Система шифрования энигма: Алгоритм Энигмы / Хабр

Код Энигмы

Криптоанализ — наука о методах расшифровки закодированной информации без использования исходного ключа. Криптографы, напротив, занимаются шифрованием текстов и других данных.

Парадоксально, но шифровальная машина «Энигма» создавалась не для военных, а для засекречивания деловых переговоров. Разработал и запатентовал устройство в 1918 году немецкий инженер
Артур Шербиус. «Энигма» первой серии весила более 50 кг. Из-за высокой стоимости и сложности в использовании шифровальная машина поначалу не привлекла внимания покупателей. За пять лет Шербиусу удалось продать всего несколько экземпляров для нужд иностранных армий и компаний связи.

Артур Шербиус 

1878–1929

Изобретатель шифровальной машины «Энигма», что в переводе с греческого означает «загадка». В 1908 году окончил Ганноверский университет, а спустя десять лет организовал частную фирму «Шербиус и Риттер», занимавшуюся производством «Энигмы». Изобретатель не дожил до триумфа своего детища — погиб в 1929 году в результате несчастного случая.

По достоинству шифровальную машину оценили в немецкой армии. В 1925 году её принял на вооружение сначала военно-морской флот (модель Funkschlussen С), а в 1930‑м и вермахт («Энигма I»). Общее количество шифраторов, произведённых до и во время Второй мировой войны, превысило 100 тысяч. Применялись они всеми видами вооружённых сил фашистской Германии, а также военной разведкой и службой безопасности.

Шифры «Энигмы»

Оператор шифровал сообщение по кодовой книге. Записи в ней выглядели так:

Мы видим установки на 31-й день месяца (код менялся каждый день). Оператор должен выбрать рефлектор В, выставить на роторах IV, I, VII буквы C, T и R соответственно. Далее идёт порядок замыкания контактов на кросс-панели. При шифровании операторы следовали общим правилам: пробелы не ставятся, знаки препинания обозначаются символами (например, запятая — YY, а кавычки — Х). Помимо дневного кода каждое сообщение имело свой ключ (положение роторов), который в зашифрованном виде отправлялся вместе с текстом сообщения. 

Что же представляла собой эта машина? В основе конструкции 3 вращающихся барабана (диска) с 26 электрическими контактами на каждом — по числу букв латинского алфавита. Этими контактами барабаны соприкасались друг с другом и обеспечивали прохождение электрического импульса. На торцы контактов были нанесены буквы. Перед началом работы оператор выставлял на всех трёх барабанах кодовое слово и печатал текст на клавиатуре. Каждый диск отвечал за элементарный шифровальный шаг — замену одной буквы на другую, к примеру P на W. Три диска кратно усложняли логику шифрования. Каждое нажатие клавиши вызывало электрический импульс, который, проходя сквозь барабаны, проворачивал первый диск на один шаг. После того как первый барабан совершал полный оборот, в дело вступал второй, потом третий — походило на работу электросчётчика.

Электрический сигнал, пройдя сквозь барабаны, поступал в рефлектор шифровальной машины. Он состоял из 13 проводников, представлявших собой пары контактов на задней стороне третьего диска. Рефлектор посылал электрический сигнал обратно в барабаны, но уже по новому пути — это значительно усложняло механику шифрования. Далее электрический импульс зажигал одну из лампочек-индикаторов, которые показывали букву шифруемого текста.

Шифровальное устройство М-94

На первых версиях «Энигмы» обычно работали сразу три человека: один читал текст, второй набирал его на клавиатуре, а третий считывал текст с лампочек-индикаторов и записывал зашифрованное послание. У машины был один фундаментальный изъян — невозможность зашифровать букву через саму себя. То есть, к примеру, L могла быть зашифрована любой буквой алфавита, кроме, собственно, L. В дальнейшем это стало одной из важнейших зацепок, которые привели к взлому шифра.

Алгоритм Энигмы / Хабр

        В данном сообществе я нашел много статей про известную шифровальную машинку «Enigma», но нигде из них не описывался подробный алгоритм ее работы. Наверняка многие скажут, что это не нуждается в афишировании, — я же надеюсь, что кому-нибудь да будет полезно об этом узнать. С чего все началось? Во времена Первой мировой войны большой популярностью пользовался шифр Playfair. Его суть заключалась в том, что буквы латинского алфавита записывались в квадрат 5х5, после чего буквы исходного алфавита разбивались по парам. Далее, используя квадрат в качестве ключа, эти биграммы заменяли на другие по определенному алгоритму. Преимущество данного шифра было в том, что он не требовал дополнительных устройств, и, как правило, к тому моменту, когда сообщение расшифровывали, оно уже теряло актуальность. Еще одним способом тайнописи был шифратор Джефферсона.

        Сие устройство состояло из определенного количества дисков, нанизанных на единую ось (обычно, дисков было 36). Каждый из них делился на 26 частей, каждая из которых обозначало букву. Буквы на дисках были расставлены в случайном порядке. Оператор путем вращения дисков набирал нужное сообщение, а затем переписывал другую строчку. Человек, принявший данное сообщение, должен был обладать точно таким же устройством с точно такой же расстановкой букв. И тот и другой способы были относительно неплохими для тех времен, но учитывая, что человечество вступило уже в XX век, возникла необходимость механизации процесса шифрования. В 1920 году голландский изобретатель Александр Кох изобрел первую роторную шифровальную машинку. Затем, на нее получили патент немецкие изобретатели, которые усовершенствовали ее и выпустили в производство, под названием «Enigma» (от греч. – загадка). Таким образом, эта машинка приобреталась многими фирмами, которые желали сохранить в тайне свои переписки. В этом и состояла вся гениальность Энигмы – все знали алгоритм шифрования, но никто не мог подобрать нужный ключ, так как число возможных комбинаций превосходило 15 квадриллионов. Если хотите узнать, каким образом Энигму взламывали, советую прочитать книгу Саймона Сингха «Книга шифров». Подытоживая все вышесказанное, хочу сказать, что шифр Энигмы являлся некой смесью шифратора Джефферсона и шифра Цезаря.

        Итак, приступим к изучению алгоритма. На данном сайте имеется очень неплохой симулятор, который в доступной и наглядной форме показывает весь процесс целиком и полностью. Давайте же разберем принцип работы трехроторной Энигмы. В ней имелось три отсека для помещения трех роторов и дополнительный отсек для размещения рефлектора. Всего за время Второй мировой войны было изготовлено восемь роторов и четыре рефлектора, но одновременно могло использоваться ровно столько, на сколько была рассчитана машина. Каждый ротор имел 26 сечений, что соответствовало отдельной букве алфавита, а так же 26 контактов для взаимодействия с соседними роторами. Как только оператор нажимал на нужную букву, — замыкалась электрическая цепь, в результате чего появлялась шифрованная буква. Замыкание цепи происходило за счет рефлектора.

       На рисунке представлена иллюстрация нажатия клавиши «А» с последующей дешифрацией в букву «G». После ввода буквы крайний правый ротор перемещался вперед, меняя тем самым ключ. Так каким же образом одна букву заменялась на другую? Как я уже говорил, для Энигмы было разработано восемь различных роторов. Внутри каждого из них было установлено 26 различных коммутаций. Здесь представлена подробная спецификация на каждый из них. Например, если на вход первого ротора поступала буква «N», то на выходе должна быть только «W» и никакая другая буква больше. Попади это буква на второй ротор, она бы уже преобразовалась в «T» и т.д. То есть, каждый ротор выполнял четко поставленную задачу в плане коммуникации. А какую же роль играли кольца? Рассмотрим следующий пример. Установим роторы III, II и I, а порядок колец «C», «U» и «Q».

