Ki oldotta meg az Enigma titkosítógépet? Enigma titkosító gép

Talány

Három rotoros katonai német Enigma titkosítógép (címkékkel ellátott változat).

Az Enigmát kereskedelmi célokra, valamint katonai és kormányzati szolgálatokban használták a világ számos országában, de a legszélesebb körben a náci Németországban alkalmazták a második világháború idején - nevezetesen Wehrmacht Enigma (Wehrmacht Enigma) – a német katonai modell – a legtöbbször vita tárgya.

Ez a gép azért vált ismertté, mert az Anti-Hitler Koalíció (pontosabban Nagy-Britannia) kriptaelemzői rengeteg, a segítségével titkosított üzenetet tudtak megfejteni. Kifejezetten ezekre a célokra jött létre egy Turing Bombe kódnevű gép, amely jelentős segítséget nyújtott a Hitler-ellenes koalíciónak (pontosabban Nagy-Britanniának) a háborúban. A segítségével a kriptoanalízissel nyert összes információ ULTRA kódnevet kapta.

Annak ellenére, hogy a modern kriptográfia szempontjából az Enigma titkosítás gyenge volt, a gyakorlatban csak ennek a tényezőnek a kombinációja másokkal (például kezelői hibák, eljárási hibák, ismert üzenetszöveg (például időjárás-jelentések továbbításakor), Enigma másolatok rögzítése és titkosítási kódok) könyvek) lehetővé tették a kódtörők számára az Enigma titkosítások megoldását és az üzenetek olvasását. Azt is tartják, hogy ez volt a második világháború egyik legerősebb titkosítása. És csak az, hogy a britek elkapjanak egy ép Enigmát egy tengeralattjáróról és egy bombázóról (ami alapvetően fontos, ezek a tények a németek számára ismeretlenek maradtak), figyelembe véve Nagy-Britannia legmagasabb tudományos és magas technológiai szintjét (miután intenzív és hosszadalmas munka ebben az irányban) létrehozni egy ellen- Enigma. Ennek a sikernek a fontosságát és egyediségét a brit vezetés jól megértette – sikerüket „hét pecsét alatt” hagyták, és a végsőkig titokban tartották, még a Hitler-ellenes koalíció partnerei előtt is.

Becslések szerint körülbelül 100 000 példányban készült az Enigma titkosítógép.

Leírás

Rotorok

Az Enigma rotor bal oldala, lapos elektromos érintkezőket mutatva.

A rotor jobb oldala, tűs érintkezők láthatók. A római V azonosítja a forgórész huzalozását.

A rotorok az Enigma szíve. Mindegyik rotor körülbelül 10 cm átmérőjű, ebonitból vagy bakelitből készült tárcsa volt, a forgórész egyik oldalán rugós csapérintkezőkkel, kerületi mintázatban elhelyezve. A másik oldalon megfelelő számú lapos elektromos érintkező volt. A tű és az ásó érintkezői az ábécé betűinek feleltek meg (általában 26 A-tól Z-ig). Az érintkezéskor a szomszédos rotorok érintkezői lezártak egy elektromos áramkört. A rotor belsejében minden érintkező a lapos érintkezők egyikéhez volt csatlakoztatva. A csatlakozás sorrendje eltérő lehet.

Három rotor és egy orsó, amelyhez rögzítik.

Maga a forgórész egy nagyon egyszerű típusú titkosítást állított elő: az elemi helyettesítő titkosítást. Például az E betűt jelképező érintkező csatlakoztatható a rotor másik oldalán lévő T betű érintkezőjéhez. De ha több rotort kombinálnak (általában három vagy négy), állandó mozgásuk miatt megbízhatóbb titkosítás érhető el.

Szétszerelt rotor			Három sorba kapcsolt rotor
	rovátkolt gyűrű Jelölőpont az "A" érintkezőhöz ábécé gyűrű ónozott érintkezők vezeték tűs érintkezők rugókar a gyűrű beállításához ujj ujjgyűrű kilincskerék

A katonai Enigma modelleket változó számú rotorral gyártották. Az első modell csak hármat tartalmazott. 1938. december 15-én öten voltak, de egyszerre csak hármat használtak az autóban. Az ilyen típusú rotorokat I–V római számokkal jelölték, és mindegyiknek egyetlen bevágása volt az ábécé gyűrűjének különböző helyein. A haditengerészet modelljei mindig több rotort tartalmaztak, mint mások: hat, hét vagy nyolc. Ezeket a kiegészítő rotorokat VI, VII és VIII címkével látták el, mindegyik különböző vezetékekkel. Mindegyikben volt két bevágás az „N” és „A” betűk közelében, ami biztosította a rotorok gyakoribb forgását.

A négyrotoros haditengerészeti Enigma modell, az M4-nek egy további rotorja volt, bár a vékonyabb reflektor miatt ez megegyezett a három rotorral. Ennek a rotornak két típusa volt: béta és gamma. Nem mozdult el a titkosítási folyamat során, de manuálisan be lehetett állítani a 26 különböző pozíció bármelyikébe.

Lépcsős forgórész mozgás

Az Enigma rotorok lépcsőzetes mozgása. Mindhárom kutya (zöld színnel jelölve) egyszerre mozog. Az első forgórésznél (1) a racsnis (piros) mindig be van kapcsolva, és minden gombnyomásra elfordul. Ebben az esetben az első forgórész bevágása lehetővé teszi, hogy a kilincs a második forgórészhez (2) kapcsolódjon, amely a következő gombnyomáskor elfordul. A harmadik rotor (3) nincs bekapcsolva, mivel a harmadik rotor kilincse nem illeszkedett a második bemélyedésébe, a kilincs egyszerűen elcsúszik a tárcsa felületén.

Mindegyik rotor egy 26 fogas fogaskerékhez (racsnis) volt rögzítve, és a fogaskerekek fogaihoz kilincskészlet kapcsolt. A kutyák a gép gombjának megnyomásával egyidejűleg haladtak előre. Ha a kutya elkapta a fogaskerék fogát, a rotor elfordult egy lépést.

