Атака Реевского на «Энигму» является одним из по-истине величайших достижений криптоанализа.
Последнее искушение Тьюринга. Гения науки погубила любовь к строителю
| Коды, шифры и языки: тайны, которые удалось разгадать | В школе кодов и шифров он возглавлял группу Hut 8, ответственную за криптоанализ сообщений ВМФ Германии и разработал некоторое количество методов взлома немецкого. |
| Криптоанализ Enigma | Криптоанализ «Энигмы» — статья из Интернет-энциклопедии для |
| Нерасшифрованное сообщение «Энигмы» | Взломщик кода шифратора «Энигма» Алан Тюринг, покончивший с собой после обвинения в непристойном поведении в соответствии с законом против гомосексуализма, |. |
| Коды, шифры и языки: тайны, которые удалось разгадать - | Взломщик кода шифратора «Энигма» Алан Тюринг, покончивший с собой после обвинения в непристойном поведении в соответствии с законом против гомосексуализма, |. |
| Уэлчман, Гордон: биография | «Энигма» — шифровальный аппарат, который активно использовался в середине XX века для передачи секретных сообщений. Благодаря большому труду математиков, он был взломан. |
Криптоанализ «Энигмы. Шифровальная служба Советского Союза
| Нерасшифрованное сообщение «Энигмы» / Хабр | На самом деле криптоанализ «Энигмы» представлял сложную работу, в которой помогали и английские математики во главе с Аланом Тьюрингом. |
| Машина энигма во времена второй мировой войны | Алан занимался криптоанализом «Энигмы» в команде с поляками, русскими и британцами. |
| От манускриптов до шифровальных машин: история криптографии | Another paper that builds on Jim Gillogly's paper is Applying Statistical Language Recognition Techniques in the Ciphertext only Cryptanalysis of Enigma by Heidi Williams. |
| Взлом «Энигмы»: история, которую мы не должны были узнать | Благодаря влиянию, оказанному на ход войны, взлом Энигмы стал возможно самым ярким моментом в многовековой истории криптоанализа. |
Ученые рассказали, как АНБ "слушает" зашифрованный трафик
За годы Второй мировой войны Тьюринг добился огромных успехов в области военного криптоанализа — благодаря ему код «Энигмы» был расшифрован полностью. Ниже описаны блоки данных Энигмы и способы их получения. Взломщик кода шифратора «Энигма» Алан Тюринг, покончивший с собой после обвинения в непристойном поведении в соответствии с законом против гомосексуализма, |.
Правда и вымысел о Энигме
Дешифровка легендарной немецкой машины «Энигма» вошла в мировые учебники криптографии как одно из главных достижений Второй мировой войны. Энигма представляла собой как бы динамический шифр цезаря. Криптоанализ «Энигмы» — криптоанализ немецкой шифровальной машины «Энигма» во время Второй мировой войны силами польских и британских спецслужб. Совместно с Дилли Ноксом он занимался криптоанализом «Энигмы». После этого случая немецкие инженеры усложнили «Энигму» и в 1938 году выпустили обновленную версию, для «взлома» которой требовалось создать более сложные механизмы [6]. Польский математик во многом предрешил исход Второй мировой войны, сумев разгадать секретный нацистский код под названием Энигма.
Как взломали "Энигму"?
А также сказать о том, что разведка — это не только шпионы и агенты, но и серьезная научная работа ведущих мировых специалистов в математике, лингвистике, радиотехнике и других областях знаний. В 1974 году, почти через 30 лет с момента окончания операции, сотни или даже тысячи сотрудников Блетчли-парка были еще живы. Они были освобождены от обязанности хранить эту тайну, однако многие восприняли книгу негативно и предпочли и дальше сохранять молчание. Публикация книги Уинтерботэма стала поворотным моментом в истории криптографии XX века. В ней мало технических подробностей, но есть объяснение роли полученных сведений, о том, какое преимущество они дали в конкретных военных операциях в Средиземноморье, Северной Африке, в атлантической блокаде или во вторжении в Нормандию. Уинтерботэм первым нарушил молчание, установленное Черчиллем, показал драматичность событий и привлек внимание общества к этой теме. В 1978 году его книга была переведена и опубликована в СССР. Кан рассказал о криптографии почти все, сделал это интересно, понятно, корректно, но ничего не написал об операции «Ультра». Он просто о ней не знал. По утверждениям самого автора, он знал, что в Блетчли-парке работало несколько тысяч людей, которые занимались перехватом и взломом, но совершенно не подозревал, какой результат имела эта работа. Он даже писал письма Уинстону Черчиллю и Дуайту Эйзенхауэру, спрашивая, какое влияние на войну оказал взлом шифров, но ни один из них ему не ответил.
После публикации книги Уинтерботэма Дэвид Кан написал: «Для меня это был тяжелый удар. Я это пропустил. Я чувствовал себя просто ужасно из-за этого». В своем позднем издании 1996 года он все же добавил главу об операции «Ультра». Об этом были написаны десятки научных и псевдонаучных книг, было снято несколько документальных и художественных фильмов и сериалов. Достаточно вспомнить нашумевший фильм 2014 года «Игра в имитацию» режиссера Мортена Тильдума с Бенедиктом Камбербэтчем в роли Алана Тьюринга. Благодаря массовой культуре «Энигма» стала самой знаменитой шифровальной машиной в истории, а цена ее различных модификаций постепенно стала сопоставима с ценой элитных спорткаров и сегодня уже приближается к нескольким сотням тысяч долларов. А историки полагают, что это сократило войну на два года и тем самым спасло жизни миллионам людей. Как известно, история не знает сослагательного наклонения, и сегодня никто не сможет сказать, что было бы если бы «Энигму» так и не смогли взломать. Подробнее о том, как британским криптоаналитикам удалось разгадать секрет кода самой известной шифровальной машины времен Второй мировой войны, можно узнать в Музее криптографии, где также представлены оригинал машины и симулятор, с помощью которого можно попробовать самостоятельно зашифровать или расшифровать сообщения.
