Энигма — термин со множеством значений, который ассоциируется и с компьютерными программами, и с музыкой, и с военной техникой. Но так или иначе, это слово наполнено тайнами. «Энигма» (Аίνιγμα) в переводе с греческого означает «загадка».
Энигма, в первую очередь, — это название шифровальной машины, созданной фашистской Германией накануне Второй мировой войны. В статье разберемся по какому принципу работает эта шифровальная машина и окунемся в историю ее создания.
История создания «Энигмы»
Enigma — самая известная шифровальная машина в истории. Во время Второй мировой войны это полевая машина для кодирования сообщений использовалась немецким военным штабом.
Изобретателем Энигмы принято считать немецкого инженера Артура Шербиуса. Но, он приобрел патент на нее у голландского изобретателя Гуго Кох де Дельфта, который создал эту устройство в 1919 году и планировал использовать свою шифровальную машину для гражданских целей. После приобретения патента, А. Шербиус усовершенствовал машину и назвал ее «Enigma».
Первоначально эта шифровальное устройство использовалась в коммерческих и политических целях разных стран, и Германией тоже. Последняя и проявила заинтересованность к уникальной машине шифрования сообщений. В 1926 году образцы Энигмы экспериментально были протестированы на немецких военных кораблях. После положительных испытаний, штаб Рейхсвера решил оснастить Энигмой три государственные армии. В дальнейшем, повсеместное использование этой шифровальной машины фашистской Германией началось в военное время в целях передачи и расшифровки кодированных сообщений.
«Энигма»: описание, составные части
Enigma — переносная портативная шифровальная машина.
Размер — 27 х 23 х 13 см
Вес — примерно 5 кг
Составные части:
- панель механических клавиш;
- 3,5 или более вращающихся роторных диска;
- рефлектор;
- электронные схемы;
- коммуникационная панель;
- панель с индикаторами (лампочками).
Суть шифрования в том, чтобы отправить засекреченный текст в виде запутанного набора символов. Прогнав это сообщение через шифровальную машину, радист получает на выходе понятные послания.
Работа с Энигмой весьма проста. В машину вводится текст, который необходимо зашифровать. С помощью электрических импульсов кодируются необходимые слова. Принимающая Энигма получает текст и расшифровывает его с помощью постоянно меняющегося ключа. В итоге радист-шифровальщик получает вразумительный текст.
Enigma использует алгоритм подстановочного шифра. Это простой способ закодировать текст. Также просто его и расшифровать. Но шифр Энигмы считается одним из самых сложных до сих пор.
Шифр «Энигмы»
Центральный код Энигмы представляет собой динамический шифр «Цезаря». Суть его в замене буквы на клавиатуре символом находящимся правее или левее на определенном расстоянии. То есть, при наборе текста сообщения, машина меняет одни буквы на другие. Например, вместо «R» — «М».
Но, вместе с простым шифром Цезаря в Энигме, используется дополнительная форма подстановочных шифров. Вместе они работают следующим образом:
Каждый раз нажимая кнопку на клавиатуре, ротор перемещается и направляет электрический сигнал на другой символ. При первом нажатии одной и той же буквы генерируется один код, а при повторном нажатии, уже другой. При написании сообщения код постоянно меняется и расшифровать его может только тот, кто владеет ключом.
Каждый период времени радисты получили книгу с ключами, которые будут использоваться в определенный день. При кодировании немцы использовали 26 символов. Сами сообщения были короткими, по 5 букв. Весь текст делился на несколько частей, каждая из которых расшифровывалась с помощью разных ключей.
Схема шифрования
Схема шифрования на Энигме была похожа на телефонный коммуникатор тех времен. На панели закреплены 10 проводов с двумя концами, каждый из которых можно было подключить к разъему.
Такие провода соединяли клавиши одного символа с одной стороны провода и слот с кодовым символом, с другой. Таким образом, две парные буквы заменяли друг друга, что обеспечивало дополнительное шифрование.