Az Enigma katonai modelljében minden rotor egy állítható gyűrűhöz volt rögzítve, hornyokkal. Az öt alaprotor (I-V) egy-egy mélyedést, míg a haditengerészeti modell (VI-VIII) kettőt tartalmazott. Egy bizonyos ponton a bevágás a kilinccsel szemben esne, lehetővé téve, hogy a következő gomb következő megnyomásakor a következő rotor kilincsművéhez kapcsoljon. Amikor a kutya nem esett a mélyedésbe, egyszerűen végigcsúszott a gyűrű felületén anélkül, hogy elkapta volna a felszerelést. Az egybevágásos rendszerben a második rotor ugyanannyi idő alatt mozdult előre, mint amennyivel az első 26 lépést tett meg. A gép különlegessége volt, hogy a második rotor is elfordult, ha a harmadik fordult. Ez azt jelenti, hogy a második forgórész két egymást követő gombnyomással kétszer fordulhat el – úgynevezett "kétlépcsős mozgás" -, ami rövidebb időtartamot eredményez.

A kétlépcsős mozgás megkülönbözteti a rotorok működését a normál kilométer-számlálótól. A kettős lépést a következőképpen valósítottuk meg: az első forgórész elfordult, és a másodikat is egy lépéssel fordulásra kényszerítette. És ha a második rotor a kívánt helyzetbe mozdult, akkor a harmadik kilincs bekapcsolta a harmadik fokozatot. A következő lépésben ez a kutya megnyomta a fogaskereket és előrehozta azt, valamint a második rotort is.

Három lemezzel és csak egy bevágással az első és a második lemezen a gép 26x25x26 = 16 900 periódusú volt. Általában az üzenetek nem voltak hosszabbak néhány száz karakternél, és ezért nem állt fenn a forgórészek helyzetének megismétlése. ha egyetlen üzenetet ír .

A négyrotoros haditengerészeti modelleknél nem változtattak a mechanizmuson. Csak három kilincs volt, ami azt jelenti, hogy a negyedik rotor soha nem mozdult, de manuálisan be lehetett állítani a 26 pozíció valamelyikébe.

A gomb megnyomásakor a rotorok addig forogtak, amíg az elektromos áramkör be nem zárult.

Enigma rotorok összeszerelt állapotban. Három mozgatható rotor van elhelyezve két rögzített rész között: a bemeneti gyűrű és a reflektor (a bal oldalon "B" felirattal).

Bemeneti kerék

Reflektor

A korai A és B modellek kivételével az utóbbi rotort követte reflektor(Német) Umkehrwalze), egy szabadalmaztatott tulajdonság, amely megkülönböztette az Enigma családot az akkoriban kifejlesztett többi forgógéptől. A reflektor páronként kötötte össze az utolsó forgórész érintkezőit, ezzel ellentétes irányba, de más útvonalon átkapcsolta az áramot a rotorokon. A reflektor jelenléte biztosította, hogy az Enigma által végrehajtott transzformáció involúció volt, vagyis a dekódolás megegyezett a titkosítással. A reflektor jelenléte azonban lehetetlenné teszi bármely betű titkosítását önmagán keresztül. Ez komoly elvi hiba volt, ami később jól jött a kódtörőknek.

A kereskedelmi forgalomban kapható Enigma C modellben a reflektor két, a D modellben pedig 26 lehetséges pozícióban helyezhető el, de a titkosítási folyamat alatt álló helyzetben volt. Az Abwehr modellben a reflektor a többi lemezhez hasonlóan a titkosítás során elmozdult.

Az Enigma katonai és repülési modelljeibe a reflektort felszerelték, de nem forogtak. Négy változatban létezett. Az első fajtát A betűvel jelölték. A következőt, Umkehrwalze B, 1937. november 1-jén jelent meg. Harmadik, Umkehrwalze C 1941-ben jelent meg. Negyedik, Umkehrwalze D 1944. január 2-án vezették be először, lehetővé téve az Enigma kezelőjének, hogy szabályozza a reflektoron belüli kapcsolási beállításokat.

Patch panel

Patch panel a gép elején. Legfeljebb 13 csatlakozás használható. A képen két betűpár van felcserélve (S-O és J-A).

Patch panel(Német) Steckerbrett) lehetővé teszi a kezelő számára a vezetékcsatlakozások változtatását. 1930-ban jelent meg először a német hadsereg változataiban, és hamarosan a haditengerészeti változatokban is sikerrel használták. A javítópanel óriási mértékben hozzájárult a gép titkosításának bonyolultságához, még inkább, mint egy további rotor bevezetése. Az Enigma patch panel nélkül szinte kézzel is kezelhető, de a patch panel hozzáadása után a crackerek kénytelenek voltak speciális gépeket építeni.

A patch panelen elhelyezett kábel párosította a betűket, például E és Q párosítható. A hatás az volt, hogy átrendezzék ezeket a betűket, mielőtt és miután a jel áthaladt a rotorokon. Például, amikor a kezelő megnyomta az E gombot, a jel a Q-ra került, és csak ezután a bemeneti rotorra. Több ilyen pár (legfeljebb 13) használható egyszerre.

A javítópanelen minden betűnek két nyílása volt. A dugó behelyezése leválasztotta az adott betű felső csatlakozóját (a billentyűzetről) és az alsó aljzatot (a bemeneti rotor felé). A kábel másik végén lévő dugót bedugták a másik betű aljzataiba, ezzel átkapcsolva a két betű csatlakozását.

Kiegészítők

Az M4 Enigma egy praktikus funkciója volt az úgynevezett "Schreibmax", egy kis nyomtatóeszköz, amely mind a 26 betűt képes nyomtatni egy kis papírra. Ebben a tekintetben nem volt szükség további kezelőre az izzók figyelésére és a betűk lejegyzésére. A nyomtatóeszközt az Enigma tetejére szerelték fel, és egy villanykörte panelhez kötötték. A nyomtatóberendezés felszereléséhez el kellett távolítani a lámpafejeket és az összes izzót. Ráadásul ez az újítás növelte a biztonságot: a jelzőtisztnek most nem kellett látnia a titkosítatlan szöveget. A nyomtatóberendezést a tengeralattjáró parancsnoki kabinjában helyezték el, és a kommunikációs tiszt csak titkosított szöveget írt be anélkül, hogy titkos információhoz jutott volna.

Egy másik tartozék egy külön távirányítós panel volt izzókkal. A kiegészítő panellel ellátott változatban az Enigma fa teste szélesebb volt. Volt egy utólag csatlakoztatható izzós panel modell is, de ehhez – akárcsak a Schreibmax nyomdagép esetében – a gyári panelt kellett izzókra cserélni. A távoli panel lehetővé tette a visszafejtett szöveg elolvasását a kezelő beavatkozása nélkül. 1944-ben a légierő bevezetett egy további patch panel kapcsolót az "Uhr" (óra) néven. Egy kis doboz volt, benne egy 40 állásos kapcsolóval. Kicserélte a szabványos csatlakozókat. A dugók csatlakoztatása után, amint azt a kódlista minden napra meghatározza, a kezelő a kapcsolót a 40 pozíció valamelyikében módosíthatja. Mindegyik pozíció a dugaszoló vezetékek eltérő kombinációját eredményezte. A legtöbb ilyen dugaszolócsatlakozás, a szabványos csatlakozókkal ellentétben, nem volt párosítva.

Matematikai leírás

Az egyes betűk Enigma transzformációja matematikailag definiálható permutációk eredményeként. Vegyünk egy háromrotoros katonai modellt. Tegyük fel, hogy P a patch panelt, U a reflektort, L, M, R pedig a bal, középső és jobb oldali forgórészek működését jelöli. Ekkor az E titkosítás a következőképpen fejezhető ki:

Minden gombnyomás után a rotor elmozdul, megváltoztatva az átalakítást. Például, ha a jobb oldali R rotor i pozíciót forgat, akkor egy transzformáció történik, ahol ρ egy ciklikus permutáció, amely A-ból B-be, B-ből C-be megy, és így tovább. Ugyanígy a középső és bal oldali forgórész jelölhető M és L j és k forgásával. A titkosítási funkció ebben az esetben a következőképpen jeleníthető meg:

Az Enigma használatának eljárásai

A német fegyveres erőkben a kommunikációs létesítményeket különböző hálózatokra osztották, amelyek mindegyike saját kódolási beállításokkal rendelkezett az Enigma gépekhez. Az angol kódtörő központban, a Bletchley Parkban. Bletchley Park ) ezeket a kommunikációs hálózatokat kulcsoknak nevezték, és olyan kódneveket kaptak, mint Red, Chaffinch vagy Shark. Minden hálózaton működő egységhez új beállításokat rendeltek új időszakra. Az üzenet helyes titkosítása és visszafejtése érdekében a küldő és a fogadó gépeket azonos módon kellett konfigurálni, konkrétan a rotorok kiválasztását, a rotorok kiindulási helyzetét és a patch panel csatlakozásait kellett megegyezni. Ezeket a beállításokat előzetesen egyeztették, és speciális kódkönyvekben rögzítették.

Az Enigma titkosítási kulcs kezdeti állapota a következő paramétereket tartalmazza:

Rotor elhelyezése: rotor kiválasztása és elhelyezése.
A rotor kezdeti pozíciói: a kezelő választja ki, üzenetenként eltérő.
Gyűrűbeállítás: A rotor mintájának megfelelő ábécé gyűrű pozíciója.
Dugóbeállítások: Dugja be a csatlakozókat a javítópanelen.

Az Enigmát úgy tervezték meg, hogy a biztonság még azokban az esetekben is fennmaradjon, amikor a kém ismerte a rotor kialakítását, bár a gyakorlatban a beállításokat titokban tartották. Ismeretlen áramkör esetén a lehetséges konfigurációk száma 10 114 (kb. 380 bit ismert kapcsolási rajz és egyéb működési beállítások mellett) nagyságrendű lehet, ez a szám 10,23-ra (76 bitre) csökken. Az Enigma felhasználói biztosak voltak a biztonságában a lehetséges opciók nagy száma miatt. Irreális volt még egy lehetséges konfiguráció kiválasztásának megkezdése is.

Mutatók

A legtöbb kulcsot csak egy bizonyos ideig tartották meg, általában egy napig. Azonban minden új üzenethez a forgórészek új kezdeti helyzetét határozták meg. Ennek oka az volt, hogy ha az azonos beállításokkal elküldött üzenetek száma nagy, akkor egy több üzenetet alaposan áttanulmányozó kriptoanalizátor frekvenciaelemzés segítségével tud titkosítást kiválasztani az üzenetekhez. Hasonló ötletet használnak az "inicializálási vektor" elve a modern titkosításban. Ezeket a kezdeti pozíciókat a kriptogrammal együtt küldték el, a rejtjelezett szöveg előtt. Ezt az elvet „indikátor eljárásnak” nevezték. És éppen az ilyen indikációs eljárások gyengesége vezetett az első sikeres Enigma-kód feltöréséhez.

A korai indikációs eljárások egy részét lengyel kriptoanalitikusok használták kódok feltörésére. Az eljárás során a kezelő beállította a gépet a beállítások listája szerint, amely tartalmazza a rotorok fő kiindulási helyzetét. Tegyük fel, hogy a fő kulcsszó az AOH. A kezelő addig forgatta a rotorokat kézzel, amíg az AOH szót ki nem olvasta a rotor ablakaiból. Ezt követően a kezelő saját kulcsot választott az új üzenethez. Tegyük fel, hogy az operátor az EIN szót választotta. Ez a szó lett ennek az üzenetnek a kulcsszava. Ezután a kezelő még egyszer beírta az EIN szót a gépbe, hogy elkerülje a hibákat az átvitel során. Ennek eredményeként az EIN szó kétszeri beírása után a kriptogram az XHTLOA szót jelenítette meg, amely megelőzte a fő üzenet törzsét. Végül a kezelő ismét elforgatta a rotorokat a kiválasztott kulcsnak, ebben a példában az EIN-nek megfelelően, majd beírta az üzenet fő szövegét.

A titkosított üzenet kézhezvétele után a teljes művelet fordított sorrendben történt. A fogadó kezelő beírta a kezdeti beállításokat a gépbe (AOH kulcsszó), és beírta a fogadott üzenet első hat betűjét (XHTLOA). A fenti példában az EINEIN szó jelent meg, vagyis a fogadó operátor megértette, hogy a kulcsszó az EIN. Ezt követően a rotorokat EIN pozícióba állította, és bevitte a titkosított üzenet többi részét, és kimenetként tiszta, dekódolt szöveget kapott.

Ennek a módszernek két hátránya volt. Először használja a fő kulcsbeállításokat. Ezt utólag úgy változtatták meg, hogy az operátor saját kiindulási pozícióit választotta ki az indikátor titkosításához, és a kiindulási pozíciókat titkosítatlanul küldte el. A második probléma a kódkezelő által választott jelzőszó megismételhetősége volt, ami jelentős biztonsági hiba volt. Az üzenetkulcsot kétszer titkosították, ami természetes hasonlóságot eredményezett az első és negyedik, második és ötödik, harmadik és hatodik karakter között. Ez a hiba lehetővé tette a lengyel kódtörők számára, hogy már 1932-ben feltörjék az Enigma kódot. 1940-től azonban a németek megváltoztatták az eljárásokat a biztonság javítása érdekében.

A "GREEN" egy japán Enigma klón, egy keveset használt gép, amely négy, függőlegesen elhelyezett rotorral rendelkezik.

Az Egyesült Államokban William Friedman kriptoanalitikus feltalálta az M-325-öt, az Enigmához hasonló, logikai műveletekben hasonló rejtjelező gépet, bár felépítése eltérő.

Az egyedülálló forgógépet 2002-ben Tatjana van Vark holland kriptoanalitikus találta fel.

Enigma ma

Az Enigma „feltörésére” tett kísérleteket a végéig nem hozták nyilvánosságra

A német titkosítógépet nem a szavak kedvéért "Riddle"-nek hívták. A rádiólehallgatások rögzítésének és dekódolásának történetét legendák övezik, és ehhez nagyban hozzájárul a mozi. A német kódolóval kapcsolatos mítoszok és igazságok megtalálhatók anyagunkban.

Köztudott, hogy az ellenség üzeneteinek elfogását csak megbízható védelemmel vagy titkosításukkal lehet kivédeni. A titkosítás története évszázadokra nyúlik vissza – az egyik leghíresebb titkosítást Caesar-rejtjelnek hívják. Aztán megpróbálták gépesíteni a titkosítás és a visszafejtés folyamatát: megérkezett hozzánk az Alberti-korong, amelyet a 15. század 60-as éveiben készített Leon Battista Alberti, a Treatise on Ciphers szerzője – az egyik első könyv a titkosításról. titkosítás és visszafejtés.

A második világháború alatt Németország által használt Enigma gép nem volt egyedülálló. De viszonylagos egyszerűségében és széles körben elterjedt használatában különbözött a más országokban elfogadott hasonló eszközöktől: szinte mindenhol használható volt - terepen és tengeralattjárón egyaránt. Az Enigma története 1917-ig nyúlik vissza, amikor a holland Hugo Koch szabadalmat kapott rá. Feladata az volt, hogy forgó görgők segítségével néhány betűt másokkal helyettesítsen.

Az Enigma gépezet dekódolásának történetét főleg a tengeralattjárókról szóló hollywoodi kasszasikerekből ismerjük. Ezeknek a filmeknek azonban a történészek szerint kevés közük van a valósághoz.

Például az U-571 című 2000-es film amerikai tengerészek titkos küldetésének történetét meséli el, hogy elfogjanak egy Enigma titkosítógépet az U-571 német tengeralattjáró fedélzetén. Az akció 1942-ben játszódik az Atlanti-óceán északi részén. Annak ellenére, hogy a film látványos, a benne elmesélt történet egyáltalán nem felel meg a történelmi tényeknek. Az U-571-es tengeralattjáró valójában a náci Németország szolgálatában állt, de 1944-ben elsüllyesztették, és az amerikaiaknak csak a háború legvégén sikerült elfoglalniuk az Enigma gépet, és ez nem játszott komoly szerepet a győzelem közeledtében. . A film végén egyébként az alkotók történelmileg helytálló tényeket közölnek a kódoló rögzítéséről, de a film tanácsadójának, egy születésű angolnak a ragaszkodására jelentek meg. Másrészt a film rendezője, Jonathan Mostow azt mondta, hogy filmje "művészeti alkotás".

Az európai filmek igyekeznek megőrizni a történelmi pontosságot, de van bennük a művészi fikció is. Michael Apted 2001-es Enigma című filmje Tom Jericho matematikus történetét meséli el, akinek mindössze négy nap alatt meg kell oldania egy német titkosítógép frissített kódját. Természetesen a való életben sokkal tovább tartott a kódok megfejtése. Eleinte ezt a lengyel kriptológiai szolgálat végezte. És matematikusok egy csoportja - Marian Rejewski, Henryk Zygalski és Jerzy Rozicki - az elavult német titkosításokat tanulmányozva azt találta, hogy az úgynevezett napi kód, amelyet minden nap cseréltek, a kapcsolótábla beállításaiból, a rotorok felszerelésének sorrendjéből áll. , a gyűrűk helyzete és a forgórész kezdeti beállításai . Ez 1939-ben történt, még Lengyelország náci Németország általi elfoglalása előtt. Emellett a kifejezetten az Enigma elleni „küzdelemre” létrehozott lengyel „Ciphers Bureau” rendelkezésére állt egy működő gép több példánya, valamint egy elektromechanikus Bomba gép, amely hat páros német eszközből állt, és segítette a munkavégzést. kódokat. Később ő lett az Alan Turing találmánya, Bombe prototípusa.

A lengyel fél átadhatta fejlesztéseit a brit titkosszolgálatoknak, akik további munkát szerveztek a „rejtvény” feloldására. A britek egyébként a 20-as évek közepén kezdtek először érdeklődni az Enigma iránt, azonban gyorsan elvetették a kód megfejtésének gondolatát, nyilvánvalóan arra gondolva, hogy ez lehetetlen. A második világháború kezdetével azonban megváltozott a helyzet: nagyrészt a rejtélyes gépezetnek köszönhetően Németország ellenőrzése alatt tartotta az Atlanti-óceán felét, és élelmiszerrel és lőszerrel süllyesztette el az európai konvojokat. Ilyen körülmények között Nagy-Britanniának és a Hitler-ellenes koalíció többi országának feltétlenül át kellett hatolnia az Enigma-rejtvényt.

