памятные золотые и серебряные монеты. На монетах изображен герб Польши, а по окружности выгравировано колесо-реле Энигмы.
Через некоторое время немецкие математики обнаружили и устранили дефект двойного шифрования Энигмы. Тогда Тьюринг начал взламывать код Enigma основываясь на неспособности кодировки буквы как она есть и на принципе обнаружения типовых фрагментов в немецких посланиях.
История декодирования этой немецкой шифровальной машины стала легендой и триумфом Алана Тьюринга. При этом до сих пор не все понимают, в чем именно состоял подвиг британца.
В 1928 году военные специалисты по заказу Вермахта переработали конструкцию гражданских шифровальных машин, сконструировав модель Enigma-G, которую двумя годами позже модифицировали в версию Enigma-I. Именно этот аппарат 1930 года стал основой для множества версий, которые во время Второй Мировой использовали самые разные военные службы. Существовали варианты Enigma с количеством роторов от 3 до 8. Правда, восьмироторная версия, созданная специально для высших армейских структур, довольно быстро была выведена из эксплуатации из-за ненадежности.
Благодаря Реевскому стало понятно, что количество кодовых цепочек в 3 824 262 831 196 002 461 538 раз меньше, чем предполагалось ранее.
Видимо, догадавшись о том, что их шифры могут быть прочитаны, немецкие криптографы начали гораздо чаще менять конфигурацию положения роторов машины. А осенью 1938 года принцип шифрования был изменен, что сделало невозможным распознавание шифрограмм на основе прежних методов. Однако Реевский со своими коллегами раскусил эту уловку, состоявшую в так называемом удвоении ключа и являвшуюся, по сути, криптографической ошибкой.
Погоня за ошибками и перебор вариантов
Гений, которого оценили слишком поздно
И тем не менее: сегодня имя Тьюринга знакомо большинству людей. В честь гения назван принцип полноты по Тьюрингу, тест Тьюринга и машина Тьюринга, а также одна из самых престижных премий в области информатики. В кино Алана сыграл жутко модный Бенедикт Камбербэтч, а в Манчестере ему поставлен памятник.
Главное ее преимущество — безопасность. Даже заполучив машину, противник не сможет ею воспользоваться: она надежно хранит свои тайны, а регулярно меняющийся ключ очень скоро, максимум через месяц, сделает ее трофейным музейным экспонатом.
Первыми из соперников и потенциальных противников Германии на необходимость получения информации об этой машине и расшифровки передаваемых через нее депеш обратили внимание поляки. Польская экспозитура (разведка) знала об агрессивных намерениях немцев в отношении Польши и, естественно, стремилась вызнать больше о планах противника. Расшифровка телеграфной переписки и радиопереговоров немцев стала важнейшей задачей отдела Р (бюро шифров) польской экспозитуры.
Удача пришла неожиданно. В июне 1931 года во французское посольство в Берлине явился некий Ганс-Тило Шмидт, предложивший передать инструкцию по использованию шифровальной машины и шифровальные таблицы, используемые Рейхсвером после 1 июня 1930 года. Лучшего не надо было и желать.
Заключается договор о сотрудничестве между экспозитурой и французской разведкой.
В начале 1939 года происходит первая трехсторонняя встреча англичан, французов и поляков; затем еще несколько встреч, на которых, в самом преддверии войны, союзники начинают делиться секретами. Поляки чувствуют, что война не за горами, к тому же у них не хватает нужных данных для ускорения работы.
Наварр посоветовал Шмидту проявлять максимальную осторожность и выходить на связь только в том случае, если он узнает дату германского наступления на западном фронте. Он также посоветовал Шмидту в случае реальной опасности бежать во Францию, но агент решительно отказался, заявив, что предпочтет умереть, так как бегство скомпрометирует его семью и особенно брата Рудольфа, уже ставшего командиром корпуса. Это была последняя встреча Шмидта с французским разведчиком.
На рассвете 10 мая 1940 года танковые корпуса под командованием Рудольфа Шмидта, Рейнхарда и Гудериана начали наступление. 22 июня все было кончено, и Франция подписала капитуляцию в том самом вагоне, в котором в ноябре 1918 года капитуляцию подписали немцы. Это был эффектный жест фюрера!
1 и 8 августа 1940 года были перехвачены приказы штаба Геринга о подготовке люфтваффе к массированной атаке на военно-воздушные базы Англии, а 12 августа приказ о первом таком налете. Командование королевских ВВС сумело оказать необходимое противодействие.
Как же выполняли англичане свои обязательства?
К счастью, советская разведка не дожидалась проявления доброй воли со стороны Черчилля и в течение всей войны стремилась не столько полагаться на помощь союзников, сколько своими силами добывать стратегическую информацию. Добыла она и информацию о подготовке германского наступления на Курской дуге, причем перехваченная и дешифрованная в Блетчли-Парке шифротелеграмма генерал-фельдмаршала Вейха, в которой говорилось об этом и на основании которой Черчилль предупреждал Сталина, стала известна в Москве еще в начале апреля 1943 года, и поэтому информация Черчилля была воспринята Сталиным с благодарностью, но без особого интереса, да и сама благодарное носила, скорее, протокольный характер.
Так сама жизнь связала французскую, германскую, польскую, английскую и советскую разведки в один тугой узел, окончательно развязанный только спустя шестьдесят лет.
Читайте также: