Шифр «Энигма» был полевым шифром, используемым немцами во время Второй мировой войны. Enigma — одна из самых известных в истории шифровальных машин. Первая машина Enigma была изобретена немецким инженером по имени Артур Щербиус в конце Первой мировой войны. Она использовалась коммерчески с начала 1920-х годов и также использовалась военными и правительственными службами ряда стран, в том числе Германией, до и во время Второй мировой войны для передачи закодированных сообщений. Было выпущено множество различных моделей Enigma, но немецкая военная модель и немецкий шифр «Энигма» являются наиболее известными и обсуждаемыми.
Вам будет интересно: Пополняем словарный запас: перипетия — это.
Взлом шифра Enigma во время Второй мировой войны
Некоторые историки считают, что взлом шифра «Энигма» был самой важной победой союзных держав во время Второй мировой войны. Машина Enigma позволяла использовать миллиарды способов кодирования сообщений, что делало для других стран взлом немецких кодов во время Второй мировой войны невероятно трудным. Ннекоторое время код казался неуязвимыми.
Разгадка «Энигмы»: Как англичанам удалось взломать шифры вермахта
Затем Алан Тьюринг и другие исследователи использовали несколько недостатков в реализации кода Enigma и получили доступ к немецким кодовым книгам, что позволило им создать машину под названием Bombe. Она помогла взломать самые сложные версии Enigma. Польша в 2007 году выпустила монету в честь 75-летия взлома шифра «Энигмы» — 2 злотых из северного золота. В центре изображен герб Польши, а по кругу идет колесо-релле Enigma.
Значение взлома шифра для союзников
Вам будет интересно: Что такое ограничение: значение слова, когда употребляется
Некоторые историки считают, что взлом Enigma был единственной самой важной победой союзных держав во время Второй мировой войны. Используя информацию, которую они расшифровали у немцев, союзники смогли предотвратить множество атак. Но, чтобы избежать подозрений в том, что они способ дешифрования посланий найден, союзникам пришлось разрешить некоторые нападения, несмотря на то что у них были знания, чтобы остановить их. Об этом рассказывается в фильме «Игра в имитацию», вышедшем в 2014 году.
Машина «Энигма»: описание, составные части
Вам будет интересно: Теория Дэвида Макклелланда, тезис
Машина Enigma состоит из нескольких частей, включая клавиатуру, плату, роторы и внутренние электронные схемы. Некоторые из них имеют дополнительные функции. Закодированные сообщения были набором букв, которые превращались в понятное предложение при расшифровке. Машины Enigma используют форму подстановочного шифрования.
Подстановочное шифрование — это простой способ кодирования сообщений, но такие коды довольно легко сломать. Но машина Enigma спроектирована так, что правый ротор продвигается на одну позицию сразу после нажатия клавиши ввода. Таким образом, шифрование букв фактически начинается в то время, как роторы находятся в позиции, предшествующей AAA. Обычно это позиция AAZ.
158 962 555 217 826 360 000 (Энигма, русская озвучка)
Как работает шифр «Энигма»
Простым примером схемы шифрования замещения является шифр Цезаря. Он заключается в изменении места каждой буквы алфавита. Например, при сдвиге на 3 места буква A займет место G. Но шифр машины «Энигма» был, несомненно, намного мощнее, чем простой шифр Цезаря. Они используют форму подстановочных шифров, но каждый раз, когда письмо сопоставлялось с другим, вся схема кодирования изменялась. Варианты шифров «Энигма» — на фото ниже.
После нажатия каждой кнопки роторы перемещаются и направляют ток по другому пути на другую открытую букву. Таким образом, для первого нажатия клавиши генерируется одна кодировка, а при нажатии второй — другая. Это значительно увеличивает количество возможных вариантов кодирования, потому что каждый раз, когда на машине Enigma нажимается клавиша, роторы поворачиваются, и код меняется.
Принцип работы машины «Энигма»
Когда нажата клавиша на клавиатуре, один или несколько роторов перемещаются, чтобы сформировать новую конфигурацию ротора, которая будет кодировать одну букву как другую. Ток протекает через машину, и загорается одна лампочка на плате ламп, которая показывает выходную букву. Пример шифра «Энигмы» выглядел так: если нажата клавиша P, а машина Enigma кодирует эту букву как A, на панели лампы загорится A. Каждый месяц операторы Enigma получали кодовые книги, в которых указывалось, какие настройки будут использовать каждый день.
Схема шифрования
Схема была аналогична старомодной телефонной коммутационной панели, которая имеет десять проводов, причем в каждом проводе два конца, которые можно подключить к разъему. Каждый штекерный провод может соединять две буквы в пару путем подключения одного конца провода к слоту одной буквы, а другого конца — к другой букве. Две буквы в паре будут меняться, поэтому если B подключен к G, G становится B, а B становится G. Это обеспечивает дополнительный уровень шифрования для военных.
Кодирование сообщения
Каждый ротор машины имеет 2626 номеров или букв. Машина Enigma может использовать три ротора за раз, но их можно менять, выбирая из пяти наборов, что приводит к тысячам возможных конфигураций. «Ключ» к шифру «Энигма» состоит из нескольких элементов: роторы и их порядок, их начальные положения и схема смещения.