Sir Alistair Dennison, a State Code and Cipher School vezetője, amely a hatalmas Bletchley Park kastélyban, Londontól 50 mérföldre található, kitalálta és végrehajtotta az Ultra titkos hadműveletet, amely Cambridge-ben és Oxfordban tehetséges diplomásokhoz fordult, akik között volt a híres kriptográfus és matematikus Alan Turing. Turing munkája az Enigma gépi kódok feltörésén a 2014-es The Imitation Game című film témája. Turing még 1936-ban kifejlesztett egy absztrakt számítástechnikát, a "Turing-gépet", amely a számítógép modelljének tekinthető - egy olyan eszköz, amely képes megoldani bármilyen program formájában megjelenő problémát - műveletek sorozatát. A kód- és rejtjelező iskolában a Hut 8 csoportot vezette, amely a német haditengerészet kommunikációjának kriptoanalíziséért volt felelős, és számos módszert fejlesztett ki a német titkosító feltörésére. Turing csoportja mellett 12 ezer alkalmazott dolgozott a Bletchley Parkban. Az ő kemény munkájuknak köszönhető, hogy az Enigma kódokat sikerült megfejteni, de nem sikerült minden rejtjelet feltörni. Például a Triton titkosítás körülbelül egy évig működött sikeresen, és még akkor sem hozta meg a kívánt eredményt, amikor a „Bletchley srácok” feltörték, mivel túl sok idő telt el a titkosítás elfogásától az információ továbbításáig. a brit tengerészeknek.

A helyzet az, hogy Winston Churchill parancsára minden visszafejtő anyagot csak a titkosszolgálatok vezetői és az MI6-ot vezető Sir Stuart Menzies kaptak meg. Ilyen óvintézkedéseket tettek azért, hogy a németek ne vegyék észre, hogy a kódokat megszegték. Ugyanakkor ezek az intézkedések nem mindig működtek, majd a németek megváltoztatták az Enigma beállításait, ami után a visszafejtési munka újra elkezdődött.

Az Utánzójáték a brit és a szovjet kriptográfusok kapcsolatának témáját is érinti. A hivatalos London valóban nem bízott a Szovjetunió szakembereinek kompetenciájában, azonban Winston Churchill személyes megrendelésére 1941. július 24-én az Ultra bélyegzővel ellátott anyagokat Moszkvába szállították. Igaz, hogy kizárják annak lehetőségét, hogy ne csak az információforrást közöljék, hanem azt is, hogy Moszkva értesüljön a Bletchley Park létezéséről, minden anyagot titkosszolgálati információnak álcáztak. A Szovjetunió azonban 1939-ben értesült az Enigma megfejtésére irányuló munkáról, és három évvel később a szovjet kém, John Cairncross belépett a Kódok és Rejtjelek Állami Iskolája szolgálatába, aki rendszeresen elküldte az összes szükséges információt Moszkvának.

Sokan csodálkoznak azon, hogy a Szovjetunió miért nem fejtette meg a német „Rejtély” rádiólehallgatását, holott a szovjet csapatok már 1941-ben elfogtak két ilyen eszközt, és a sztálingrádi csatában Moszkvának még három eszköz állt rendelkezésére. A történészek szerint a modern elektronikus berendezések hiánya a Szovjetunióban abban az időben hatással volt.

1921. május 5-én egyébként a Cseka titkosítással és visszafejtéssel foglalkozó speciális osztályát hívták össze a Szovjetunióban. Az osztály dolgozóinak sok nem túl reklámozott győzelme volt, nyilvánvaló okokból - az osztály a hírszerzésért és a kémelhárításért dolgozott. Például számos ország diplomáciai kódexének nyilvánosságra hozatala már a húszas években. Megalkották saját titkosításukat is - a híres „orosz kódot”, amelyet, mint mondják, senki sem tudott megfejteni.

A német titkosítógépet nem a szavak kedvéért „Riddle”-nek hívták. A rádiólehallgatások rögzítésének és dekódolásának történetét legendák övezik, és ehhez nagyban hozzájárul a mozi. A német kódolóval kapcsolatos mítoszok és igazságok megtalálhatók anyagunkban.

Köztudott, hogy az ellenség üzeneteinek elfogását csak megbízható védelemmel vagy titkosításukkal lehet kivédeni. A titkosítás története évszázadokra nyúlik vissza – az egyik leghíresebb titkosítást Caesar-rejtjelnek hívják. Aztán megpróbálták gépesíteni a titkosítás és a visszafejtés folyamatát: megérkezett hozzánk az Alberti-lemez, amelyet a 15. század 60-as éveiben készített Leon Battista Alberti, a „Treatise on Ciphers” szerzője, amely az egyik első könyv a titkosírásokról. a titkosítás és a visszafejtés művészete.

A második világháború alatt Németország által használt Enigma gép nem volt egyedülálló. De viszonylagos egyszerűségében és széles körben elterjedt használatában különbözött a más országokban elfogadott hasonló eszközöktől: szinte mindenhol használható volt - terepen és tengeralattjárón egyaránt. Az Enigma története 1917-ig nyúlik vissza – akkor a holland Hugo Koch kapott rá szabadalmat. Feladata az volt, hogy forgó görgők segítségével néhány betűt másokkal helyettesítsen.

Az európai filmek igyekeznek megőrizni a történelmi pontosságot, de van bennük a művészi fikció is. Michael Apted 2001-es Enigma című filmje Tom Jericho matematikus történetét meséli el, akinek mindössze négy nap alatt meg kell oldania egy német titkosítógép frissített kódját. Természetesen a való életben sokkal tovább tartott a kódok megfejtése. Eleinte ezt a lengyel kriptológiai szolgálat végezte. És matematikusok egy csoportja - Marian Rejewski, Henryk Zygalski és Jerzy Rozicki - az elavult német titkosításokat tanulmányozva azt találta, hogy az úgynevezett napi kód, amelyet minden nap cseréltek, a kapcsolótábla beállításaiból, a rotorok felszerelésének sorrendjéből áll. , a gyűrűk pozíciói és a forgórész kezdeti beállításai . Ez 1939-ben történt, még Lengyelország náci Németország általi elfoglalása előtt. Emellett a kifejezetten az Enigma elleni „küzdelemre” létrehozott lengyel „Ciphers Bureau” rendelkezésére állt egy működő gép több példánya, valamint egy elektromechanikus Bomba gép, amely hat páros német eszközből állt, és segítette a munkavégzést. kódokat. Ő volt az, aki később a Bombe prototípusa lett, Alan Turing találmánya.