Книги по теме: Frederick Winterbotham. The Ultra Secret.
Что, конечно, неудивительно, учитывая, что они не располагали никакими ресурсами, кроме своих сбережений и гаражей.
Как работала «Энигма» Итак, «бомбы» использовались для расшифровки сообщений, которые получались на выходе после шифрования «Энигмой». Но как именно она это делает? Подробно разбирать ее электромеханическую схему мы, конечно, не будем, но общий принцип работы узнать интересно.
По крайней мере, мне было интересно послушать и записать этот рассказ со слов работника музея. Устройство «бомбы» во многом обусловлено устройством самой «Энигмы». Собственно, можно считать, что «бомба» - это несколько десятков «Энигм», составленных вместе таким образом, чтобы перебирать возможные настройки шифровальной машины.
Самая простая «Энигма» - трехроторная. Она широко применялась в вермахте, и ее дизайн предполагал, что ей сможет пользоваться обычный солдат, а не математик или инженер. Работает она очень просто: если оператор нажимает, скажем, P, под одной из букв на панели загорится лампочка, например под буквой Q.
Остается только перевести в морзянку и передать. Важный момент: если нажать P еще раз, то очень мал шанс снова получить Q. Потому что каждый раз, когда ты нажимаешь кнопку, ротор сдвигается на одну позицию и меняет конфигурацию электрической схемы.
Такой шифр называется полиалфавитным. Посмотрите на три ротора наверху. Если вы, например, вводитие Q на клавиатуре, то Q сначала заменится на Y, потом на S, на N, потом отразится получится K , снова трижды изменится и на выходе будет U.
Таким образом, Q будет закодирована как U. Но что, если ввести U? Получится Q!
Значит, шифр симметричный. Это было очень удобно для военных применений: если в двух местах имелись «Энигмы» с одинаковыми настойками, можно было свободно передавать сообщения между ними. У этой схемы, правда, есть большой недостаток: при вводе буквы Q из-за отражения в конце ни при каких условиях нельзя было получить Q.
Немецкие инженеры знали об этой особенности, но не придали ей особого значения, а вот британцы нашли возможность эксплуатировать ее. Откуда англичанам было известно о внутренностях «Энигмы»? Дело в том, что в ее основе лежала совершенно не секретная разработка.
Первый патент на нее был подан в 1919 году и описывал машину для банков и финансовых организаций, которая позволяла обмениваться шифрованными сообщениями. Она продавалась на открытом рынке, и британская разведка успела приобрести несколько экземпляров. По их же примеру, кстати, была сделана и британская шифровальная машина Typex, в которой описанный выше недостаток исправлен.
Самая первая модель Typex. Целых пять роторов! У стандартной «Энигмы» было три ротора, но всего можно было выбрать из пяти вариантов и установить каждый из них в любое гнездо.
Именно это и отражено во втором столбце - номера роторов в том порядке, в котором их предполагается ставить в машину. Таким образом, уже на этом этапе можно было получить шестьдесят вариантов настроек. Рядом с каждым ротором расположено кольцо с буквами алфавита в некоторых вариантах машины - соответствующие им числа.
Настройки для этих колец - в третьем столбце. Самый широкий столбец - это уже изобретение немецких криптографов, которого в изначальной «Энигме» не было. Здесь приведены настройки, которые задаются при помощи штекерной панели попарным соединением букв.
Это запутывает всю схему и превращает ее в непростой пазл. Если посмотреть на нижнюю строку нашей таблицы первое число месяца , то настройки будут такими: в машину слева направо ставятся роторы III, I и IV, кольца рядом с ними выставляются в 18, 24 и 15, а затем на панели штекерами соединяются буквы N и P, J и V и так далее. С учетом всех этих факторов получается около 107 458 687 327 300 000 000 000 возможных комбинаций - больше, чем прошло секунд с Большого взрыва.
Неудивительно, что немцы считали эту машину крайне надежной. Существовало множество вариантов «Энигмы», в частности на подводных лодках использовался вариант с четырьмя роторами. Взлом «Энигмы» Взломать шифр, как водится, позволила ненадежность людей, их ошибки и предсказуемость.
Руководство к «Энигме» говорит, что нужно выбрать три из пяти роторов. Каждая из трех горизонтальных секций «бомбы» может проверять одно возможное положение, то есть одна машина единовременно может прогнать три из шестидесяти возможных комбинаций. Чтобы проверить все, нужно либо двадцать «бомб», либо двадцать последовательных проверок.
Однако немцы сделали приятный сюрприз английским криптографам. Они ввели правило, по которому одинаковое положение роторов не должно повторяться в течение месяца, а также в течение двух дней подряд. Звучит так, будто это должно было повысить надежность, но в реальности привело к обратному эффекту.