Кодирование сообщений
Итак, каждый ротор машины имел 26 положений (число символов в латинском алфавите). Одновременно можно было использовать три ротора, каждый с уникальным путем контактов между парой букв и разной скоростью вращения. Например, один из роторов после кодирования символа мог проворачиваться на три шага вперед, а другой ротор — только на два. Эти роторы можно было менять, выбирая из нескольких наборов. В итоге, вариантов расшифровки может быть тысячи.
«Ключ» к расшифровке также состоит из нескольких наборов роторов с разными связями между парами букв и с различными схемами передвижения после нажатия на клавишу. Например, при заданных условиях движения роторов слева направо, радисту необходимо зашифровать букву «А». Три ротора заменяют «А» по-разному. Пройдя через третий ротор в закодированном тексте «А» станет «В», пройдя через второй ротор — «В» меняется на «J». Соответственно, первый ротор «J» преобразуется в «Z».
Следующий этап шифрования после роторов — это прохождение через отражатель. В отражателе символы текста проходят дополнительную замену.
Последним этапом кодирования послания — отправка сообщения через роторы в обратном порядке.
Расшифровать такое сообщение можно только на такой же машине Энигма и с теми же настройками, что у отправителя.
Недостатки шифрования сообщений на «Энигме»
Большим недостатком шифровальной машины Энигма, можно сказать, стала ее сложность кодирования. При кодировке текста буква не шифровалась, как она есть. Например, буква «R» никогда не могла стать буквой «R». Зная это, противник получал часть информации, необходимой для расшифровки.
Вторым минусом являлось то, что Энигма шифровала первые три буквы повторно. Это позволяло найти шаблоны шифра.
Также недостатком являлась сама неосторожность немцев. Составляя текст сообщений, они начинали его словами о погоде и заканчивали традиционным приветствием.
В итоге, дешифровальщик, опираясь на эти знания и отгадав пару слов, мог подобрать ключ кодировки.
Бомба для «Энигмы»
Взлом шифра Энигмы в истории Второй мировой войны считается одним из весомых вкладов в Победу над фашистской Германией. Машина Enigma позволяла немцам кодировать свои сообщения почти неуязвимым способом. До 1940 года код энигмы расшифровать не было никакой возможности.
Английский математик Алан Тьюринг, используя недостатки в работе Энигмы, получил доступ к кодовым книгам немецких шифровальщиков. В марте 1940 была создана первая криптологическая машина. Это устройство для расшифровки кода «Энигмы» получило название «Bombe». С ее помощью антифашистская коалиция смогла взломать даже последнюю версию Enigma.
Бомба весила 2,5 тонны, в высоту достигала 3 метра и состояла из 108 электрических барабанов.
По сути изобретение Тьюринга является усовершенствованной версией машины, разработанной в 1938 году польским изобретателем Марианом Реевским и его коллегами.
Польская дешифровальная машина основывалась на дефекте двойного шифрования первых трех символов при работе на Энигме.
Правительство Польши в память о своих гениальных изобретателей в 2007 году даже выпустила памятные золотые и серебряные монеты. На монетах изображен герб Польши, а по окружности выгравировано колесо-реле Энигмы.
Стандартное шифровальное устройство «British Bombe» соединяло в себе 36 машин типа Enigma. Оно могло расшифровать текущий ключ Энигмы за 2 часа.
Через некоторое время немецкие математики обнаружили и устранили дефект двойного шифрования Энигмы. Тогда Тьюринг начал взламывать код Enigma основываясь на неспособности кодировки буквы как она есть и на принципе обнаружения типовых фрагментов в немецких посланиях.
Но, даже с учётом всех недостатков Enigma, расшифровать код немецкой шифровальной машины было практически невозможно. Не хватало ни времени, ни людей. Зашифрованные послания, переданные через Энигму, каждый день имели новый ключ и множество вариантов расшифровки. Со времен Второй мировой войны остались зашифрованные с помощью Энигмы сообщения, которые до сих пор не раскодировали. Они есть в открытом доступе на некоторых сайтах. Найти ключ к ним пытаются уже более 70 лет.