A lengyel fél átadhatta fejlesztéseit a brit titkosszolgálatoknak, akik további munkát szerveztek a „rejtvény” feloldására. A britek egyébként a 20-as évek közepén kezdtek először érdeklődni az Enigma iránt, azonban gyorsan elvetették a kód megfejtésének gondolatát, nyilvánvalóan arra gondolva, hogy ez lehetetlen. A második világháború kezdetével azonban megváltozott a helyzet: nagyrészt a titokzatos gépezetnek köszönhetően Németország ellenőrzése alatt tartotta az Atlanti-óceán felét, és élelmiszerrel és lőszerrel elsüllyesztette az európai konvojokat. Ilyen körülmények között Nagy-Britanniának és a Hitler-ellenes koalíció többi országának feltétlenül át kellett hatolnia az Enigma-rejtvényt.

Sir Alistair Dennison, a State Code and Cipher School vezetője, amely a hatalmas Bletchley Park kastélyban, Londontól 50 mérföldre található, kitalálta és végrehajtotta az Ultra titkos hadműveletet, amely Cambridge-ben és Oxfordban tehetséges diplomásokhoz fordult, akik között volt a híres kriptográfus és matematikus Alan Turing. Turing munkája az Enigma gépi kódok feltörésén a 2014-es The Imitation Game című film témája. 1936-ban Turing kifejlesztett egy absztrakt számítástechnikát, a „Turing-gépet”, amely a számítógép modelljének tekinthető - olyan eszköz, amely képes megoldani bármilyen program formájában megjelenő problémát - műveletek sorozatát. A kód- és rejtjelező iskolában a Hut 8 csoportot vezette, amely a német haditengerészet kommunikációjának kriptoanalíziséért volt felelős, és számos módszert fejlesztett ki a német titkosító feltörésére. Turing csoportja mellett 12 ezer alkalmazott dolgozott a Bletchley Parkban. Az ő kemény munkájuknak köszönhető, hogy az Enigma kódokat sikerült megfejteni, de nem sikerült minden rejtjelet feltörni. Például a Triton titkosítás körülbelül egy évig működött sikeresen, és még akkor sem hozta meg a kívánt eredményt, amikor a „Bletchley srácok” feltörték, mivel túl sok idő telt el a titkosítás elfogásától az információ továbbításáig. brit tengerészeknek.

Sokan csodálkoznak azon, hogy a Szovjetunió miért nem fejtette meg a német „Rejtély” rádiós lehallgatását, holott a szovjet csapatok még 1941-ben elfogtak két ilyen eszközt, és a sztálingrádi csatában Moszkvának még három eszköz állt a rendelkezésére. A történészek szerint a modern elektronikus berendezések hiánya a Szovjetunióban abban az időben hatással volt.

1921. május 5-én egyébként a Cseka titkosítással és visszafejtéssel foglalkozó speciális osztályát hívták össze a Szovjetunióban. Nyilvánvaló okokból – az osztály a hírszerzésért és a kémelhárításért dolgozott – nemigen volt meghirdetett győzelem az osztály dolgozóinak elismerésére. Például számos ország diplomáciai kódexének nyilvánosságra hozatala már a húszas években. Megalkották saját titkosításukat is - a híres „orosz kódot”, amelyet, mint mondják, senki sem tudott megfejteni.

Rizs. 3.1. Az Enigma titkosítógép megjelenése

Enigma ( Talány) - titkos üzenetek titkosítására és visszafejtésére használt hordozható titkosítógép. Pontosabban, az Enigma az elektromechanikus forgógépek egész családja, amelyeket a 20. század 20-as évei óta használnak.

Az Enigmát kereskedelmi célokra, valamint katonai és kormányzati szolgáltatásokra használták a világ számos országában, de leginkább Németországban terjedt el a második világháború idején. Ez a Wehrmacht Enigma (Wehrmacht Enigma)- a német katonai modell - legtöbbször a vizsgálat tárgya.

Bár az Enigma titkosítás meglehetősen gyenge volt kriptográfiai szempontból, a gyakorlatban csak ennek a tényezőnek a kombinációja másokkal, mint például a kezelői hibák, az eljárási hibák, valamint az Enigma-másolatok és kódkönyvek lefoglalása tette lehetővé az angol kriptoanalitikusok számára, hogy feltörjenek. Enigma titkosítással titkosított üzenetek.

Rizs. 3.2. Az Enigma elektromos áramköre (az "A" betű helyére "D" betű a szövegben)

Az Enigma titkosító hatása két egymás után lenyomott billentyűnél látható - az áram átfolyik a rotorokon, „visszaverődik” a reflektorról, majd ismét visszatér a rotorokon keresztül. Az ábrán látható szürke vonalak az egyes rotorokon belüli további lehetséges elektromos áramköröket mutatják. Az „A” betű a titkosított szövegben eltérően cserélődik az egymást követő gombnyomásokkal, először „G”, majd „C” betűvel. A forgórész forgása miatt a jel más utat választ.

A többi forgógéphez hasonlóan az Enigma is mechanikus és elektromos rendszerek kombinációjából állt. A mechanikus rész tartalmazott egy billentyűzetet, egy tengely mentén elhelyezett forgó korongokat (rotorokat), valamint egy lépcsős mechanizmust, amely minden billentyűleütéssel egy vagy több rotort hajt meg. A rotorok mozgása különböző karaktercseréket eredményez minden alkalommal, amikor megnyom egy gombot a billentyűzeten.

A mechanikus részek egy változó elektromos áramkört alkottak, vagyis a titkosítást elektromosan hajtották végre. A gombok megnyomásakor az áramkör bezárult, az áram áthaladt a különböző alkatrészeken, és végül felkapcsolta az egyiket a sok izzó közül, amelyek a kijelzett betűt mutatták. Például az „ANX...” kezdetű üzenet titkosításakor a kezelő először megnyomta az „A” gombot, és a „Z” lámpa kigyullad, vagyis a „Z” lett a kriptogram első betűje. A kezelő folytatta a titkosítást az „N” lenyomásával a billentyűzeten, és így tovább az eredeti üzenet végéig.

Az elektromos áramkör állandó változása, amelyen keresztül az áram átfolyt, a forgórészek forgása miatt lehetővé tette egy több alfabetikus helyettesítő titkosítás megvalósítását, amely nagy stabilitást adott erre az időre.