Получилось, что к концу месяца количество комбинаций, которые нужно было проверять, значительно уменьшалось. Вторая вещь, которая помогла в расшифровке, - это анализ трафика. Англичане слушали и записывали шифрованные сообщения армии Гитлера с самого начала войны.
О расшифровке тогда речь не шла, но иногда бывает важен сам факт коммуникации плюс такие характеристики, как частота, на которой передавалось сообщение, его длина, время дня и так далее. Также при помощи триангуляции можно было определить, откуда было отправлено сообщение. Хороший пример - передачи, которые поступали с Северного моря каждый день из одних и тех же локаций, в одно и то же время, на одной и той же частоте.
Что это могло быть? Оказалось, что это метеорологические суда, ежедневно славшие данные о погоде. Какие слова могут содержаться в такой передаче?
Конечно, «прогноз погоды»! Такие догадки открывают дорогу для метода, который сегодня мы называем атакой на основе открытых текстов, а в те времена окрестили «подсказками» cribs. Поскольку мы знаем, что «Энигма» никогда не дает на выходе те же буквы, что были в исходном сообщении, нужно последовательно сопоставить «подсказку» с каждой подстрокой той же длины и посмотреть, нет ли совпадений.
Если нет, то это строка-кандидат. Например, если мы проверяем подсказку «погода в Бискайском заливе» Wettervorhersage Biskaya , то сначала выписываем ее напротив шифрованной строки. Значит, подсказку нужно сдвинуть на один символ и проверить снова.
Чтобы осуществить атаку нужно только знать часть открытого текста и его точное положение. Часто удавалось достаточно точно определить содержание сообщения. Например, прогноз погоды передавался постоянно в одно и то же время. Чтобы определить точное положение известной части текста использовали слабость Энигмы. Дело в том, что из-за устройства рефлектора буква никогда не может быть зашифрована в себя. На первый взгляд это может показаться достоинством, но на самом деле позволяет сильно сократить количество возможных положений криба. Bombe состоит из нескольких Энигм, в которых все буквы соединены друг с другом и вращающихся барабанов, делающих перебор возможных настроек роторов.
Когда находились нужные настройки, электрическая цепь замыкалась, и машина останавливалась. Криптоаналитики записывали найденное положение и проверяли его.
Правый диск — самый быстрый, а передаточное отношение редуктора — переменное, т. На роторы нанесен алфавит, что позволяет менять их начальную установку по заранее оговоренным правилам. Изюминка «Энигмы» — отражатель, статически закрепленный ротор, который, получив сигнал от вращающихся роторов, посылает его обратно и в 3-роторной машине сигнал преобразовывается 7 раз. Оператор работает так: нажимает клавишу с очередной буквой шифруемого сообщения — на регистре загорается лампочка, соответствующая лишь в данный момент!
Ему не нужно понимать процесс шифрования, оно совершается полностью автоматически. На выходе — полная абракадабра, которая уходит радиограммой адресату. Прочесть ее может лишь «свой», имеющий синхронно настроенную «Энигму», т. С точки зрения математики такое шифрование — это результат перестановок, которые невозможно отследить, не зная стартовой установки роторов. После каждого нажатия клавиши трансформация меняется. Для своего времени «Энигма» была достаточно проста и надежна.
Ее появление не озадачило никого из возможных противников Германии, кроме польской разведки. А потом в 1923 году британское Адмиралтейство выпустило «Историю Первой мировой войны», поведав всему миру о своем преимуществе в той войне благодаря взлому германского кода. В 1914 году русские, потопив немецкий крейсер «Магдебург», выловили труп офицера, прижимавшего к груди журнал с военно-морским кодом. Находкой поделились и с союзником Англией. Немецкая военная элита, испытав шок и проанализировав ход боевых действий после того случая, сделала вывод, что подобной фатальной утечки информации впредь допускать нельзя. А когда Гитлер начал готовить новую войну, шифровальное чудо вошло в обязательную программу.
Повышая защищенность связи, конструкторы постоянно добавляли в машину новые элементы. Даже в первой 3-роторной модели каждая буква имеет 17576 вариантов 26x26x26. При применении в произвольном порядке 3 рабочих роторов из 5, входящих в комплект, число вариантов составляет уже 1054560. Добавление 4-го рабочего ротора усложняет шифрование на порядки; при использовании сменных роторов число вариантов измеряется уже миллиардами. Это и убедило немецких военных. Орудие блицкрига Энигма — всего лишь один из видов электромеханического дискового шифратора.
Но вот ее массовость… С 1925 года и до конца Второй мировой войны было выпущено около 100 тысяч машин. В этом все дело: шифровальная техника других стран была штучной, работая в спецслужбах, за закрытыми дверями. Количество перешло в качество. Не слишком сложный прибор стал опасным оружием, и борьба с ним была принципиально важнее перехвата отдельной, даже очень секретной, но все же не массовой переписки. Компактную по сравнению с зарубежными аналогами машину можно было быстро уничтожить в случае опасности. Первая — модель А — была большой, тяжелой 65x45x35 см, 50 кг , похожей на кассовый аппарат.
Модель В уже выглядела как обычная пишущая машинка. Рефлектор появился в 1926 году на действительно портативной модели С 28x34x15 см, 12 кг. Это были коммерческие приборы с шифрованием без особой стойкости к взлому, интереса к ним не было. Он появился в 1927 году с модели D, работавшей потом на железной дороге и в оккупированной Восточной Европе. В 1928 году появилась Enigma G, она же Enigma I, она же «Энигма вермахта»; имея коммутационную панель, отличалась усиленной криптостойкостью и работала в сухопутных войсках и ВВС. Это была модель Funkschlьssel C 1925 года.
В 1934 году флот взял на вооружение морскую модификацию армейской машины Funkschlьssel M или M3. Армейцы использовали на тот момент всего 3 ротора, а в М3 для большей безопасности можно было выбирать 3 ротора из 5. В 1938 году в комплект добавили еще 2 ротора, в 1939 году еще 1, так что появилась возможность выбирать 3 из 8 роторов. А в феврале 1942 года подводный флот Германии оснастили 4-роторной М4. Портативность сохранилась: рефлектор и 4-й ротор были тоньше обычных. Среди массовых «Энигм» М4 была самой защищенной.
Она имела принтер Schreibmax в виде удаленной панели в каюте командира, а связист работал с зашифрованным текстом, без доступа к секретным данным. Но была еще и спец-спец-техника. Уровень шифрования был так высок, что другие немецкие инстанции читать ее не могли. Ради портативности 27x25x16 см Абвер отказался от коммутационной панели. В результате англичанам удалось взломать защиту машины, что сильно осложнило работу немецкой агентуры в Британии. При 8 роторах надежность была очень высока, но машина почти не использовалась.
В обеих машинах было еще одно новшество — ротор для заполнения промежутков, значительно повышавший надежность шифрования. Для усложнения дешифровки перехватов противником тексты содержали не более 250 символов; длинные разбивали на части и шифровали разными ключами. Для повышения защиты текст забивался «мусором» «буквенный салат». Перевооружить все рода войск на М5 и М10 планировали летом 45-го года, но время ушло. Активность радиосвязи немцев возросла во много раз, а расшифровать перехваты стало невозможно. Первыми встревожились поляки.
Следя за опасным соседом, в феврале 1926 года они вдруг не смогли читать шифровки немецкого ВМФ, а с июля 1928 года — и шифровки рейхсвера. Стало ясно: там перешли на машинное шифрование. В январе 29-го варшавская таможня нашла «заблудившуюся» посылку. Жесткая просьба Берлина ее вернуть привлекла внимание к коробке. Там была коммерческая «Энигма». Лишь после изучения ее отдали немцам, но это не помогло вскрыть их хитрости, да и у них уже был усиленный вариант машины.
Специально для борьбы с «Энигмой» военная разведка Польши создала «Шифровальное бюро» из лучших математиков, свободно говоривших по-немецки. Повезло им лишь после 4 лет топтания на месте. Удача явилась в лице офицера минобороны Германии, «купленного» в 1931 году французами. Ганс-Тило Шмидт «агент Аше» , отвечая за уничтожение устаревших кодов тогдашней 3-роторной «Энигмы», продавал их французам. Добыл им и инструкции на нее. Разорившийся аристократ нуждался в деньгах и был обижен на родину, не оценившую его заслуги в Первой мировой.
Французская и английская разведки интереса к этим данным не проявили и передали их союзникам-полякам. В 1932 году талантливый математик Мариан Реевский с командой взломал чудо-машину: «Документы Аше стали манной небесной: все двери моментально открылись». Информацией агента Франция снабжала поляков до самой войны, и тем удалось создать машину-имитатор «Энигмы», назвав ее «бомбой» популярный в Польше сорт мороженого. Ее ядром были 6 соединенных в сеть «Энигм», способных за 2 часа перебрать все 17576 положений трех роторов, т. За 37 дней до начала Второй мировой поляки передали союзникам свои познания, дав и по одной «бомбе». Раздавленные вермахтом французы машину потеряли, а вот англичане сделали из своей более продвинутую машину-циклометр, ставшую главным инструментом программы «Ультра».
Эта программа противодействия «Энигме» была самым охраняемым секретом Британии. Расшифрованные здесь сообщения имели гриф Ultra, что выше Top secret. Началась война с нацистами — и пришлось срочно мобилизовать все силы. В августе 1939 года в имение Блетчли-Парк в 50 милях от Лондона под видом компании охотников въехала группа специалистов по взлому кодов. Сюда, в центр дешифровки Station X, бывший под личным контролем Черчилля, сходилась вся информация со станций радиоперехвата на территории Великобритании и за ее пределами. Фирма «British Tabulating Machines» построила здесь первую дешифровочную машину «бомба Тьюринга» это был главный британский взломщик , ядром которой были 108 электромагнитных барабанов.
Она перебирала все варианты ключа шифра при известной структуре дешифруемого сообщения или части открытого текста. Каждый барабан, вращаясь со скоростью 120 оборотов в минуту, за один полный оборот проверял 26 вариантов буквы. При работе машина 3,0 x2,1 x0,61 м, вес 1 т тикала, как часовой механизм, чем подтвердила свое название. Впервые в истории шифры, массово создаваемые машиной, ею же и разгадывались. Британское командование поставило задачу: во что бы то ни стало добывать новые экземпляры машины. Началась целенаправленная охота.
Сначала на сбитом в Норвегии «юнкерсе» взяли «Энигму-люфтваффе» с набором ключей. Вермахт, громя Францию, наступал так быстро, что одна рота связи обогнала своих и попала в плен. Коллекцию «Энигм» пополнила армейская.
Как взломали "Энигму"?
В 1941 году британская разведка расшифровывала ежедневно 2000 сообщений итальянской машины Хэгелин. Ко второй половине 1941 года расшифровывались до 90 000 сообщений Энигмы в месяц. Взлом «Энигмы» и перелом на восточном фронте. В начале 1942 британская разведка раскрыла код «Лоренц», применявшийся для кодирования сообщений высшего руководства Третьего рейха. Первым практическим результатом этого успеха стал перехват планов наступления немцев в районе Курска летом 1943 г. Эти планы были немедленно переданы советскому руководству.
Переданные СССР сведения содержали не только направления ударов на Курск и Белгород, но и состав и расположение атакующих сил, а также общий план операции «Цитадель».
В 1974 году, почти через 30 лет с момента окончания операции, сотни или даже тысячи сотрудников Блетчли-парка были еще живы. Они были освобождены от обязанности хранить эту тайну, однако многие восприняли книгу негативно и предпочли и дальше сохранять молчание. Публикация книги Уинтерботэма стала поворотным моментом в истории криптографии XX века. В ней мало технических подробностей, но есть объяснение роли полученных сведений, о том, какое преимущество они дали в конкретных военных операциях в Средиземноморье, Северной Африке, в атлантической блокаде или во вторжении в Нормандию. Уинтерботэм первым нарушил молчание, установленное Черчиллем, показал драматичность событий и привлек внимание общества к этой теме. В 1978 году его книга была переведена и опубликована в СССР. Кан рассказал о криптографии почти все, сделал это интересно, понятно, корректно, но ничего не написал об операции «Ультра». Он просто о ней не знал.
По утверждениям самого автора, он знал, что в Блетчли-парке работало несколько тысяч людей, которые занимались перехватом и взломом, но совершенно не подозревал, какой результат имела эта работа. Он даже писал письма Уинстону Черчиллю и Дуайту Эйзенхауэру, спрашивая, какое влияние на войну оказал взлом шифров, но ни один из них ему не ответил. После публикации книги Уинтерботэма Дэвид Кан написал: «Для меня это был тяжелый удар. Я это пропустил. Я чувствовал себя просто ужасно из-за этого». В своем позднем издании 1996 года он все же добавил главу об операции «Ультра». Об этом были написаны десятки научных и псевдонаучных книг, было снято несколько документальных и художественных фильмов и сериалов. Достаточно вспомнить нашумевший фильм 2014 года «Игра в имитацию» режиссера Мортена Тильдума с Бенедиктом Камбербэтчем в роли Алана Тьюринга. Благодаря массовой культуре «Энигма» стала самой знаменитой шифровальной машиной в истории, а цена ее различных модификаций постепенно стала сопоставима с ценой элитных спорткаров и сегодня уже приближается к нескольким сотням тысяч долларов.
А историки полагают, что это сократило войну на два года и тем самым спасло жизни миллионам людей. Как известно, история не знает сослагательного наклонения, и сегодня никто не сможет сказать, что было бы если бы «Энигму» так и не смогли взломать. Подробнее о том, как британским криптоаналитикам удалось разгадать секрет кода самой известной шифровальной машины времен Второй мировой войны, можно узнать в Музее криптографии, где также представлены оригинал машины и симулятор, с помощью которого можно попробовать самостоятельно зашифровать или расшифровать сообщения. Книги по теме: Frederick Winterbotham. The Ultra Secret. London: Weidenfeld and Nicolson.
Эффект состоял в перестановке этих букв до и после прохождения сигнала через роторы. Например, когда оператор нажимал E, сигнал направлялся в Q, и только после этого уже во входной ротор. Одновременно могло использоваться несколько таких пар до 13. Каждая буква на коммутационной панели имела два гнезда. Вставка штепселя разъединяла верхнее гнездо от клавиатуры и нижнее гнездо к входному ротору этой буквы. Штепсель на другом конце кабеля вставлялся в гнезда другой буквы, переключая тем самым соединения этих двух букв. Аксессуары Удобной деталью, использовавшейся на Энигме модели M4, был так называемый «Schreibmax», маленькое печатающие устройство, которое могло печатать все 26 букв на небольшом листе бумаги. В связи с этим, не было необходимости в дополнительном операторе, следящем за лампочками и записывающем буквы. Печатное устройство устанавливалось поверх Энигмы и было соединено с панелью лампочек. Чтобы установить печатающее устройство, необходимо было убрать крышечки от ламп и все лампочки. Кроме того, это нововведение повышало безопасность: теперь офицеру-связисту не обязательно было видеть незашифрованный текст. Печатающее устройство было установлено в каюте командира подводной лодки, а офицер-связист только вводил зашифрованный текст, не получая доступа к секретной информации. Другим аксессуаром была отдельная удалённая панель с лампочками. В варианте с дополнительной панелью деревянный корпус Энигмы был более широким. Существовала модель панели с лампочками, которая могла быть впоследствии подключена, но это требовало, как и в случае с печатающим устройством «Schreibmax», замены заводской панели с лампочками. Удалённая панель позволяла человеку прочитать расшифрованный текст без участия оператора. В 1944 году военно-воздушные силы ввели дополнительный переключатель коммутационной панели, названный «Uhr» часы. Это была небольшая коробка, содержащая переключатель с 40 позициями. Он заменял стандартные штепсели. После соединения штепселей, как определялось в списке кодов на каждый день, оператор мог поменять переключатель в одной из этих 40 позиций. Каждая позиция приводила к различной комбинации телеграфирования штепселя. Большинство из этих соединений штепселей, в отличие от стандартных штепселей, были непарными. Математическое описание Преобразование Энигмы для каждой буквы может быть определено математически как результат перестановок. Рассмотрим трёхроторную армейскую модель. Положим, что P обозначает коммутационную панель, U обозначает отражатель, а L, M, R обозначают действия левых, средних и правых роторов соответственно. Тогда шифрование E может быть выражено как: После каждого нажатия клавиш ротор движется, изменяя трансформацию. Таким же образом, средний и левый ротор могут быть обозначены как j и k вращений M и L. Функция шифрования в этом случае может быть отображена следующим образом: Процедуры для использования Энигмы В германских вооружённых силах средства связи были разделены на разные сети, причём у каждой были собственные настройки кодирования для машин Энигмы. В английском центре дешифровки Блетчли-Парк англ. Bletchley Park эти коммуникационные сети именовались ключами и им были присвоены кодовые имена, такие как Red, Chaffinch или Shark. Каждой единице, работающей в сети, на новый промежуток времени назначались новые настройки. Чтобы сообщение было правильно зашифровано и расшифровано, машины отправителя и получателя должны были быть одинаково настроены, конкретно идентичными должны были быть: выбор роторов, начальные позиции роторов и соединения коммутационной панели. Эти настройки оговаривались заранее и записывались в специальных шифровальных книгах. Первоначальное состояние шифровального ключа Энигмы включает следующие параметры: Расположение роторов: выбор роторов и их расположение. Первоначальные позиции роторов: выбранные оператором, различные для каждого сообщения. Настройка колец: позиция алфавитного кольца, совпадающая с роторной схемой. Настройки штепселей: соединения штепселей на коммутационной панели. Энигма была разработана таким образом, чтобы безопасность сохранялась даже в тех случаях, когда шпиону известны роторные схемы, хотя на практике настройки хранятся в секрете. С неизвестной схемой общее количество возможных конфигураций может быть порядка 10 114 около 380 бит , с известной схемой соединений и других операционных настроек этот показатель снижается до 10 23 76 бит. Пользователи Энигмы были уверены в её безопасности из-за большого количества возможных вариантов. Нереальным было даже начать подбирать возможную конфигурацию. Индикаторы Большинство ключей хранилось лишь определённый период времени, обычно сутки. Однако для каждого нового сообщения задавались новые начальные позиции роторов. Это обуславливалось тем, что если число сообщений, посланных с идентичными настройками, будет велико, то криптоаналитик , досконально изучивший несколько сообщений, может подобрать шифр к сообщениям, используя частотный анализ. Подобная идея используется в принципе «инициализационного вектора» в современном шифровании. Эти начальные позиции отправлялись вместе с криптограммой, перед зашифрованным текстом. Такой принцип именовался «индикаторная процедура». И именно слабость подобных индикационных процедур привела к первым успешным случаям взлома кода Энигмы. Одни из ранних индикационных процедур использовались польскими криптоаналитиками для взлома кода. Процедура заключалась в том, что оператор настраивал машину в соответствии со списком настроек, которые содержат главные первоначальные стартовые позиции роторов. Допустим, главное ключевое слово - AOH. Оператор вращал роторы вручную до тех пор, пока слово AOH не читалось в роторных окошках. После этого оператор выбирал свой собственный ключ для нового сообщения. Допустим, оператор выбрал слово EIN. Это слово становилось ключевым для данного сообщения. Далее оператор ещё один раз вводил слово EIN в машину для избежания ошибок при передаче. И наконец, оператор снова поворачивал роторы в соответствии с выбранным ключом, в данном примере EIN, и вводил далее уже основной текст сообщения. При получении данного шифрованного сообщения вся операция выполнялась в обратном порядке. После этого он устанавливал роторы на позицию EIN, и вводил оставшуюся часть зашифрованного сообщения, на выходе получая чистый дешифрованный текст. В этом методе было два недостатка. Во-первых, использование главных ключевых настроек. Впоследствии это было изменено тем, что оператор выбирал собственные начальные позиции для шифрования индикатора и отправлял начальные позиции в незашифрованном виде. Вторая проблема состояла в повторяемости выбранного оператором-шифровщиком слова-индикатора, которая была существенной трещиной в безопасности. Ключ сообщения шифровался дважды, в результате чего прослеживалось закономерное сходство между первым и четвёртым, вторым и пятым, третьим и шестым символами. Этот недостаток позволил польским дешифровщикам взломать код Энигмы уже в 1932 году. Однако, начиная с 1940 года, немцы изменили процедуры для повышения безопасности. В США криптоаналитик Уильям Фридман изобрёл «M-325», шифровальную машину, подобную Энигме в логических операциях, хотя отличную по конструкции. Уникальная роторная машина была изобретена в 2002 году голландским криптоаналитиком Татьяной ван Варк Tatjana van Vark. Это была модель Funkschlьssel C 1925 года. В 1934 году флот взял на вооружение морскую модификацию армейской машины Funkschlьssel M или M3. Армейцы использовали на тот момент всего 3 ротора, а в М3 для большей безопасности можно было выбирать 3 ротора из 5. В 1938 году в комплект добавили еще 2 ротора, в 1939 году еще 1, так что появилась возможность выбирать 3 из 8 роторов. А в феврале 1942 года подводный флот Германии оснастили 4-роторной М4. Портативность сохранилась: рефлектор и 4-й ротор были тоньше обычных. Среди массовых «Энигм» М4 была самой защищенной. Она имела принтер Schreibmax в виде удаленной панели в каюте командира, а связист работал с зашифрованным текстом, без доступа к секретным данным. Но была еще и спец-спец-техника. Уровень шифрования был так высок, что другие немецкие инстанции читать ее не могли. Ради портативности 27x25x16 см Абвер отказался от коммутационной панели. В результате англичанам удалось взломать защиту машины, что сильно осложнило работу немецкой агентуры в Британии. При 8 роторах надежность была очень высока, но машина почти не использовалась. В обеих машинах было еще одно новшество - ротор для заполнения промежутков, значительно повышавший надежность шифрования. Для усложнения дешифровки перехватов противником тексты содержали не более 250 символов; длинные разбивали на части и шифровали разными ключами. Для повышения защиты текст забивался «мусором» «буквенный салат». Перевооружить все рода войск на М5 и М10 планировали летом 45-го года, но время ушло. Итак, соседи «ослепли» в отношении военных приготовлений Германии. Активность радиосвязи немцев возросла во много раз, а расшифровать перехваты стало невозможно. Первыми встревожились поляки. Следя за опасным соседом, в феврале 1926 года они вдруг не смогли читать шифровки немецкого ВМФ, а с июля 1928 года - и шифровки рейхсвера. Стало ясно: там перешли на машинное шифрование. В январе 29-го варшавская таможня нашла «заблудившуюся» посылку. Жесткая просьба Берлина ее вернуть привлекла внимание к коробке. Там была коммерческая «Энигма». Лишь после изучения ее отдали немцам, но это не помогло вскрыть их хитрости, да и у них уже был усиленный вариант машины. Специально для борьбы с «Энигмой» военная разведка Польши создала «Шифровальное бюро» из лучших математиков, свободно говоривших по-немецки. Повезло им лишь после 4 лет топтания на месте. Удача явилась в лице офицера минобороны Германии, «купленного» в 1931 году французами. Ганс-Тило Шмидт «агент Аше» , отвечая за уничтожение устаревших кодов тогдашней 3-роторной «Энигмы», продавал их французам. Добыл им и инструкции на нее. Разорившийся аристократ нуждался в деньгах и был обижен на родину, не оценившую его заслуги в Первой мировой. Французская и английская разведки интереса к этим данным не проявили и передали их союзникам-полякам. В 1932 году талантливый математик Мариан Реевский с командой взломал чудо-машину: «Документы Аше стали манной небесной: все двери моментально открылись». Информацией агента Франция снабжала поляков до самой войны, и тем удалось создать машину-имитатор «Энигмы», назвав ее «бомбой» популярный в Польше сорт мороженого. Ее ядром были 6 соединенных в сеть «Энигм», способных за 2 часа перебрать все 17576 положений трех роторов, т. За 37 дней до начала Второй мировой поляки передали союзникам свои познания, дав и по одной «бомбе». Раздавленные вермахтом французы машину потеряли, а вот англичане сделали из своей более продвинутую машину-циклометр, ставшую главным инструментом программы «Ультра». Эта программа противодействия «Энигме» была самым охраняемым секретом Британии. Расшифрованные здесь сообщения имели гриф Ultra, что выше Top secret. Началась война с нацистами - и пришлось срочно мобилизовать все силы. В августе 1939 года в имение Блетчли-Парк в 50 милях от Лондона под видом компании охотников въехала группа специалистов по взлому кодов. Сюда, в центр дешифровки Station X, бывший под личным контролем Черчилля, сходилась вся информация со станций радиоперехвата на территории Великобритании и за ее пределами. Фирма «British Tabulating Machines» построила здесь первую дешифровочную машину «бомба Тьюринга» это был главный британский взломщик , ядром которой были 108 электромагнитных барабанов. Она перебирала все варианты ключа шифра при известной структуре дешифруемого сообщения или части открытого текста. Каждый барабан, вращаясь со скоростью 120 оборотов в минуту, за один полный оборот проверял 26 вариантов буквы. При работе машина 3,0 x2,1 x0,61 м, вес 1 т тикала, как часовой механизм, чем подтвердила свое название. Впервые в истории шифры, массово создаваемые машиной, ею же и разгадывались. Для работы было необходимо до мельчайших деталей знать физические принципы работы «Энигмы», а немцы ее постоянно изменяли. Британское командование поставило задачу: во что бы то ни стало добывать новые экземпляры машины. Началась целенаправленная охота. Сначала на сбитом в Норвегии «юнкерсе» взяли «Энигму-люфтваффе» с набором ключей. Вермахт, громя Францию, наступал так быстро, что одна рота связи обогнала своих и попала в плен. Коллекцию «Энигм» пополнила армейская. С ними разобрались быстро: шифровки вермахта и люфтваффе стали ложиться на стол британского штаба почти одновременно с немецким.
