Το Enigma cipher ήταν ένας κρυπτογράφηση πεδίου που χρησιμοποιούσαν οι Γερμανοί κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου. Το Enigma είναι ένα από τα πιο διάσημα μηχανήματα κρυπτογράφησης στην ιστορία. Η πρώτη μηχανή Enigma εφευρέθηκε από έναν Γερμανό μηχανικό ονόματι Arthur Scherbius στο τέλος του Α' Παγκοσμίου Πολέμου. Χρησιμοποιήθηκε εμπορικά από τις αρχές της δεκαετίας του 1920 και χρησιμοποιήθηκε επίσης από τις στρατιωτικές και κυβερνητικές υπηρεσίες ορισμένων χωρών, συμπεριλαμβανομένης της Γερμανίας, πριν και κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου για τη μετάδοση κωδικοποιημένων μηνυμάτων. Πολλά διαφορετικά μοντέλα Enigma έχουν παραχθεί, αλλά το γερμανικό στρατιωτικό μοντέλο και ο γερμανικός κρυπτογράφηση «Enigma» είναι τα πιο διάσημα και συζητημένα.
Σπάζοντας τον κρυπτογράφηση Enigma κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου
Μερικοί ιστορικοί πιστεύουν ότι το σπάσιμο του κωδικού Enigma ήταν η πιο σημαντική νίκη για τις Συμμαχικές δυνάμεις κατά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο. Η μηχανή Enigma επέτρεψε δισεκατομμύρια τρόπους κωδικοποίησης μηνυμάτων, καθιστώντας απίστευτα δύσκολο για άλλες χώρες να σπάσουν τους γερμανικούς κώδικες κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου. Για λίγο ο κώδικας φαινόταν άτρωτος. Μετά ο Άλαν Τούρινγκ καιάλλοι ερευνητές εκμεταλλεύτηκαν αρκετά ελαττώματα στην εφαρμογή του κώδικα Enigma και απέκτησαν πρόσβαση σε γερμανικά βιβλία κωδικών, επιτρέποντάς τους να δημιουργήσουν μια μηχανή που ονομάζεται Bombe. Βοήθησε να σπάσουν οι πιο δύσκολες εκδοχές του Enigma. Η Πολωνία το 2007 εξέδωσε ένα νόμισμα προς τιμήν της 75ης επετείου από την κατάρριψη του κωδικού Enigma - 2 złoty από βόρειο χρυσό. Στο κέντρο είναι το οικόσημο της Πολωνίας και σε κύκλο υπάρχει ένας τροχός Enigma.
Το νόημα του σπάσιμου κρυπτογράφησης για τους συμμάχους
Μερικοί ιστορικοί πιστεύουν ότι το hack Enigma ήταν η πιο σημαντική νίκη για τις Συμμαχικές Δυνάμεις κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου. Χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες που αποκρυπτογραφούσαν από τους Γερμανούς, οι Σύμμαχοι μπόρεσαν να αποτρέψουν πολλές επιθέσεις. Αλλά για να αποφύγουν την υποψία ότι βρήκαν τρόπο να αποκρυπτογραφήσουν τα μηνύματα, οι Σύμμαχοι έπρεπε να επιτρέψουν κάποιες επιθέσεις, παρά το γεγονός ότι είχαν τη γνώση να τους σταματήσουν. Αυτό περιγράφεται στην ταινία "The Imitation Game", που κυκλοφόρησε το 2014.
Machine "Enigma": περιγραφή, εξαρτήματα
Το μηχάνημα Enigma αποτελείται από πολλά μέρη, όπως το πληκτρολόγιο, την πλακέτα, τους ρότορες και τα εσωτερικά ηλεκτρονικά κυκλώματα. Ορισμένα από αυτά έχουν πρόσθετα χαρακτηριστικά. Τα κωδικοποιημένα μηνύματα ήταν ένα σύνολο γραμμάτων που μετατράπηκαν σε σαφή πρόταση όταν αποκρυπτογραφούνταν. Οι μηχανές Enigma χρησιμοποιούν μια μορφή κρυπτογράφησης υποκατάστασης. Η κρυπτογράφηση αντικατάστασης είναι ένας απλός τρόπος κωδικοποίησης μηνυμάτων, αλλά τέτοιοι κωδικοί είναι αρκετά εύκολο να σπάσουν. Αλλά το μηχάνημα Enigma είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να προχωρά ο σωστός ρότοραςμία θέση αμέσως μετά το πάτημα του πλήκτρου enter. Έτσι, η κρυπτογράφηση των γραμμάτων αρχίζει στην πραγματικότητα ενώ οι ρότορες βρίσκονται στη θέση που προηγείται του ΑΑΑ. Συνήθως αυτή η θέση είναι AAZ.
Πώς λειτουργεί το Enigma cipher
Ένα απλό παράδειγμα ενός σχήματος κρυπτογράφησης υποκατάστασης είναι ο κρυπτογράφηση του Caesar. Συνίσταται στην αλλαγή της θέσης κάθε γράμματος του αλφαβήτου. Για παράδειγμα, όταν μετατοπιστεί κατά 3 θέσεις, το γράμμα A θα πάρει τη θέση του G. Αλλά ο κρυπτογράφησης της μηχανής Enigma ήταν αναμφίβολα πολύ πιο ισχυρός από τον απλό κρυπτογράφηση του Καίσαρα. Χρησιμοποιούν μια μορφή κρυπτογράφησης αντικατάστασης, αλλά κάθε φορά που ένα γράμμα αντιστοιχιζόταν με ένα άλλο, ολόκληρο το σχήμα κωδικοποίησης άλλαζε. Παραλλαγές κρυπτογράφησης Enigma - στην παρακάτω φωτογραφία.
Μετά το πάτημα κάθε κουμπιού, οι ρότορες μετακινούνται και κατευθύνουν το ρεύμα σε διαφορετική διαδρομή προς ένα άλλο ανοιχτό γράμμα. Έτσι, για το πρώτο πάτημα πλήκτρου, δημιουργείται μια κωδικοποίηση και για το δεύτερο πάτημα πλήκτρων, μια άλλη. Αυτό αυξάνει σημαντικά τον αριθμό των πιθανών επιλογών κωδικοποίησης, επειδή κάθε φορά που πατάτε ένα πλήκτρο στο μηχάνημα Enigma, οι ρότορες γυρίζουν και ο κωδικός αλλάζει.
Η αρχή της μηχανής Enigma
Όταν πατιέται ένα πλήκτρο στο πληκτρολόγιο, ένας ή περισσότεροι ρότορες μετακινούνται για να σχηματίσουν μια νέα διαμόρφωση ρότορα που θα κωδικοποιεί ένα γράμμα ως άλλο. Ρεύμα ρέει μέσα από το μηχάνημα και ένα φως στην πλακέτα της λάμπας ανάβει για να υποδείξει το γράμμα εξόδου. Ένα παράδειγμα κρυπτογράφησης Enigma μοιάζει με αυτό: εάν πατηθεί το πλήκτρο P και η μηχανή Enigma κωδικοποιεί αυτό το γράμμα ως A, στοο πίνακας της λάμπας θα ανάβει το Α. Κάθε μήνα, οι χειριστές Enigma λάμβαναν βιβλία κωδικών που έδειχναν ποιες ρυθμίσεις θα χρησιμοποιούσαν κάθε μέρα.
Σχήμα κρυπτογράφησης
Το κύκλωμα ήταν παρόμοιο με ένα παλιομοδίτικο patch panel τηλεφώνου που έχει δέκα καλώδια, με δύο άκρα σε κάθε καλώδιο που μπορούν να συνδεθούν σε μια υποδοχή. Κάθε καλώδιο βύσματος μπορεί να ζευγαρώσει δύο γράμματα συνδέοντας το ένα άκρο του καλωδίου σε μια υποδοχή γραμμάτων και το άλλο άκρο στο άλλο γράμμα. Τα δύο γράμματα στο ζεύγος θα εναλλάσσονται, επομένως εάν το B συνδεθεί με το G, το G γίνεται B και το B γίνεται G. Αυτό παρέχει ένα επιπλέον επίπεδο κρυπτογράφησης για τους στρατιωτικούς.