Rotorok

Rizs. 3.3. Az Enigma rotor bal oldala, lapos elektromos érintkezőket mutatva

Rizs. 3.4. A forgórész jobb oldala, tűs érintkezők láthatók

A rotorok az Enigma szíve. Mindegyik forgórész körülbelül 10 cm átmérőjű keménygumiból vagy bakelitből készült tárcsa, a rotor egyik oldalán rugós csapérintkezőkkel, kerületben elhelyezve; a másik oldalon megfelelő számú lapos elektromos érintkező található. A tű és az ásó érintkezői az ábécé betűinek felelnek meg; Ezek általában 26 „A”…„Z” betűből állnak. Érintkezéskor a szomszédos rotorok érintkezői egy elektromos áramkört alkotnak. A forgórészen belül minden tűs érintkező valamilyen lapos érintkezőhöz csatlakozik. A csatlakozási sorrend változhat.

A rotor maga reprodukálja a titkosítást a karakterek egyszerű cseréjével. Például az „E” betűt jelképező érintkező csatlakoztatható a rotor másik oldalán lévő „T” betű érintkezőjéhez. De ha több rotort használunk egy csomóban (általában három vagy négy), állandó mozgásuk miatt biztonságosabb típusú több alfabetikus titkosítás érhető el.

A rotor 26 pozíció egyikét foglalhatja el a gépben. Kézzel forgatható egy recézett ujjkerékkel, amely kifelé áll az ábrán látható módon. 3.5. Annak biztosítására, hogy a kezelő mindig meg tudja határozni a forgórész helyzetét, mindegyik peremen van egy ábécé-gyűrű; az egyik betű látszik az ablakon. A korai Enigma modellekben az ábécé gyűrűjét rögzítették; a későbbi verziókban egy bonyolultabb kialakítást vezettek be a beállítási lehetőséggel. Minden forgórész tartalmaz egy (vagy több) bevágást, amelyek a rotorok mozgásának szabályozására szolgálnak.

Rizs. 3.5. Szétszerelt rotor

rovátkolt gyűrű
Jelölőpont az "A" érintkezőhöz
ábécé gyűrű
ónozott érintkezők
vezeték
tűs érintkezők
rugókar a gyűrű beállításához
ujj
ujjgyűrű
kilincskerék

Rizs. 3.6. Három sorba kapcsolt rotor

Az Enigma katonai változatait több rotorral gyártották; az első modell csak hármat tartalmazott. 1938-ban öten voltak, de ebből egyszerre csak hármat használtak az autóban. Az ilyen típusú rotorokat az I, II, III, IV, V római számokkal jelölték, mindegyik egyetlen bevágással, az ábécé gyűrűjének különböző helyein. Haditengerészeti változatokban Wehrmacht Enigma több rotort tartalmazott, mint a többi: hat, hét vagy nyolc.

IN Wehrmacht Enigma Mindegyik rotor egy állítható gyűrűhöz van rögzítve, hornyokkal. Az öt alaprotor (I-V) egy-egy bevágással rendelkezett, míg a kiegészítő rotorokkal ellátott haditengerészeti rotorok (VI-VIII) kettővel. Egy bizonyos ponton a bevágás nekiesik a kilincsnek, lehetővé téve, hogy a gomb megnyomásakor a következő rotor racsnijába kapcsoljon. Ha a kilincs nem esik a mélyedésbe, egyszerűen végigcsúszik a gyűrű felületén anélkül, hogy elkapná a fogaskerekeket. Egy bevágásos rendszerben a második rotor egy pozíciót, míg az első 26-ot halad előre. Hasonlóképpen a harmadik rotor egy lépést, míg a második 26 lépést halad előre. Különlegessége az volt, hogy a második rotor is elfordult, ha a harmadik elfordult; ez azt jelenti, hogy a második forgórész kétszer is foroghat két egymást követő gombnyomással, az úgynevezett "kétlépcsős mozgás", ami a titkosítási periódus csökkenéséhez vezet.

Rizs. 3.7. Enigma rotorok összeszerelt állapotban. Három mozgatható rotor van elhelyezve két rögzített rész között: a bemeneti gyűrű és a reflektor (a bal oldalon "B" felirattal)

Bemeneti kerék

beviteli kerék ( Eintrittswalze németül), vagy bemeneti állórész, a patch panelt, vagy (ha hiányzik) a billentyűzetet és a lámpa panelt csatlakoztatja a rotorokhoz. Bár a vezetékek rögzített összekötése biztonsági szempontból viszonylag csekély jelentőséggel bír, Marjan Redzewski lengyel kriptoanalitikus munkájában némileg akadálynak bizonyult, amikor a rotorokon belüli vezetékek kapcsolási módszerét próbálta meghatározni. Az Enigma kereskedelmi változata a betűket a billentyűzeten való megjelenés sorrendjében kapcsolta össze: QA, WB, EC stb. A katonai változat azonban közvetlen ábécé sorrendben kapcsolta össze őket: AA, BB, CC stb.

Reflektor

A korai A és B modellek kivételével az utolsó rotort egy reflektor követte ( Umkehrwalze németül) szabadalmaztatott tulajdonság, amely megkülönböztette az Enigma családot az akkoriban kifejlesztett többi forgógéptől. A reflektor az utolsó forgórész érintkezőit páronként köti össze, az áramot a rotorokon át az ellenkező irányba, de más útvonalon kapcsolja át. A reflektor garantálja, hogy az Enigma által megvalósított transzformáció egy involúció, azaz. a visszafejtési folyamat szimmetrikus a titkosítási folyamattal. Ezenkívül a reflektor azt a tulajdonságot adja az Enigmának, hogy egyetlen betű sem titkosítható önmagában. Ez egy komoly elvi hiba volt, amelyet később a kódtörők kihasználtak.

A kémtörténetek mindig nagy érdeklődést váltanak ki a közvélemény körében. A széfeket feltörő és szupertitkos kódokat gond nélkül megoldó titkos ügynökök kalandos szelleme és hihetetlen találékonysága lenyűgözi a nézőket. De valójában legalább az utolsó ponttal minden sokkal prózaibb.

30 09 2015
16:19

A titkosszolgálatokban mindenkinek megvan a maga feladata – az, amellyel ez a szakember a legjobban megbirkózik. Az adattitkosítás terén pedig egyáltalán nem az emberek, hanem a gépek a leghatékonyabb dolgozók. Beszéljünk róluk.