        Нажмем на клавишу «A». Крайний правый ротор повернется вперед на один шаг, то есть, буква «Q» перейдет в «R». Ротор посередине также повернется вперед на букву «V», но об этом я расскажу чуть позже. Итак, наша буква «А» начинает путешествие с первого отсека, в котором установлен ротор I и на котором выставлена уже буква «R». Уже перед тем как попасть на первый ротор буква претерпевает свое первое преобразование, а именно: сложение с буквой «R» по модулю 26. Фактически, это шифр Цезаря. Если пронумеровать все буквы от 0 до 25, то буква «А» будет как раз таки нулевой. Значит, результатом сложения будет буква «R». Далее, мы с вами знаем, что в первом отсеке ротор I, а в его конструкции заложено, что буква «R» всегда переходит в «U». Теперь на очереди второй отсек с ротором II. Опять, перед попаданием на второй ротор, теперь уже буква «U» меняется по несколько иному алгоритму: к ней прибавляется разница значений последующего ротора и предыдущего. Поясню. На втором роторе ожидает нас буква «V», а на предыдущем, — «R», их разница равна четырем буквам, и именно они прибавляются к нашей букве «U». Поэтому, на второй ротор поступает буква «Y». Далее по таблице находим, что во втором роторе букве «Y» соответствует «O». Далее опять смотрим разницу букв «C» и «V», — она равна семи. Значит, букву «O» сдвигаем на семь позиций и получаем «V». В роторе III «V» переходит в «M». Перед тем как попасть на рефлектор, из нашей буквы вычитается буква «C», преображая ее в букву «K». Далее происходит отражение. Если вы заметите, то в каждом роторе образуются большие циклические группы, например: (A – E – L – T – P – H – Q – X – R – U), а в рефлекторе они разбиты по парам: (A — Y)(B — R)(C — U) и т.д. Это сделано для того, чтобы потом это возможно было расшифровать. Предположим, что установлен рефлектор B, в котором «K» заменяется на «N» (и наоборот). Половина пути пройдена. Теперь мы опять прибавляем значение буквы «С», получив тем самым букву «P». Здесь наоборот, в строке третьего ротора находим «P» и смотрим, в при нажатии какой буквы она бы появилась. Это буква «H». Преобразование в третьем роторе закончено. Теперь из этой буквы вычитается разница букв «C» и «V», то есть семь. Получаем букву «A». Во втором роторе она переходит саму в себя, поэтому оставляем ее без изменений. Далее, вычитаем разницу букв «V» и «R», то есть четверку и получаем букву «W». В первом роторе её обратно преобразование отображается в букву «N». Остается только вычесть из нее букву «R» и получим искомую букву «W». Как видите, алгоритм работы машинки оказался не таким сложным каким казался. Для усовершенствования шифра немцы внедрили коммутационную панель, которая позволяла попарно менять местами буквы. Если мы соединим буквы «Q» и «W», то при вводе той же «A» мы получили бы «Q», так как по факту должна быть «W», но она заменена буквой «Q». Вот прилагаемая схема действия.

        Осталось лишь рассказать про смещения роторов относительно друг друга. Правый ротор поворачивался всегда при нажатии клавиши на один шаг. Например, для ротора I эта позиция равна букве «R». Именно поэтому в нашем примере второй ротор повернулся: первый ротор прошел через букву «R». Далее, пройдя через определенную позицию, правый ротор приводил в движение левый на один шаг. В более усовершенствованных моделях левый ротор прокручивался два, а то и три раза.

        В завершение скажу, что здесь собраны некоторые материалы по взлому Энигмы, которые могут быть полезны. Надеюсь, что данная статья кому-нибудь пригодится.

Навахо, «Энигма» и «Кристалл». Как шифровали переговоры Второй мировой

https://ria.ru/20190630/1556018674.html

Навахо, «Энигма» и «Кристалл». Как шифровали переговоры Второй мировой

Древние индейские языки, сложные алгоритмы шифров и десятки тысяч специалистов, работающих над разгадкой секретных кодов противника, — в годы Второй мировой… РИА Новости, 30.06.2019

2019-06-30T08:00

2019-06-30T08:00

2020-03-03T14:49

россия

вторая мировая война (1939-1945)

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/136135/78/1361357879_0:147:3000:1835_1400x0_80_0_0_2aa947cdaa49ee47dd52a4b9079ec212.jpg

<strong>МОСКВА, 30 июн — РИА Новости, Николай Протопопов. </strong>Древние индейские языки, сложные алгоритмы шифров и десятки тысяч специалистов, работающих над разгадкой секретных кодов противника, — в годы Второй мировой шифровальщики и связисты внесли важный вклад в победу. Есть разные подходы к кодированию информации — РИА Новости рассказывает о наиболее интересных. Помощь аборигеновПривлекать индейцев к ведению радиопереговоров американские военные начали еще в Первую мировую войну. Традиционные языки коренных американцев — чероки, чокто, мескваки, команчи, оджибве — использовались для передачи информации о передвижении войск, позициях противника и обстановке на поле боя. Не отказались от помощи аборигенов и во Вторую мировую. Идеально подходил для шифровки радиосообщений язык племени навахо — он был не только чрезвычайно сложным, но также лишен письменной составляющей и алфавита. Американцы использовали его в основном на Тихоокеанском театре военных действий в боях с японской армией. Несмотря на то что японцы хорошо разбирались в криптографии и смогли вскрыть многие коды противника, шифр Навахо разгадать им так и не удалось. Инициатор программы — ветеран Первой мировой Филипп Джонстон — не был индейцем, но вырос в одной из резерваций навахо. Именно он предложил командованию морской пехоты США использовать язык племени для шифрования секретных сообщений. Первые двадцать девять индейцев, принятых в армию США в 1942-м, помогли шифровальщикам разработать словарь специальных терминов. Всего же в боях Второй мировой участвовали более четырехсот представителей племени навахо. Так называемые code takers участвовали в самых ожесточенных и важных военных операциях американской армии. В США создали целую школу шифровальщиков, где внедрили несколько типов кодов. Не особо секретные сообщения просто передавались на индейском языке. Радиограммы первостепенной важности передавались с помощью закодированных фраз. Суть заключалась в том, что каждой букве алфавита соответствовали слова на английском и индейском языках. Например, букву D обозначало слово dog (собака), на наречии навахо это звучало, как lha-cha-eh. Или буква r соответствовала слову rabbit (кролик), что на индейском звучит как gah. Таким образом, вместо каждой буквы английского слова подставляли соответствующее индейское слово, составляя радиограмму. Очевидно, что разобрать случайный набор слов, да еще и на неизвестном языке было невозможно. Примечательно, что связисты переводили шифровки с английского на индейский без записи на бумагу, в уме. Код навахо держался в секрете и после войны. Словарь кодов и шифров опубликовали только в 1968-м. Поместье за шифровальщикаСоветские инженеры не имели доступа к языкам индейцев, но к середине 1930-х достигли высоких результатов в деле шифрования другими методами. На ленинградском предприятии «Завод № 209» разработали специальное устройство для кодировки радиограмм — шифровальную машину В-4, а в 1939-м модернизированную версию аппарата М-100. Техника позволяла кодировать и расшифровывать сообщения гораздо быстрее — до этого шифровка осуществлялась в ручном режиме и порой занимала многие часы. Правда, главным недостатком первых образцов был вес — шифровальные устройства весили более 140 килограммов. Такие характеристики, по понятным причинам, не позволяли полноценно использовать их в полевых условиях.К началу Великой Отечественной войны советские конструкторы создали усовершенствованную модель кодировочной машины К-37 «Кристалл», которая весила уже около двадцати килограммов и работала по принципу шифра многоалфавитной замены. В войска поступили порядка ста пятидесяти таких комплектов. Всего за годы войны с их помощью обработали более полутора миллионов радиограмм. Расшифровать перехваченные радиограммы у немецких специалистов не получалось. Для их распознания требовался сам аппарат. В 1942-м Гитлер даже издал особый приказ по вермахту, в котором пообещал железный крест каждому, кто возьмет в плен советского шифровальщика или захватит шифровальную машину. Кроме того, к награде полагался отпуск на родину, а после победы — поместье в захваченном Крыму. Кроме «Кристаллов», советское командование имело в своем распоряжении засекречивающую аппаратуру связи С-1 «Соболь-П». Она работала по радиоканалу и очень пригодилась при разрывах проводной связи на особенно горячих участках фронта. Первые образцы использовались для связи ставки и штаба Закавказского фронта в Тбилиси, применялись в боях на Курской дуге, Сталинградской и других ключевых битвах. Разгаданная загадкаНемцы, конечно, тоже пользовались шифровальными машинами. Самая известная из них была разработана в конце 1920-х и получила название «Энигма». Работа «Энигмы», выпущенной почти в 100 тысячах экземпляров, была построена на создании шифра путем замены одной буквы на другую с помощью определенного алгоритма. Такой принцип применялся во многих машинах того времени, но код «Энигмы» считался очень сложным для расшифровки. Самое интересное, что в свободной продаже имелась коммерческая версия машины, предназначенная для безопасного проведения банковских операций. От военного аналога она отличалась упрощенной конструкцией и отсутствием систем защиты. Первыми расшифровкой кода «Энигмы» занялись польские разведчики. В распоряжении специально созданного шифровального бюро были только простые коммерческие версии. Позже у польских криптологов появились вышедшие из употребления коды для «Энигмы», которые им передал один из военнослужащих вермахта. Однако до конца раскрыть код «Энигмы» полякам так и не удалось. С началом Второй мировой все наработанные данные они передали французским и английским коллегам. Куда более серьезно к разгадке «Энигмы» подошли англичане. По непосредственному указанию и под контролем Уинстона Черчилля в 1938-м начал работу целый контрразведывательный центр — Station-X. Он расположился в одном из особняков Блетчли-парка в городе Милтон Кинс на юго-востоке Великобритании. Здесь работали несколько тысяч специалистов — математики, лингвисты, инженеры, переводчики и даже рекордсмены по разгадыванию кроссвордов. Все работы велись в условиях строжайшей секретности. За несколько лет работы англичане смогли создать несколько сотен дешифрующих устройств для «Энигмы», благодаря которым удалось прочитать большую часть перехваченных немецких радиограмм. Немалый вклад в разгадку кода «Энигмы» внесли и советские моряки. Летом 1944-го разведчики Балтийского флота сумели под обстрелом поднять военную шифровальную машину с борта потопленной в Выборгском заливе немецкой субмарины U-250.

https://ria.ru/20180118/1512806492.html

https://ria.ru/20190505/1553196745.html

2

россия

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn24.img.ria.ru/images/136135/78/1361357879_180:0:2821:1981_1400x0_80_0_0_28c72ccb7e554ccc900a863254f381ba.jpg

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

россия, вторая мировая война (1939-1945)

МОСКВА, 30 июн — РИА Новости, Николай Протопопов. Древние индейские языки, сложные алгоритмы шифров и десятки тысяч специалистов, работающих над разгадкой секретных кодов противника, — в годы Второй мировой шифровальщики и связисты внесли важный вклад в победу. Есть разные подходы к кодированию информации — РИА Новости рассказывает о наиболее интересных.

Помощь аборигенов

Привлекать индейцев к ведению радиопереговоров американские военные начали еще в Первую мировую войну. Традиционные языки коренных американцев — чероки, чокто, мескваки, команчи, оджибве — использовались для передачи информации о передвижении войск, позициях противника и обстановке на поле боя. Не отказались от помощи аборигенов и во Вторую мировую. Идеально подходил для шифровки радиосообщений язык племени навахо — он был не только чрезвычайно сложным, но также лишен письменной составляющей и алфавита.

Американцы использовали его в основном на Тихоокеанском театре военных действий в боях с японской армией. Несмотря на то что японцы хорошо разбирались в криптографии и смогли вскрыть многие коды противника, шифр Навахо разгадать им так и не удалось. Инициатор программы — ветеран Первой мировой Филипп Джонстон — не был индейцем, но вырос в одной из резерваций навахо. Именно он предложил командованию морской пехоты США использовать язык племени для шифрования секретных сообщений.

Первые двадцать девять индейцев, принятых в армию США в 1942-м, помогли шифровальщикам разработать словарь специальных терминов. Всего же в боях Второй мировой участвовали более четырехсот представителей племени навахо. Так называемые code takers участвовали в самых ожесточенных и важных военных операциях американской армии. В США создали целую школу шифровальщиков, где внедрили несколько типов кодов.

Не особо секретные сообщения просто передавались на индейском языке. Радиограммы первостепенной важности передавались с помощью закодированных фраз. Суть заключалась в том, что каждой букве алфавита соответствовали слова на английском и индейском языках.

Например, букву D обозначало слово dog (собака), на наречии навахо это звучало, как lha-cha-eh. Или буква r соответствовала слову rabbit (кролик), что на индейском звучит как gah. Таким образом, вместо каждой буквы английского слова подставляли соответствующее индейское слово, составляя радиограмму. Очевидно, что разобрать случайный набор слов, да еще и на неизвестном языке было невозможно. Примечательно, что связисты переводили шифровки с английского на индейский без записи на бумагу, в уме. Код навахо держался в секрете и после войны. Словарь кодов и шифров опубликовали только в 1968-м.

Поместье за шифровальщика

Советские инженеры не имели доступа к языкам индейцев, но к середине 1930-х достигли высоких результатов в деле шифрования другими методами. На ленинградском предприятии «Завод № 209» разработали специальное устройство для кодировки радиограмм — шифровальную машину В-4, а в 1939-м модернизированную версию аппарата М-100. Техника позволяла кодировать и расшифровывать сообщения гораздо быстрее — до этого шифровка осуществлялась в ручном режиме и порой занимала многие часы. Правда, главным недостатком первых образцов был вес — шифровальные устройства весили более 140 килограммов. Такие характеристики, по понятным причинам, не позволяли полноценно использовать их в полевых условиях.

К началу Великой Отечественной войны советские конструкторы создали усовершенствованную модель кодировочной машины К-37 «Кристалл», которая весила уже около двадцати килограммов и работала по принципу шифра многоалфавитной замены. В войска поступили порядка ста пятидесяти таких комплектов. Всего за годы войны с их помощью обработали более полутора миллионов радиограмм.

18 января 2018, 08:00

Операция «Искра»: как прорывали блокаду Ленинграда

Расшифровать перехваченные радиограммы у немецких специалистов не получалось. Для их распознания требовался сам аппарат. В 1942-м Гитлер даже издал особый приказ по вермахту, в котором пообещал железный крест каждому, кто возьмет в плен советского шифровальщика или захватит шифровальную машину. Кроме того, к награде полагался отпуск на родину, а после победы — поместье в захваченном Крыму.