Если предположить, что роторы движутся слева направо, и нужно зашифровать букву A, то когда буква А зашифрована, каждый ротор находится в исходном положении — AAA. Поскольку роторы движутся слева направо, символ A сначала пройдет через третий. Каждый ротор выполняет операцию замещения. Поэтому после того, как символ А проходит через третий, он выходит как В. Теперь буква B вводится через второй ротор, где он заменяется на J, а в первом J изменяется на Z. После того как шифр «Энигма» проходит через все роторы, он переходит на отражатель и проходит еще одну простую замену.
Ключ к расшифровке сообщений
После выхода из отражателя сообщение отправляется через роторы в обратном направлении, при этом применяется обратная замена. После этого символ A превратится в U. На каждом роторе, на ободе, есть алфавит, поэтому оператор может задавать определенную последовательность. Например, оператор может повернуть первый ротор, чтобы отобразить D, повернуть второй, чтобы отобразить K, и повернуть третий слот так, чтобы отобразить P. При первоначальном наборе из трех чисел или букв, отображаемых на машине отправителя, когда он начал вводить сообщение, получатель может декодировать его, установив на свою идентичную машину Enigma начальные настройки отправителя.
Недостатки способа шифрования «Энигма»
Главным минусом шифра «Энигма» было то, что буква никогда не могла быть закодирована так, как она есть. Другими словами, A никогда не будет закодирована как A. Это был огромный недостаток в коде Enigma, потому что он дал часть информации, которую можно было использовать для дешифрования сообщений. Если бы дешифровщики могли угадать слово или фразу, которые, вероятно, появятся в сообщении, эта информация помогла бы им, чтобы разгадать код. Поскольку немцы всегда отправляли сообщение о погоде в начале и обычно включали в конце сообщения фразу со своим традиционным приветствием, были найдены фразы, которые приблизили дешифровщиков к разгадке.
Машина Алана Тьюринга и Гордона Уэлчмана
Алан Тьюринг и Гордон Уэлчман разработали машину под названием Bombe, которая использовала электрические схемы для расшифровки закодированного Enigma сообщения менее чем за 20 минут. Машина Bombe пыталась определить настройки роторов и схемы машины Enigma, используемые для отправки заданного кодированного сообщения. Стандартная машина British Bombe была по существу 36 машинами Enigma, соединенными вместе. Таким образом, она смоделировала сразу несколько машин Enigma.
Как выглядела машина Bombe
Большинство машин Enigma имели три ротора, и каждый из симуляторов Enigma в Bombe имел три барабана, по одному для каждого ротора. Барабаны «Бомбе» были закодированы цветом, чтобы соответствовать тому ротору, который они имитировали. Барабаны были устроены так, что верхний из трех моделировал левый ротор Enigma, средний имитировал средний ротор, а нижний — правый ротор. Для каждого полного вращения верхних барабанов средние барабаны были увеличены на одну позицию, то же самое происходило со средним и нижним барабаном, в результате чего общее количество позиций составляло 17 576 позиций машины Enigma с 3 роторами.
Работа дешифровщика
Для каждой конфигурации ротора, при каждом повороте барабанов машина Bombe делала предположение о настройке схемы, например, что A подключен к Z. Если предположение оказывалось ложным, машина отвергала его и больше не использовала, и не тратила время на проверку любого из этих позже. Машина Bombe сдвигала позиции ротора и выбирала новое предположение и повторяет этот процесс до тех пор, пока не появится удовлетворительное расположение настроек. Если машина «догадывалась», что А подключен к Z, то понимала, что B необходимо подключить к E, и так далее. Если тест не привел к противоречию, машина останавливалась, и декодер использовал выбранную конфигурацию как ключ к сообщению.
Источник: 1ku.ru
Тьюринг смог. Как взломали немецкий код Enigma во время Второй Мировой войны
Машина «Bombe», разработанная британским математиком Аланом Тьюрингом, имела огромное значение в ходе Второй Мировой войны. Изобретение Тьюринга помогло взломать закодированные легендарной машиной Enigma немецкие сообщения.
Машина Тьюринга существенно увеличила скорость декодирования перехваченных немецких сообщений. Это позволило силам союзников реагировать на секретные данные в течение нескольких часов, а не недель.
Много было рассказано о гениальности Тьюринга, его беспокойной личной жизни и трагически ранней смерти. В Голливуде даже был снят фильм о нем. Но как много вы знаете о машине, которую он построил, о принципе взлома машины, и о влиянии, которое она оказала на ход войны?
Делимся неизвестными фактами об изобретении Тьюринга.
1. Тьюринг придумал свою машину не сам
На самом деле гениальное изобретение Тьюринга, машина Bombe, является продолжением работы польских математиков Мариана Реевского, Генрика Жигальского и Ежи Розыцкого .
Польская Bombe преуспела благодаря дефекту немецкого шифрования, который дважды шифровал первые три буквы в начале каждого сообщения, позволяя взломщикам кода искать шаблоны.