A világ leghíresebb titkosítógépe, amelyet a náci Németország használt a második világháború alatt. A Harmadik Birodalom parancsnoksága az ő segítségével továbbította a legtöbb titkos információt. Ismerni kellett az ellenség terveit, de lehetetlennek bizonyult elfogni azt, aki elárulja az Enigma titkát.

Ma, évtizedekkel később, kellő részletességgel bárkinek el tudjuk magyarázni a szerkezetét.

Az 1920-as évekből származó hordozható készülék bőröndnek tűnt, akárcsak az akkori hagyományos írógépek. De a szabványos billentyűzet és a papírlapot mozgató görgők mellett az Enigma helyének jelentős részét elektronikus és mechanikus alkatrészek foglalták el.

A gép három rotor és egy lépcsős mechanizmus működésén alapul, amely egy vagy több rotort mozgat egy gomb megnyomására.

A magyarázat nélküli diagram meglehetősen bonyolultnak tűnik, ezért rövid magyarázatra van szükség. Amikor megnyomtak egy gombot, az áthaladó áram megmozgatta a jobb oldali forgórészt. Attól függően, hogy melyik betű vagy szimbólum következett, a második és a harmadik rotor egymás után váltott (egyes modelleknél 4 rotor volt). Ezután az áram a forgórészek utáni elektromos áramkörben elhelyezett reflektorról visszaverődött, és visszakerült hozzájuk, de más módon, ennek megfelelően eltolva őket. Ennek megfelelően a kimenet egy teljesen más betűkből álló szöveg volt, mint amit az operátor gépelt. Az elektromos áramkör konfigurációjának állandó változása miatt a titkosítás megbízhatóbb volt, bár egyes betűk egyszerű cseréje volt másokkal.

Ennek a titkosítási módszernek számos hátránya volt, és az egyik fő az volt, hogy nem lehetett bármilyen karaktert önmagán keresztül titkosítani. Az Enigma ezt a reflektornak köszönhette, ami segített a rejtjel bonyolultabbá tételében, de végül nagyban leegyszerűsítette a kódtörők munkáját.

Az Enigma kód megfejtése világhírnevet hozott a kódját megfejtő embernek - Alan Turingnek. Illetve leggyakrabban így emlegetik ezt a tényt. Valójában a brit matematikus és kriptográfus nem vett részt közvetlenül a visszafejtésben. Kifejlesztett egy matematikai logikai apparátust a Bombe számára, egy olyan gépet, amelynek segítségével a hírszerzés és a kémelhárítás szakemberei közvetlenül megfejtették a kódot.

Ha maga az Enigma egy írógép méretű volt, akkor a Bombe 2,5 tonnát nyomott, és egy nagy, 3x2,1x0,6 méteres szekrény analógja volt. A háború után az összes Bombét megsemmisítették, mint szükségtelent (és a titoktartás érdekében). A modern tudósoknak 2 évbe telt a helyreállítása - olyan bonyolultnak bizonyult.

Furcsa és nem biztonságos döntés lenne egyféle módon titkosítani az összes kommunikációt mind a közönséges egységek között, mind a parancson belül. Ezért a második világháború második, valamivel kevésbé híres titkosítógépe Lorenz volt. Ellentétben az Enigmával, ez az eszköz nagyon nehézkes volt, és nem volt alkalmas ideiglenes táborozásra és gyors mozgásokra, ezért főként nagy központokban helyezték el. Miért nem tették kompaktabbá a németek, akik megértették a mobilitás előnyeit? A válasz erre a céljában rejlik – teletípus segítségével folyamtitkosítást állított elő. A teletype egy olyan eszköz, amely egy írógép elektronikus elemekkel, amelyek üzenetet küldenek egy csatornán (általában vezetékes csatornán).

Fotó: Lorenz burkolattal és anélkül

Ugyanaz a gép tudott szöveget titkosítani és visszafejteni, ami meglehetősen kockázatos volt, de indokolt, hiszen parancslefoglalás esetén semmilyen eszköz nem segít. Az információkat 12 lemez segítségével kódolták, amelyek a gép két részében helyezkedtek el. 3 részre osztották őket - psi-, chi- és mu-lemezekre, amelyek mindegyike bizonyos számú érintkezővel rendelkezett. Az elérhetőségek cseréje negyedévente, havonta egyszer, illetve naponta egyszer történt. Az üzenetet perforált papírszalaggal (a modern adathordozó prototípusa) továbbították, amelyre a fogadó fél gépe lyukasztotta.

Azonban minden trükkös anyához van egy menetes csavar. A brit hírszerzésnek létre kellett hoznia egy Colossus nevű gépet, amely erősebb volt (az elvégzett feladatokhoz képest), mint a jóval későbbi Pentium 1996.

Ezt az eszközt néha a világ egyik első számítógépének nevezik, bár a szó szó szoros értelmében nem az. Mechanizmusa tartalmazott digitális funkciókat ellátó elektronikus áramköröket, de nem volt memória önmagában - helyette zárt hurkú lyukszalagot használtak. Másfél ezer vákuumcső, több egymást cserélő operátor, külön helyiség és hihetetlen mennyiségű lyukszalag - így nézett ki a német parancsnokság üzeneteinek megfejtésére szolgáló installáció.

Hogyan működött? Az elfogott üzeneteket lyukszalagra írták, és körülbelül 80 km/órás sebességgel haladtak át a gépen. Minden karaktert 5 területre kódoltak, amelyek helyett egy lyuk vagy egy szalagszakasz helyezhető el. Ezután a Bill Tutt által felépített Lorenz statisztikai modell segítségével a gép 501 mintán keresztül futtatta a kapott információt (ennyit azonosítottak az ilyen típusú titkosításhoz), és egyezéseket talált, elemezve az adatokat, és nyomtatott formában elkészítette az eredményt. Ez a módszer lehetővé tette számunkra, hogy a dekódolásra fordított időt néhány napról néhány órára csökkentsük.

Láthatja, hogy a titkos kódok létrehozására és feltörésére szolgáló gépek mérete igen változatos volt. Vagyis pontosan ez a helyzet, amikor a törés nem egyszerűbb, mint az építés.

Folytatódik a titkosítási és visszafejtési technológiákról szóló cikksorozat.

Dmitrij Potapkin, különösen az Obzor.press számára.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete