Энигма ( англ. Enigma ) - шифровальная машина времен Второй Мировой Войны. Энигма - типичный представитель класса так называемых дисковых шифровальных машин, поскольку основой ее механизма есть диски с 26-ю перепайки. Первые упоминания о Энигму относятся к 1918 году.
Использовалась для шифрования и дешифрования секретных сообщений. Точнее, Энигма - это целая семья электромеханических машин, применявшихся с 20-х годов XX века.
Энигма использовалась в коммерческих целях, а также в военных и государственных службах во многих странах мира, но наибольшее распространение получила в нацистской Германии во время Второй мировой войны. Именно Энигма вермахта (Wehrmacht Enigma) - немецкая военная модель - чаще всего является предметом дискуссий. Эта машина получила дурную славу, так как криптоаналитик Антигитлеровской коалиции смогли расшифровать большое количество сообщений, зашифрованных с ее помощью.Специально для этих целей была создана машина с кодовым названием «Бомба», что сделала значительное содействие Антигитлеровской коалиции в войне. Вся информация, полученная криптоанализа с ее помощью, имела кодовое название ULTRA.
Хотя с точки зрения криптографии шифр Энигмы был слабый, на практике только сочетание этого фактора с другими, такими как ошибки операторов, процедурные изъяны, предположение о тексте сообщений (например при передаче метеосводок) и захват экземпляров Энигмы и шифровальных книг, позволило разгадывать шифры и читать сообщения.
Описание
Трироторна военная немецкая шифровальная машина Энигма (версия с метками)
Конструкция роторов машины Энигма
Как и другие роторные машины, Энигма состояла из комбинации механических и электрических систем. Механическая часть включала клавиатуру, набор дисков (роторов), вращающиеся, которые были расположены вдоль вала и прилегали к нему, и ступенчатого механизма, движущего один или более роторы при каждом нажатии клавиши. Конкретный механизм работы мог быть разным, но общий принцип был таков: при каждом нажатии клавиши крайние справа ротор сдвигается на одну позицию, а при определенных условиях сдвигаются и другие роторы. Движение роторов приводит к различным криптографических преобразований при каждом следующем нажатии клавиши на клавиатуре. Механические части двигались, образуя электрический контур, меняется, т.е., фактически, шифрование букв осуществлялось электрически. При нажатии клавиш, контур замыкался, ток проходил через различные компоненты и в результате включал одну из множества лампочек, отражала букву, которая выводилась. Например, при шифровании сообщения, начинающаяся с ANX, оператор сначала нажимал кнопку A, и загоралась лампочка Z, т.е. Z становилась первой буквой криптограммы. Оператор продолжал шифрование N так же, и так далее. Для объяснения принципа работы Энигмы приведена диаграмма слева. Диаграмма упрощена: на самом деле механизм состоял из 26 лампочек, клавиш, переключателей и электрических схем внутри роторов. Ток шел из батареи (1) через переключатель (2) в коммутационную панель (3). Коммутационная панель позволяла перекоммутировать соединения между клавиатурой (2) и неподвижным входным колесом (4). Далее ток проходил через разъем (3), в данном примере неиспользуемый, входное колесо (4) и схему соединений трех (в армейской модели) или четырех (в военно-морской модели) роторов (5) и входил в рефлектор ( 6). Рефлектор возвращал ток обратно, через роторы и входное колесо, но уже по другому пути, далее через разъем «S», соединенный с разъемом «D», через другой переключатель (9), и зажигалась лампочка.
Таким образом, постоянное изменение электрической цепи, через который шел ток, вследствие вращения роторов позволяло реализовать багатоалфавитний шифр подстановки, что давало высокую устойчивость шифра для того времени.