Кроме «Кристаллов», советское командование имело в своем распоряжении засекречивающую аппаратуру связи С-1 «Соболь-П». Она работала по радиоканалу и очень пригодилась при разрывах проводной связи на особенно горячих участках фронта. Первые образцы использовались для связи ставки и штаба Закавказского фронта в Тбилиси, применялись в боях на Курской дуге, Сталинградской и других ключевых битвах.

Разгаданная загадка

Немцы, конечно, тоже пользовались шифровальными машинами. Самая известная из них была разработана в конце 1920-х и получила название «Энигма». Работа «Энигмы», выпущенной почти в 100 тысячах экземпляров, была построена на создании шифра путем замены одной буквы на другую с помощью определенного алгоритма.

Такой принцип применялся во многих машинах того времени, но код «Энигмы» считался очень сложным для расшифровки. Самое интересное, что в свободной продаже имелась коммерческая версия машины, предназначенная для безопасного проведения банковских операций. От военного аналога она отличалась упрощенной конструкцией и отсутствием систем защиты.

Первыми расшифровкой кода «Энигмы» занялись польские разведчики. В распоряжении специально созданного шифровального бюро были только простые коммерческие версии. Позже у польских криптологов появились вышедшие из употребления коды для «Энигмы», которые им передал один из военнослужащих вермахта. Однако до конца раскрыть код «Энигмы» полякам так и не удалось. С началом Второй мировой все наработанные данные они передали французским и английским коллегам.

Куда более серьезно к разгадке «Энигмы» подошли англичане. По непосредственному указанию и под контролем Уинстона Черчилля в 1938-м начал работу целый контрразведывательный центр — Station-X. Он расположился в одном из особняков Блетчли-парка в городе Милтон Кинс на юго-востоке Великобритании. Здесь работали несколько тысяч специалистов — математики, лингвисты, инженеры, переводчики и даже рекордсмены по разгадыванию кроссвордов. Все работы велись в условиях строжайшей секретности.

5 мая 2019, 08:00

«Совсем осатанели»: Почему советские боевые пловцы приводили немцев в ужас

За несколько лет работы англичане смогли создать несколько сотен дешифрующих устройств для «Энигмы», благодаря которым удалось прочитать большую часть перехваченных немецких радиограмм.

Немалый вклад в разгадку кода «Энигмы» внесли и советские моряки. Летом 1944-го разведчики Балтийского флота сумели под обстрелом поднять военную шифровальную машину с борта потопленной в Выборгском заливе немецкой субмарины U-250.

Энигма — шифрование сообщений в войну / Хабр

Многие слышали, что в Великую Отечественную Войну немецкая сторона использовала для шифрования специальную шифровальную машину — «Enigma».

Как утверждают источники, это устройство — было новым словом в криптографии того времени.

Как же она работала?

Шифр замены

Для начала, следует знать, что такое «Шифр замены». Это обычная замена одних букв на другие. Т.е. в таком шифре вместо буквы «А» используется, например «T», вместо «B» — «S» и т.п.

Взламывается такой шифр достаточно просто. При наличии более-менее длинного зашифрованного сообщения, можно произвести частотный анализ и сопоставить его частоте употребления букв в языке. Т.е. если в зашифрованном шифром замены сообщении много букв «Т» — то это явный признак того, что за этой буквой скрывается какая-то гласная (например, «А» или «О» т.к. обычно именно эти буквы наиболее часты в языке).

Устройство Энигмы

Энигма представляла собой как бы динамический шифр цезаря. Т.е. изначально на барабаных выставлялось некое начальное значение (этакий random seed), которое и являлось ключом. Далее, при наборе букв, каждая буква шифровалась шифром цезаря, а потом, этот шифр менялся на другой.

Смена шифра обеспечивалась с помощью роторов.

Роторы представляли собой диски, у которых было по 26 контактов с каждой стороны, соединенных внутри ротора определенным (случайным) образом. Именно проходя через ротор, сигнал преобразовывался из буквы «А» в букву «Т» и т.д.

Роторов было несколько и они поворачивались после набора каждого символа (на манер барабанного счетчика).

Кроме того, была еще коммутационная панель, в которую можно было вставлять провода, которые попарно меняли буквы. Т.е. воткнув провод одним концом в гнездо «А», а другим — в «Е», вы меняли эти буквы местами.

Принцип работы можно понять посмотрев на принципиальную схему:

Количество роторов варьировалось в разные годы и для разного назначения (например, во флоте использовались Энигмы с большим количеством роторов).

Для усложнения взлома операторы кодировали частоупотребимые слова (названия) каждый раз по-разному. Например, слово «Minensuchboot» могло быть написано как «MINENSUCHBOOT», «MINBOOT», «MMMBOOT» или «MMM354»

Аксессуары.

Как к любому популярному устройству, к Энигме существовало большое количество аксессуаров (да-да, это началось уже тогда).

Например, были авто-печатающие устройства (в обычной версии кодирование производилось загорающимися лампочками, значения которых должен был записывать оператор).

Кроме того, были дистанционные печатающие устройства (на проводах, конечно же). Чтобы оператор, вбивающий зашифрованное сообщение в машину, не имел доступа к расшифрованному.

Ссылки по теме:

Энигма была легендарной шифровальной машиной. Ее взлом спас тысячи жизней

Появление «Загадки»

Разработка семейства шифровальных машин «Энигма» стартовала сразу после Первой мировой, еще в 1918 году. Немец Артур Шербиус получил патент на роторную шифровальную машину, которая, по сути, являлась первым вариантом «Загадки» (так Enigma переводится с немецкого). В 1923 Шербиус вместе с компаньоном организовал предприятие со сложнопроизносимым названием Chiffriermaschinen Aktiengesellschaft, наладившее серийный выпуск шифровальных аппаратов.

Первые две модели «Энигмы», A и B, пользовались умеренным успехом. Настоящим прорывом в 1925 году стала модель С — с рефлектором, гораздо более компактная, чем ее предшественники. Enigma C весила всего лишь 12 кг при размере 28 на 34 на 15 см, тогда как предыдущие модели весили около 50 кг, имея габариты 65 на 45 на 35 сантиметров. Модель С практически сразу стали использовать на судах немецкого флота.

Enigma С. Изображение: Crypto Museum

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.

«Слив», не превратившийся во взлом

Хотя «Энигма» была одобрена высшими чинами немецкой армии в том числе и за свою эффективность и надежность, секретность шифруемых на ней сообщений оказалась под угрозой очень скоро. Виной тому стал агент Аше — он же Ганс-Тило Шмидт, с 1931 года сотрудник шифровального бюро минобороны Германии — агент французской разведки. Шмидт передавал французам вышедшие из употребления коды, которые обязан был уничтожать, а также «слил» инструкцию по использованию военного варианта шифровальной машины.

Лист с кодами шифрования «Энигмы». Фото: Telenet

К информации «агента Аше» французская разведка отнеслась довольно прохладно. Иметь своего агента в стане потенциального противника было полезно, но «Энигма» считалась настолько надежной машиной, что взломать ее во Франции даже не попытались. Зато в Польше, которой французы передали материалы от своего немецкого агента, нашлись гении криптографии, разобравшиеся с шифром.

«Польский Тьюринг»

«Надежную машину» взломал Мариан Реевский, 27-летний математик, окончивший секретные курсы криптографии. Хотя в польском Бюро шифрования он работал не один, работать над расшифровкой Enigma I доверили только Реевскому. Мариан сразу же активно начал искать уязвимости ключа сообщений, выбирая из ежедневных шифрограмм первые шесть букв и составляя таблицы соответствий.

Сначала ему удалось обнаружить 4 повторяющиеся последовательности букв в шифрах. А затем благодаря информации о том, что у «Энигмы» только три барабана, а начальная настройка состоит из трех букв латинского алфавита, Реевский установил количество возможных кодовых цепочек. Оно оказалось во много раз меньше, чем предполагали ранее: 3!²⁶³ против 26!. Это дало возможность в течение года составить полный каталог всех цепочек.

Благодаря Реевскому стало понятно, что количество кодовых цепочек в 3 824 262 831 196 002 461 538 раз меньше, чем предполагалось ранее.

Мариан Реевский. Фото: Poland

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.

Уже через несколько месяцев поляки создали аппарат под названием «Бомба Реевского», названный так то ли за характерный звук тиканья при работе, то ли в честь круглых пирожных, которые Мариан очень любил. Устройство проводило поиск по шаблону, учитывая, что парам первой и четвертой, второй и пятой, третьей и шестой букв шифрованного текста соответствовали одинаковые буквы текста нешифрованного.

Криптологическая «бомба» Реевского. 1 — роторы для подбора ключей, 2 — двигатель для вращения роторов, 3 — индикаторная тумба, сигнализирующая об успешном подборе кода. Изображение: Ministerstwo Edukacji Narodowej

Именно работы Мариана Реевского стали основой успеха Алана Тьюринга. Хотя нельзя сказать, что британец всего лишь присвоил себе чужой успех. Да, поляки в 1939 году при нападении войск Третьего Рейха передали все наработки местных дешифровщиков агентам британской разведки. Но методика Реевского к этому времени была бесполезна для работы с «Энигмой».

Погоня за ошибками и перебор вариантов

Уже в декабре 1938 года к трем роторам машины добавили еще два, и количество возможных позиций роторов увеличилось в 10 раз. Вместо 6 «бомб Реевского» полякам уже тогда требовалось 60 дешифрующих устройств. А в мае 1940 года немцы отказались от идеи удвоения ключа, и сам концепт польского дешифрующего аппарата оказался бесполезным. Так что Тьюринг проделал огромный пласт работы, чтобы разгадать усовершенствованную «Загадку» — тем более что польские криптоаналитики уничтожили «бомбы» в сентябре 1939 года, после вторжения немецких войск в страну.

Во время загрузки произошла ошибка.Принцип работы машины Тюринга

Реевский был гением, но допустил ошибку, постоянно выискивая чужие ошибки. Методика польского дешифровщика состояла в выявлении уязвимостей «Энигмы». Но сами немцы постоянно совершенствовали свою машину, вынуждая молодого математика все время находиться в позиции догоняющего.

Англичанам уже не подходила «бомба Реевского», которая для подбора ключа использовала перебор всех возможных комбинаций.

Тьюринг предложил более простой и менее трудозатратный способ расшифровки: учитывать в работе то, что часть исходного текста известна. Несмотря на хитроумность немецкого шифра, несмотря на все предосторожности, немецкие солдаты чаще всего общались между собой короткими стереотипными фразами, которые можно было «узнать». Точное место отдельных фраз в шифровке можно было определить механическим перебором 26 букв латинского алфавита. Дополнительным облегчением было и то, что в шифре «Энигмы» ни одна из букв исходного сообщения не кодировалась той же самой буквой.

«Бомба» для Третьего Рейха

На основе этой методики были разработаны «Бомбы Тьюринга». Первую запустили 18 марта 1940 года — для каждого возможного исходного положения роторов она выполняла сверку с известным фрагментом текста и формировала логические предположения. Если в этих предположениях обнаруживались нестыковки, вариант «отбраковывался». Таким образом, из огромного множества вариантов — 10¹⁹ возможных комбинаций для обычного варианта «Энигмы» или 10²² для версии, использовавшейся подводниками — оставались лишь несколько логически непротиворечивых, на основе которых машина и подбирала шифр.

Восстановленная «Бомба Тьюринга» в Блетчли-Парке. Изображение: Kathy Erskine’s Blog

Весной 1940 года британским криптографам удалось разгадать шрифт сухопутного варианта «Энигмы». Еще через полгода была расшифрована продвинутая версия, которая использовалась на подводных лодках Рейха.

Команда дешифраторов круглосуточно, в несколько смен работала в роскошном особняке под названием Блетчли-Парк в городке Милтон Кейнс в 72 км от Лондона. Сотрудники обрабатывали тысячи сообщений ежедневно, выделяя в шифрограммах так называемые подсказки — приветствия, цифры, повторяющиеся куски текста. На основе этих фрагментов машина и строила свои предположения.

Иногда случалось так, что информации оказывалось недостаточно для разгадки шифра. Особенно критично это было накануне крупных операций немцев. Тогда британские войска прибегали к приему под названием «гарденинг» (возделывание). Для этого британские ВМС проводили демонстративные минирования отдельных участков моря, а в Блетчли-Парке затем определяли известный текст на основе докладов противника о разминированиях.

Гений, которого оценили слишком поздно

Тьюринг сделал все для того, чтобы Англия не сдалась под натиском немецкого флота и авиации, а у СССР в союзниках осталась не только Америка. Как сказал однажды один из коллег Алана: «Не берусь утверждать, что мы выиграли войну благодаря Тьюрингу. Однако без него могли бы ее и проиграть».

Алан Тьюринг считается одной из самых важных фигур в истории криптографии. Но его работа по дешифровке «Энигмы» едва ли повлияла на развитие данной науки — как бы странно это ни звучало. Все дешифровальные аппараты из Блетчли-Парка после Второй Мировой были уничтожены, а сам факт попыток дешифровки — успешных и не очень — держали в секрете до 1970 годов. Сам ученый уже в 1952 году из неизвестного героя превратился в объект публичного позора: Тьюринга обвинили в гомосексуализме и заставили проходить курс гормональной терапии, от которого «победитель Энигмы» впал в глубокую депрессию и через два года покончил жизнь самоубийством.

В 2009 году Алан Тьюринг был признан «одной из самых известных жертв гомофобии в Великобритании». В 2013 году королева Великобритании Елизавета II официально помиловала Тьюринга, который был обвинен в «непристойности».

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.

Это тоже интересно:

Правда и вымысел о немецком шифраторе Enigma :: Новости :: ТВ Центр

Немецкая шифровальная машинка была названа «Загадкой» не для красного словца. Вокруг истории ее захвата и расшифровки радиоперехватов ходят легенды, и во многом этому способствует кинематограф. Мифы и правда о немецком шифраторе — в нашем материале.

Перехвату противником сообщений, как известно, можно противопоставить только их надежную защиту или шифрование. История шифрования уходит корнями в глубь веков — один из самых известных шифров называется шифром Цезаря. Потом предпринимались попытки механизации процесса шифрования и дешифрования: до нас дошел диск Альберти, созданный в 60-х годах XV века Леоном Баттиста Альберти, автором «Трактата о шифрах» — одной из первых книг об искусстве шифровки и дешифровки.

Машинка Enigma, использовавшаяся Германией в годы Второй мировой войны, была не уникальна. Но от аналогичных устройств, взятых на вооружение другими странами, она отличалась относительной простотой и массовостью использования: применить ее можно было практически везде — и в полевых условиях, и на подводной лодке. История Enigma берет начало в 1917 году — тогда голландец Хьюго Коч получил на нее патент. Работа ее заключалась в замене одних букв другими за счёт вращающихся валиков. 

Историю декодирования машины Enigma мы знаем в основном по голливудским блокбастерам о подводных лодках. Однако фильмы эти, по мнению историков, имеют мало общего с реальностью. 

Например, в картине 2000 года U-571 рассказывается о секретном задании американских моряков захватить шифровальную машинку Enigma, находящуюся на борту немецкой субмарины U-571. Действие разворачивается в 1942 году в Северной Атлантике. Несмотря на то, что фильм отличается зрелищностью, история, рассказанная в нем, совершенно не отвечает историческим фактам. Подводная лодка U-571 действительно состояла на вооружении нацистской Германии, но была потоплена в 1944 году, а машинку Enigma американцам удалось захватить лишь в самом конце войны, и серьезной роли в приближении Победы это не сыграло. К слову, в конце фильма создатели сообщают исторически верные факты о захвате шифратора, однако появились они по настоянию консультанта картины, англичанина по происхождению. С другой стороны режиссер фильма Джонатан Мостов заявил, что его лента «представляет собой художественное произведение».

Европейские же фильмы стараются соблюсти историческую точность, однако доля художественного вымысла присутствует и в них. В фильме Майкла Аптеда «Энигма», вышедшего в 2001 году, рассказывается история математика Тома Джерико, которому предстоит всего за четыре дня разгадать обновленный код немецкой шифровальной машинки. Конечно, в реальной жизни на расшифровку кодов ушло гораздо больше времени. Сначала этим занималась криптологическая служба Польши. И группа математиков — Мариан Реевский, Генрих Зыгальский и Ежи Рожицкий, — изучая вышедшие из употребления немецкие шифры, установили, что так называемый дневной код, который меняли каждый день, состоял из настроек коммутационной панели, порядка установки роторов, положений колец и начальных установок ротора. Случилось это в 1939 году, еще перед захватом Польши нацистской Германией. Также польское «Бюро шифров», созданное специально для «борьбы» с Enigma, имело в своем распоряжении несколько экземпляров работающей машинки, а также электромеханическую машинку Bomba, состоявшую из шести спаренных немецких устройств, которая помогала в работе с кодами. Именно она впоследствии стала прототипом для Bombe — изобретения Алана Тьюринга. 

Свои наработки польская сторона сумела передать британским спецслужбам, которые и организовали дальнейшую работу по взлому «загадки». Кстати, впервые британцы заинтересовали Enigma еще в середине 20–х годов, однако, быстро отказались от идеи расшифровать код, видимо, посчитав, что сделать это невозможно. Однако с началом Второй мировой войны ситуация изменилась: во многом благодаря загадочной машинке Германия контролировала половину Атлантики, топила европейские конвои с продуктами и боеприпасами. В этих условиях Великобритании и другим странам антигитлеровской коалиции обязательно нужно было проникнуть в загадку Enigma.

Сэр Элистер Деннисон, начальник Государственной школы кодов и шифров, которая располагалась в огромном замке Блетчли–парк в 50 милях от Лондона, задумал и провел секретную операцию Ultra, обратившись к талантливым выпускникам Кембриджа и Оксфорда, среди которых был и известный криптограф и математик Алан Тьюринг. Работе Тьюринга над взломом кодов машинки Enigma посвящен вышедший в 2014 году фильм «Игра в имитацию». Еще в 1936 году Тьюринг разработал абстрактную вычислительную «машину Тьюринга», которая может считаться моделью компьютера — устройства, способного решить любую задачу, представленную в виде программы — последовательности действий. В школе кодов и шифров он возглавлял группу Hut 8, ответственную за криптоанализ сообщений ВМФ Германии и разработал некоторое количество методов взлома немецкого шифратора. Помимо группы Тьюринга, в Блетчли–парке трудились 12 тысяч сотрудников. Именно благодаря их упорному труду коды Enigma поддались расшифровке, но взломать все шифры так и не удалось. Например, шифр «Тритон» успешно действовал около года, и даже когда «парни из Блетчли» раскрыли его, это не принесло желаемого результата, так как с момента перехвата шифровки до передачи информации британских морякам проходило слишком много времени.

Все дело в том, что по распоряжению Уинстона Черчилля все материалы расшифровки поступали только начальникам разведслужб и сэру Стюарту Мензису, возглавлявшему МИ-6. Такие меры предосторожности были предприняты, чтобы немцы не догадались о раскрытии шифров. В то же время и эти меры не всегда срабатывали, тогда немцы меняли варианты настройки Enigma, после чего работа по расшифровке начиналась заново.

В «Игре в имитацию» затронута и тема взаимоотношений британских и советских криптографов. Официальный Лондон действительно был не уверен в компетенции специалистов из Советского Союза, однако по личному распоряжению Уинстона Черчилля 24 июля 1941 года в Москву стали передавать материалы с грифом Ultra. Правда, для исключения возможности раскрытия не только источника информации, но и того, что в Москве узнают о существовании Блетчли–парка, все материалы маскировались под агентурные данные. Однако в СССР узнали о работе над дешифровкой Enigma еще в 1939 году, а спустя три года на службу в Государственную школу кодов и шифров поступил советский шпион Джон Кэрнкросс, который регулярно отправлял в Москву всю необходимую информацию. 

Многие задаются вопросами, почему же СССР не расшифровал радиоперехваты немецкой «Загадки», хотя советские войска захватили два таких устройства еще в 1941 году, а в Сталинградской битве в распоряжении Москвы оказалось еще три аппарата. По мнению историков, сказалось отсутствие в СССР современной на тот момент электронной техники. 

К слову, специальный отдел ВЧК, занимающийся шифровкой и дешифровкой, был созван в СССР 5 мая 1921 года. На счету сотрудников отдела было много не очень, по понятным причинам – отдел работал на разведку и контрразведку, — афишируемых побед. Например, раскрытие уже в двадцатых годах дипломатических кодов ряда стран. Был создан и свой шифр — знаменитый «русский код», который, как говорят, расшифровать не удалось никому.

Криптоанализ «Энигмы» / Хабр

All specialists unanimously agreed that a reading [of the Enigma] is impossible.
Admiral Kurt Fricke, Chief of Naval War Command

Энигма — роторная шифровальная машина, использовавшаяся нацистской Германией в годы Второй мировой войны. Благодаря влиянию, оказанному на ход войны, взлом Энигмы стал, возможно, самым ярким моментом в многовековой истории криптоанализа. В этом топике я бы хотел рассказать о методе взлома, использовавшимся в Блетчли-парк, а так же описать устройство самой машины.

Роторные машины

Впервые шифровальные роторные машины начали использоваться в начале 20 века. Основным компонентом таких устройств является диск (он же ротор) с 26 электрическими контактами на обоих сторонах диска. Каждый контакт соответствовал букве английского алфавита. Соединение контактов левой и правой сторон реализовывало шифр простой замены. При вращении диска контакты смещались, изменяя тем самым подстановку для каждой буквы. Один диск обеспечивал 26 различных подстановок. Это означает, что при шифровании одного и того же символа, получаемая в результате последовательность начинает повторяться через 26 шагов.
Для увеличения периода последовательности можно использовать несколько роторов, соединенных последовательно. При совершении полного оборота одного из дисков, следующий диск сдвигается на одну позицию. Это увеличивает длину последовательности до 26ⁿ, где n — количество соединенных последовательно роторов.
В качестве примера рассмотрим следующее изображение упрощенной роторной машины:

Приведенная машина состоит из клавиатуры (для ввода символа), трех дисков, индикатора (для отображения криптотекста) и реализует шифрование 4 символов: A, B, C, D. В начальной позиции первый диск реализует подстановку: A-C; B-A; C-B; D-D. Подстановки второго и третьего дисков равны A-B; B-C; C-A; D-D и A-A; B-C; C-B; D-D соответственно.
При нажатии буквы B на клавиатуре замыкается электрическая цепь, зависящая от текущего положения роторов, и на индикаторе загорается лампочка. В приведенном выше примере буква B будет зашифрована в C. После чего первый ротор сдвинется на одну позицию и настройки машины приобретут следующий вид:

Энигма

Энигма является наиболее популярным представителем мира шифровальных роторных машин. Она использовалась германскими войсками во время второй мировой войны и считалась практически не взламываемой.
Процедура шифрования Энигмы реализована как в приведенном выше примере за исключением некоторых дополнительных штрихов.
Во-первых, число роторов в разных версиях Энигмы могло отличаться. Наиболее распространенной была Энигма с тремя роторами, но использовался так же вариант с четырьмя дисками.
Во-вторых, процесс расшифровки демонстрационной роторной машины, описанной выше, отличается от процесса шифрования. Каждый раз для расшифровки придется менять левый и правый ротор местами, что может быть не совсем удобным. Для решения этой проблемы в Энигме был добавлен еще один диск, который назывался рефлектор. В рефлекторе все контакты были соединены попарно, реализуя тем самым повторное прохождение сигнала через роторы, но уже по другому маршруту. В отличие от остальных роторов рефлектор всегда находился в фиксированном положении и не вращался.

Добавим рефлектор, реализующий замену (A-B; C-D) к нашей демонстрационной шифровальной машине. При нажатии на клавишу B сигнал проходит через роторы и поступает в рефлектор через контакт C. Здесь сигнал «отражается» и возвращается обратно, проходя через роторы в обратном порядке и по другому пути. В результате чего буква B на выходе преобразуется в D.
Обратите внимание, что если нажать клавишу D, то сигнал пойдет по той же самой цепи, преобразовывая D в B. Таким образом наличие рефлектора делало процессы шифрования и дешифрования идентичными.
Еще одно свойство Энигмы, связанное с рефлектором, заключается в невозможности шифрования какой-либо буквы в саму себя. Это свойство сыграло очень важную роль при взломе Энигмы.

Получившееся устройство уже очень похоже на настоящую Энигму. С одной незначительной оговоркой. Стойкость подобной машины упирается в секретность внутренней коммутации роторов. Если устройство роторов будет раскрыто, то взлом сводится к подбору их начальных позиций.

Так как каждый ротор может находится в одной из 26 позиций, для трех роторов получаем 26³=17476 вариантов. При этом сами роторы тоже могут располагаться в произвольном порядке, что увеличивает сложность в 3! раз. Т.е. пространство ключей такой машины составит 6*17576=105456. Этого явно не достаточно для того, чтобы обеспечить высокий уровень безопасности. Поэтому Энигма было оснащена еще одним дополнительным инструментом: коммутационной панелью. Соединяя на коммутационной панели буквы попарно можно было добавить еще один дополнительный шаг к шифрованию.

К примеру, предположим что на коммутационной панели буква B соединена с буквой A. Теперь при нажатии на A сперва происходит подстановка A-B, и на вход первого ротора подается буква B.

Аналогичным образом происходит расшифровка сообщения. При нажатии клавиши D роторы и рефлектор производят преобразование D-D-D-D-C-B-A-B. После чего коммутационная панель преобразует B в A.

Анализ стойкости Энигмы

Реальная Энигма отличалась от описанной демонстрационной машиной только в одном. А именно в устройстве роторов. В нашем примере ротор изменяет свое положение только при совершении полного оборота предыдущим диском. В настоящей Энигме каждый диск имел специальную выемку, которая в определенной позиции подцепляла следующий ротор и сдвигала его на одну позицию.
Расположение выемки для каждого из роторов можно было регулировать с помощью специальных внешних колец. Начальное положение колец не влияло на коммутацию роторов и на результат шифрования отдельно взятой буквы, поэтому кольца не учитываются при расчете пространства ключей Энигмы.
Итак, базовая модель Энигмы имела 3 различных ротора, пронумерованных римскими цифрами I, II, III и реализующих следующие подстановки:
Entry = ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
I        = EKMFLGDQVZNTOWYHXUSPAIBRCJ
II       = AJDKSIRUXBLHWTMCQGZNPYFVOE
III      = BDFHJLCPRTXVZNYEIWGAKMUSQO
При шифровании роторы можно было располагать в любой последовательности, что для трех роторов дает 6 разных комбинаций.
Помимо этого каждый ротор мог быть установлен в одной из 26 возможных стартовых позиций. Т.е. начальное положение роторов имеет всего
6*26³=105456 комбинаций.
Количество всех возможных соединений на коммутационной панели вычисляется по формуле n! /((n-2m)! m! 2^m), где n — количество букв алфавита, m — количество соединенных пар.
Для 26 буква английского алфавита и 10 пар это составляет 150738274937250=2⁴⁷ различных комбинаций.
Таким образом базовая версия Энигмы с тремя роторами имела солидное даже по современным меркам пространство ключей:
150738274937250*105456=15,896,255,521,782,636,000≈2⁶⁴.
Такое огромное число вариантов внушало обманчивое чувство неуязвимости.

Криптоанализ Энигмы

Большое пространство ключей обеспечивает шифру Энигмы достаточно серьезный уровень стойкости к атакам по известному шифртексту.
Полный перебор 2⁶⁴ вариантов даже на современных компьютерах дело не простое.
Однако все меняется если применить атаку с известным открытым текстом. Для такого случая существует весьма хитроумный метод, позволяющих пренебречь настройками коммутационной панели в процессе поиска ключевой комбинации, что сводит пространство ключей Энигмы всего к 105456 комбинациям и делает весь шифр фатально уязвимым.

Метод эксплуатирует наличие в паре открытый-закрытый текст так называемых «циклов». Чтобы объяснить понятие «цикл», рассмотрим следующее открытое сообщение P и соответствующий ему криптотекст C, зашифрованный Энигмой.

P = WETTERVORHERSAGEBISKAYA

C = RWIVTYRESXBFOGKUHQBAISE

Запишем каждый символ из пары в виде таблицы:

Обратите внимание на подстановки, реализуемые энигмой в 14, 15 и 20 позициях. На 14 шаге буква A шифруется в G. Последняя, в свою очередь, шифруется в K на 15 шаге. И затем буква K зашифровывается в A на 20 шаге, закольцовывая тем самым цепочку A-G-K-A. Такие закольцованные цепочки называются циклами. Наличие циклов позволяет разделить задачу взлома Энигмы на две простые составные части: 1) поиск стартового положения роторов и 2) поиск соединений коммутационной панели при известных установках роторов.

Мы знаем, что при шифровании в Энигме происходит несколько преобразований. Сперва сигнал проходит через коммутационную панель. Результат преобразования на коммутационной панели поступает в роторы. После чего сигнал попадает на рефлектор и возвращается через роторы на коммутационную панель, где выполняется последняя подстановка. Все эти операции можно представить математической формулой:

E_i = S^-1R^-1TRS, где

S и S^-1, — преобразование на коммутационной панели на входе и выходе соответственно;

R и R^-1 — преобразование в роторах на входе и выходе;

T — преобразование на рефлекторе.

Опустив коммутационную панель выразим внутреннее преобразование Энигмы через P_i:

P_i = R^-1TR

Теперь шифрование можно записать как:

E_i = S^-1P_iS

Используя формулу перепишем подстановки из примера в 14, 15 и 20 позициях.

S^-1P₁₄S(A) = G или что одно и тоже P₁₄S(A) = S(G).

P₁₅S(G) = S(K)

P₂₀S(K) = S(A)

Заменив в последнем выражении S(K) получим:

P₂₀P₁₅P₁₄S(A) = S(A) (1), где S(A) — буква, соединенная с A на коммутационной панели.

Теперь атака сводится к тривиальному перебору всех возможных установок ротора. Для каждой комбинации роторов необходимо проверить выполнение равенства (1). Если равенство выполняется для буквы S, это означает что найдена правильная конфигурация роторов и что буква A соединена на коммутационной панели с буквой S. Поиск остальных пар сводится к по буквенной расшифровке криптотекста и сопоставлению результата с известным открытым текстом.

Следует отметить, что с вероятностью 1/26 равенство может выполняться и при неправильной установке роторов, поэтому для повышения надежности алгоритма желательно использовать несколько «циклов».

Еще один важный момент связан с тем, что атакующему может быть известна только часть зашифрованного сообщения. И в таком случае, прежде всего ему потребуется найти местоположение известного текста в полученной криптограмме. В решении этой задачи очень сильно помогает знание того факта, что Энигма никогда не шифрует букву саму в себя. Т.е. для нахождения правильного смещения нужно найти такую позицию в криптотексте при которой ни одна из букв закрытого текста не дублируется буквой открытого сообщения.

P.S.

Очень медленную, но вполне рабочую реализацию атаки на Python можно посмотреть на GitHub.

Ссылки

Машинный шифр

Enigma — декодер, кодировщик, решатель, переводчик

Поиск инструмента

Enigma Machine

Инструмент для автоматического дешифрования / шифрования с помощью Enigma. Enigma — это немецкая шифровальная / дешифровальная машина. Основанный на электромеханической системе с использованием роторов, он позволял шифровать немецкие коммуникации во время Второй мировой войны.

Результаты

Загадочная машина — dCode

Тег (и): Криптография, Замещающий шифр

Поделиться

dCode и вы

dCode является бесплатным, а его инструменты являются ценным подспорьем в играх, математике, геокэшинге, головоломках и задачах, которые нужно решать каждый день!
Предложение? обратная связь? Жук ? идея ? Запись в dCode !

Рекламные объявления

Кодировщик и декодер Enigma

Страница в стадии доработки, приносим извинения за неудобства

Инструмент для автоматического дешифрования / шифрования с помощью Enigma.Enigma — это немецкая шифровальная / дешифровальная машина. Основанный на электромеханической системе с использованием роторов, он позволял шифровать немецкие коммуникации во время Второй мировой войны.

Ответы на вопросы

Как зашифровать с помощью шифра Enigma?

dCode может кодировать / декодировать 3 enigma машин (Вермахт / Люфтваффе с 3 роторами и Kriegsmarine с 3 или 4 роторами). Каждая модель имеет свои роторы и отражатели.

Роторы имеют выемки.Для ротора I при переходе от Q к R следующий ротор перемещается, выемки зависят от каждого ротора и не могут быть настроены.

Роторы могут быть установлены в любом порядке, но Бета и Гамма могут быть только в положении 4 и должны использовать B тонкий или C тонкий отражатель.

Ротор может иметь переменное начальное положение (всего 26 положений), которое нужно каждый раз настраивать. Роторы имеют буквенное колесо, которое было установлено в первых машинах Enigma , но может быть установлено в последних версиях, его положение называется Ringstellung.

Как распознать зашифрованный текст Enigma?

В зашифрованном сообщении только буквы, и нет букв в том же месте, что и в исходном сообщении.

В чем разница между начальным положением роторов и положением колеса алфавита?

На некоторых роторных колесах алфавит фиксирован, в данном случае ротор и колесо — одно и то же, но иногда колесо не зафиксировано и может быть сдвинуто смещением относительно ротора.

Когда была изобретена Enigma?

Задайте новый вопрос

Исходный код

dCode сохраняет право собственности на исходный код онлайн-инструмента Enigma Machine.За исключением явной лицензии с открытым исходным кодом (обозначенной CC / Creative Commons / free), любой алгоритм, апплет или фрагмент (преобразователь, решатель, шифрование / дешифрование, кодирование / декодирование, шифрование / дешифрование, переводчик) или любая функция (преобразование, решение, дешифрование / encrypt, decipher / cipher, decode / encode, translate), написанные на любом информатическом языке (PHP, Java, C #, Python, Javascript, Matlab и т. д.), доступ к данным, скриптам или API не будет бесплатным, то же самое для Enigma Machine скачать для автономного использования на ПК, планшете, iPhone или Android!

Нужна помощь?

Пожалуйста, заходите в наше сообщество Discord, чтобы получить помощь!

Вопросы / комментарии

Сводка

Инструменты аналогичные

Поддержка

Форум / Справка

Рекламные объявления

Ключевые слова

загадка, машина, ротор, отражатель, кольцо, германия, война, нацисты, реевски, тьюринг

Ссылки

Источник: https: // www.dcode.fr/enigma-machine-cipher

© 2020 dCode — Лучший «инструментарий» для решения любых игр / загадок / геокешинга / CTF.

.

PPT — Система шифрования / дешифрования ПЛИС на основе итоговой презентации Enigma PowerPoint Presentation

9004

Таблица ASCII Reflector Разъем

9004

Разъем

Пятый ротор B.. . . . . 0x01 0x02 0x03 0x04 0xFF 0xA2 0x4B 0x67 0x89 0xAC 0x01 0x02 0x03 0x04 0xFF 0x01 0x02 0x03 0x04 0xFF 0xA 0x4B 0x67 0x89 0x89 0xAC 0xA 0x4000 0x8000 Таблица AS7000 Ключ шифрования 9CIIC 9000 9CIIAC -система симметрична как машина Enigma. • Следует использовать одинаковые ключи (перестановки), одинаковые положения для ключей и одинаковые положения ротора. Первый ротор Первый ротор 0x01 0x02 0x03 0x04 0xFF 0xA2 0x4B 0x67 0x89 0xAC.. . 0xA2 0x4B 0x67 0x89 0xAC 0x01 0x02 0x03 0x04 0xFF ПК 0x4B, 0xA2 0x02, 0x02 Зашифрованные данные Первый ключ Таблица ASCII Таблица ASCII Первый ключ

  #! / Usr / bin / python -u
из Crypto.Cipher импортировать AES

flag = open ("флаг", "r").читать (). полоса ()
ключ = open ('enc_key', 'r'). read (). strip (). decode ('шестнадцатеричный')

добро пожаловать = "" "
************ Служба безопасного шифрования MI6 ************
                  [Мы в полной безопасности]
       ________ ________ _________ ____________; _
      - ______ \ - ______ \ / _____ //. . ._______ /
     / / / // / / // _ / / // ___ /
    / / / // / / / .- '// _ / | _ /, -'
   / / / // / / /.-'.- '
  / / / // / / / / /
 / / / // / / / / /
/ / _____ / // / _____ / / / /
\ ________- \ ________- / _ /

"" "

def pad (м):
  м = м + '1'
  а len (m)% 16! = 0:
    м = м + '0'
  вернуть м

def encrypt ():
  шифр = AES.новый (ключ, AES.MODE_ECB)

  m = raw_input ("Номер агента:")
  m = "агент" + m + "хочет видеть" + флаг

  вернуть cipher.encrypt (pad (m)). encode ("hex")

распечатать добро пожаловать
печать encrypt ()