Как работала именно машина Bombe, остаётся загадкой, но при использовании шести таких машин параллельно, важнейший Enigma Ringstellung (порядок расположения кодирующего кольца) мог быть обнаружен всего за пару часов.
2. Немцы усовершенствовали Enigma
В какой-то момент немецкие шифровальщики обнаружили и устранили слабость двойного шифрования. Тогда британцам потребовалось более продвинутое решение, и к работе подключился Тьюринг и его команда.
Используя информацию, предоставленную поляками, Тьюринг начал взламывать сообщения Enigma с помощью своего собственного «компьютера».
Его методы основывались на предположении, что в каждом сообщении содержится шпаргалка – известный фрагмент немецкого открытого текста в знакомом месте сообщения .
В одном примере это был прогноз погоды в Атлантике, который каждый день записывался в одном и том же формате. Оборудование для определения местоположения на прослушивающих станциях позволило взломщикам кода определить, откуда исходит сообщение, и, если оно совпадает с расположением метеостанции, вполне вероятно, что слово «wettervorhersage» (прогноз погоды) будет присутствовать в каждом сообщении.
Другой любопытной подсказкой для Тьюринга была неспособность Enigma закодировать букву как саму себя. То есть S никогда не могла быть S.
3. Enigma стала практически идеальной
Даже с учётом всех минусов Enigma, взломать код было практически нереально. Не хватало времени или рабочей силы для проработки всех возможных комбинаций. Это связано с тем, что каждое письмо в момент ввода в машину Enigma, каждый раз шифровались по-разному.
Таким образом, даже если угадать одно ключевое слово, предлагающее подсказки, для взлома кода потребовалось сократить шансы 158 962 555 217 826 360 000 к 1 – точное число способов настройки машин Enigma.
Мало того, каждый день нужно было взламывать новый код, чтобы учесть изменение настроек немцами в полночь.
4. Команда Тьюринга пошла от обратного
Вместо того, чтобы угадывать ключ, Bombe использовал логику, чтобы отклонить определённые возможности. Как сказал Артур Конан Дойл: «Когда вы исключили невозможное, все, что остаётся, каким бы невероятным оно ни было, должно быть правдой».
Этот метод, хотя и был успешным, все же предоставлял целый ряд возможных правильных ответов для настроек немецкого кольца. Поэтому необходимо было проделать дополнительную работу, чтобы сузить его до правильного.
С помощью проверочной машины процесс повторялся до тех пор, пока не был найден правильный ответ.
Это дало взломщикам часть ключа, но не весь. Затем приходилось использовать полученные знания и выяснить остальную часть ключа.
После того, как код взламывался, команда Тьюринга устанавливала машину Enigma с правильным ключом дня и расшифровали каждое сообщение, перехваченное в тот день.
5. Машина Тьюринга сегодня стоит 320 миллионов рублей
«Бомбы» были 7 футов в ширину, 6 футов 6 дюймов в высоту и весили тонну, в буквальном смысле. У них было 12 миль проводов(!) и 97 000 различных деталей.
Прототип декодера был построен за 100 000 фунтов стерлингов, что сегодня составляет около 4 миллионов фунтов стерлингов. Почти 320 миллионов рублей по текущему курсу!
По сути, бомба Тьюринга представляла собой электромеханическую машину, состоящую из 36 различных машин Enigma, каждая из которых содержала точную внутреннюю проводку немецкого аналога.
Когда «Бомба» включена, каждой из загадок выделяется пара букв из полученного текста шпаргалки (например, когда D становится T в угаданном слове).
Каждый из трёх роторов движется со скоростью, имитирующей саму Enigma, проверяя приблизительно 17 500 возможных позиций, пока не находится совпадение.
6. Гений Тьюринга повлиял на исход войны
После того, как машина Enigma была взломана, 211 машин Bombe были построены и работали круглосуточно. Они были размещены в разных местах по всей Британии, на случай возможных взрывов, которые могли уничтожить эти очень сложные и дорогие образцы.
Из-за нехватки захваченных машин Enigma британские шифровальные машины Typex были преобразованы в работающие машины Enigma.
Полностью расшифрованные сообщения переводились с немецкого на английский, а затем передавались британской разведке.
На своём пике машина Bombe могла взламывать до 3000 немецких сообщений в день. К концу войны она справилась с 2,5 миллионами сообщений, многие из которых дали союзникам жизненно важную информацию о позициях и стратегии Германии.
Предполагается, что эти знания сыграли важную роль в ключевых битвах.
По мнению многих экспертов, изобретение Тьюринга позволило сократить войну на два года.
Банк Англии выпустит купюру номиналом 50 фунтов в честь Тьюринга
За заслуги Алана Тьюринга Национальный банк Англии к концу 2021 года выпустит купюру с лицом ученого. Номинал — 50 фунтов стерлингов.
Также на банкноте разместят цитату математика и ленту с его датой рождения, записанные в двоичном коде.
(57 голосов, общий рейтинг: 4.75 из 5)
Хочешь больше? Подпишись на наш Telegram.
Источник: www.iphones.ru