Роторы
Левая сторона ротора Энигмы, видно плоские электрические контакты. Правая сторона ротора, видно штыревые контакты. Римская V идентифицирует электропроводку ротора.Роторы - это сердце Энигмы. Каждый ротор был диском примерно 10 см в диаметре, сделанный из твердой резины или бакелита, с пружинными штыревыми контактами на одной стороне ротора, расположенными по кругу. На другой стороне находилась соответствующее плоских электрических контактов. Штыревые и плоские контакты соответствовали буквам в алфавите, обычно это были 26 букв от A до Z. При столкновении контакты соседних роторов замыкали электрическую цепь. Внутри ротора каждый штыревой контакт был соединен с одним из плоских. Порядок соединения мог быть разным.
Сам по себе ротор производил очень простой тип шифрования: элементарный шифр замены. Например, контакт, отвечающий за букву E, мог быть соединен с контактом буквы T на другой стороне ротора. Но при использовании нескольких роторов в связке (обычно трех или четырех) за счет их постоянного движения получается надежнее шифрование.
Военные модели Энигмы выпускались с разным количеством роторов. Первая модель содержала только три, 15 декабря 1938 их стало пять, но только три из них одновременно использовались в машине. Эти типы роторов были маркированы римскими числами от I до V, и у каждого была одна выемка, расположена в разных местах алфавитного кольца. В военно-морских моделях всегда находилось большое количество роторов, чем в других: шесть, семь или восемь. Эти дополнительные роторы маркировались числами VI, VII и VIII, все с разной электропроводкой. Все они содержали по две выемки около букв «N» и «A», что обеспечивало более частые повороты роторов.
Чотирьохроторна военно-морская модель Энигмы, M4 имела один дополнительный ротор, хотя была такого же размера, что и трьохроторна, за счет более тонкого рефлектора.Существовали два типа этого ротора: Бета и Гамма. В процессе шифрования он не двигался но мог быть установлен вручную на любую из 26 различных позиций.
Ступенчатый движение роторов
Каждый ротор был прикреплен к шестеренки с 26 зубьями (храповика), а группа собачек затрагивала зубцы шестеренок. Собачки выдвигались вперед одновременно с нажатием клавиши на машине. Если собачка цепляла зубец шестеренки, то ротор вращался на один шаг. В армейской модели Энигмы каждый ротор был прикреплен к регулируемому кольца с выемками. Пять базовых роторов (I - V) имели по одной выемке, тогда как в военно-морской модели (VI - VIII) - по две. В определенный момент выемка попадала напротив собачки, позволяя ей зацепить храповик следующего ротора при следующем нажатии клавиши. Когда собачка не попадала в выемку, она просто проскальзывала по поверхности кольца, не цепляя шестеренки. В системе с одной выемкой второй ротор продвигался вперед на одну позицию за то же время, первый - на 26.Аналогично, третий ротор продвигался на один шаг за то же время, за которое второй делал 26 шагов. Особенностью машины было то, что второй ротор также поворачивался, если вращающийся третий. Это означает, что второй ротор мог обернуться дважды при двух последовательных нажатиях клавиш - так называемый «двухшаговый движение», что приводило к уменьшению периода.
Двухшаговый движение отличает функционирование роторов от нормального одометра. Двойной шаг реализовывался следующим образом: первый ротор вращался, заставляя второй также повернуться на один шаг. И, если второй ротор продвинулся в нужную позицию, то третья собачка затрагивала третий шестеренку. На следующем шаге эта собачка толкала шестеренку и продвигала ее, а также продвигала и второй ротор. С тремя дисками и только с одной выемкой в ??первом и втором диске машина имела период 26x25x26 = 16 900. Как правило, сообщения не превышали пары сотен символов, следовательно, не было риска повтора позиции роторов при написании сообщения. В чотирьохроторних военно-морских моделях никаких изменений в механизм внесено не было. Собачек было только три, то есть четвертый ротор никогда не двигался, но мог быть вручную установлен на одну из 26 позиций. При нажатии клавиши, роторы оборачивались к замыканию электрической цепи.