Κωδικοποίηση μηνύματος
Κάθε ρότορας μηχανής έχει 2626 αριθμούς ή γράμματα. Η μηχανή Enigma μπορεί να χρησιμοποιήσει τρεις ρότορες τη φορά, αλλά αυτοί μπορούν να αλλάξουν από πέντε σετ, με αποτέλεσμα χιλιάδες πιθανές διαμορφώσεις. Το «κλειδί» του κρυπτογράφησης Enigma αποτελείται από πολλά στοιχεία: τους ρότορες και τη σειρά τους, τις αρχικές τους θέσεις και το σχήμα μετατόπισης. Υποθέτοντας ότι οι ρότορες κινούνται από αριστερά προς τα δεξιά και το γράμμα Α πρόκειται να κρυπτογραφηθεί, τότε όταν το γράμμα Α είναι κρυπτογραφημένο, κάθε ρότορας βρίσκεται στην αρχική του θέση - ΑΑΑ. Καθώς οι ρότορες κινούνται από αριστερά προς τα δεξιά, ο χαρακτήρας Α θα περάσει πρώτα από τον τρίτο. Κάθε ρότορας εκτελεί μια λειτουργία αντικατάστασης. Επομένως, αφού ο χαρακτήρας A περάσει από τον τρίτο, βγαίνει ως B. Τώρα το γράμμα B εισάγεται μέσω του δεύτερου ρότορα, όπου αντικαθίσταται από το J, και στο πρώτο το J αλλάζει σε Z. Αφού περάσει ο κρυπτογράφησης Enigmaμέσα από όλους τους ρότορες, πηγαίνει στον εκτροπέα και περνάει από μια άλλη απλή αντικατάσταση.
Κλειδί για αποκρυπτογράφηση μηνυμάτων
Μετά την έξοδο από τον ανακλαστήρα, το μήνυμα αποστέλλεται μέσω των ρότορων προς την αντίθετη κατεύθυνση, με την αντίστροφη αντικατάσταση. Μετά από αυτό, το σύμβολο A θα μετατραπεί σε U. Κάθε ρότορας, στο χείλος, έχει ένα αλφάβητο, έτσι ο χειριστής μπορεί να ορίσει μια συγκεκριμένη σειρά. Για παράδειγμα, ο χειριστής θα μπορούσε να περιστρέψει τον πρώτο ρότορα για να εμφανίσει D, να περιστρέψει τον δεύτερο για να εμφανίσει το K και την τρίτη υποδοχή για να εμφανίσει P. Με το αρχικό σύνολο τριών αριθμών ή γραμμάτων να εμφανίζεται στο μηχάνημα του αποστολέα όταν άρχισε να πληκτρολογεί το μήνυμα, ο παραλήπτης μπορεί να το αποκωδικοποιήσει ρυθμίζοντας την ίδια μηχανή του Enigma στις αρχικές ρυθμίσεις αποστολέα.
Μειονεκτήματα της μεθόδου κρυπτογράφησης Enigma
Το κύριο μειονέκτημα του Enigma cipher ήταν ότι το γράμμα δεν μπορούσε ποτέ να κωδικοποιηθεί όπως είναι. Με άλλα λόγια, το A δεν θα κωδικοποιηθεί ποτέ ως A. Αυτό ήταν ένα τεράστιο ελάττωμα στον κώδικα Enigma επειδή παρείχε μια πληροφορία που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αποκρυπτογράφηση μηνυμάτων. Εάν οι αποκωδικοποιητές μπορούσαν να μαντέψουν τη λέξη ή τη φράση που πιθανότατα θα εμφανιζόταν στο μήνυμα, αυτές οι πληροφορίες θα τους βοηθούσαν να αποκρυπτογραφήσουν τον κώδικα. Δεδομένου ότι οι Γερμανοί έστελναν πάντα το μήνυμα για τον καιρό στην αρχή και συνήθως περιλάμβαναν μια φράση με τον παραδοσιακό χαιρετισμό τους στο τέλος του μηνύματος, βρέθηκαν φράσεις που προσεγγίζουναποκωδικοποιητές για ξετύλιγμα.
Το αυτοκίνητο του Alan Turing και του Gordon Welchman
Ο Alan Turing και ο Gordon Welchman ανέπτυξαν μια μηχανή που ονομάζεται Bombe που χρησιμοποίησε ηλεκτρικό κύκλωμα για να αποκρυπτογραφήσει ένα κωδικοποιημένο μήνυμα Enigma σε λιγότερο από 20 λεπτά. Το μηχάνημα Bombe προσπάθησε να προσδιορίσει τις ρυθμίσεις του ρότορα και το κύκλωμα του μηχανήματος Enigma που χρησιμοποιήθηκε για την αποστολή ενός δεδομένου κωδικοποιημένου μηνύματος. Το τυπικό βρετανικό όχημα Bombe ήταν ουσιαστικά 36 οχήματα Enigma συνδεδεμένα μεταξύ τους. Έτσι, μοντελοποίησε πολλές μηχανές Enigma ταυτόχρονα.
Πώς έμοιαζε η βόμβα
Οι περισσότερες μηχανές Enigma είχαν τρεις ρότορες και κάθε ένας από τους προσομοιωτές Enigma στο Bombe είχε τρία τύμπανα, ένα για κάθε ρότορα. Τα τύμπανα του Bombe είχαν χρωματική κωδικοποίηση για να ταιριάζουν με τον ρότορα που προσομοίωσαν. Τα τύμπανα ήταν τοποθετημένα έτσι ώστε το επάνω μέρος των τριών να προσομοιώνει τον αριστερό ρότορα του Enigma, το μεσαίο να προσομοιώνει τον μεσαίο ρότορα και το κάτω μέρος να προσομοιώνει τον δεξιό ρότορα. Για κάθε πλήρη περιστροφή των άνω κυλίνδρων, τα μεσαία καρούλια αυξάνονταν κατά μία θέση, το ίδιο συνέβη με τους μεσαίους και κάτω τροχούς, ανεβάζοντας τον συνολικό αριθμό θέσεων σε 17.576 θέσεις της μηχανής Enigma με 3 ρότορες.
Εργασία αποκωδικοποιητή
Για κάθε διαμόρφωση ρότορα, σε κάθε στροφή των τυμπάνων, το μηχάνημα Bombe έκανε μια υπόθεση σχετικά με τη ρύθμιση του κυκλώματος, για παράδειγμα, ότι το A είναι συνδεδεμένο στο Z. Εάν η υπόθεση αποδεικνύεται λανθασμένη, το μηχάνημα απορρίπτεται και δεν το χρησιμοποίησα ξανά και δεν ξόδεψε χρόνο για έλεγχοκάποιο από αυτά αργότερα. Η μηχανή Bombe άλλαξε τις θέσεις του ρότορα και επέλεξε μια νέα εικασία και επαναλαμβάνει αυτή τη διαδικασία μέχρι να εμφανιστεί μια ικανοποιητική ρύθμιση ρύθμισης. Αν το μηχάνημα «μάντεψε» ότι το Α ήταν συνδεδεμένο στο Ζ, τότε καταλάβαινε ότι το Β πρέπει να συνδεθεί στο Ε κ.ο.κ. Εάν η δοκιμή δεν καταλήξει σε αντίφαση, το μηχάνημα θα σταματούσε και ο αποκωδικοποιητής θα χρησιμοποιούσε την επιλεγμένη διαμόρφωση ως κλειδί για το μήνυμα.