Когда Ханс-Тило отправился к своему новому месту работы, он оставил свою семью в Баварии, где стоимость жизни была не слишком высока. В Берлине он жил одиноко, замкнуто и практически без средств, завидуя благополучию своего брата и обиженный на государство, которое отвергло его. Результат был предсказуем. Продавая секретную информацию об «Энигме» иностранным государствам, Ханс-Тило Шмидт смог бы заработать денег и отомстить, подорвав безопасность своей страны и нанеся вред организации брата. Рис 41. Ханс-Тило Шмидт 8 ноября 1931 года Шмидт прибыл в Гравд Отель в бельгийском городке Вервье на связь с французским тайным агентом Рексом. Эти документы являлись по сути инструкциями по пользованию «Энигмой», и хотя в них не было точного описания того, как в шифраторах выполнена проводка, однако имелась информация, позволяющая сделать о ней определенные выводы. Так, вследствие предательства Шмидта, союзники теперь могли создать точную копию армейской «Энигмы». Этого, однако, было недостаточно, чтобы дешифровать зашифрованные «Энигмой» сообщения. Стойкость шифра зависит не от того, чтобы держать машину в секрете, а от того, чтобы хранить в тайне ее начальные установки ключ. Если криптоаналитик хочет дешифровать перехваченное сообщение, то ему потребуется иметь точную копию «Энигмы», но помимо этого он по-прежнему должен будет отыскать тот ключ из триллионов возможных, который был применен для зашифровывания. В немецком меморандуме по этому поводу было сказано так: «При оценке стойкости криптосистемы предполагается, что противник имеет шифровальную машину в своем распоряжении». Французская секретная служба, безусловно, оказалась на высоте, найдя такой источник развединформации в лице Шмидта и получив документы, в которых сообщалось о расположении внутренней проводки в армейской «Энигме». Французские же криптоаналитики оказались несостоятельны, и, похоже, не желали и не были способны применить эту полученную информацию. После окончания Первой мировой войны они стали чересчур уж самонадеяны и у них не было стимулирующих факторов. Французское Бюро шифров даже не побеспокоилось изготовить точную копию армейской «Энигмы», поскольку были абсолютно уверены в невозможности отыскания ключа, необходимого для дешифровки зашифрованного с помощью «Энигмы» сообщения. Между прочим, десятью годами ранее, французы подписали соглашение о военном сотрудничестве с Польшей. Поляки проявили горячий интерес ко всему, что связано с «Энигмой», поэтому в соответствии с этим соглашением десятилетней давности французы просто передали фотографии документов, полученных от Шмидта, своим союзникам, предоставив заниматься безнадежной задачей по взлому «Энигмы» польскому Бюро шифров. В Бюро быстро осознали, что эти документы являются всею лишь отправной точкой, но, в отличие от французов, их еще подгонял страх вторжения. Поляки посчитали, что должен существовать ускоренный способ поиска ключа к зашифрованному «Энигмой» сообщению, и что если они приложат достаточно усилий, изобретательности и ума, то смогут отыскать его. В документах, полученных от Шмидта, наряду с расположением внутренней проводки в шифраторах, также подробно объяснялась структура шифровальных книг, используемых немцами. Ежемесячно операторы «Энигмы» получали новую шифровальную книгу, где указывалось, какой ключ должен применяться на каждый текущий день. К примеру, для первого дня месяца шифровальная книга могла задавать следующий ключ текущего дня: Расположение шифраторов и их ориентация называются установками шифраторов. Чтобы использовать заданный ключ текущего дня, оператор «Энигмы» должен был установить свою «Энигму» следующим образом: 1 Установка штепсельной коммутационной панели: Осуществить коммутацию букв А и L, соединив их проводом на штепсельной коммутационной панели, а затем проделать ту же самую процедуру для букв Р и R, Т и D, В и W, К и F, О и Y. В нашем случае оператор должен вначале повернуть первый шифратор так, чтобы сверху оказалась буква О, затем второй шифратор, чтобы сверху оказалась буква С и, наконец, третий шифратор, установив его таким образом, чтобы сверху была буква W. Один из способов зашифровывания сообщений состоит в том, что отправитель зашифровывает весь дневной поток информации в соответствии с ключом текущего дня. Это означает, что в течение всего дня перед началом зашифровывания каждого сообщения все операторы «Энигмы» должны будут устанавливать свои шифровальные машины по одному и тому же предписанному ключу текущего дня. Затем, всякий раз, как потребуется передать сообщение, его вначале вводят в машину с помощью клавиатуры, записывают результат зашифровывания и отдают радисту для отправки. На другом конце радист принимает радиограмму и передает ее оператору «Энигмы», а тот вводит ее в свою машину, которая к тому времени уже должна быть установлена в соответствии с заданным ключом текущего дня. В результате будет получено исходное сообщение. Такой способ вполне безопасен, однако его стойкость снижается из-за многократного использования только одного ключа текущего дня для зашифровывания сотен сообщений, которые могут передаваться каждый день. Вообще-то, по правде говоря, если для зашифровывания огромного количества информации используется один-единственный ключ, то для криптоаналитика становится проще определить его. Большой объем идентичным образом зашифрованной информации дает криптоаналитику больше шансов отыскать этот ключ. Так, например, возвращаясь к простым шифрам, взломать одноалфавитный шифр с помощью частотного анализа гораздо легче, если имеется несколько страниц зашифрованного текста, а не лишь пара предложений. Поэтому, в качестве дополнительной меры предосторожности, немцы сделали хитроумный ход: они использовали установки ключа текущего дня для передачи нового разового ключа для каждого сообщения. Для разовых ключей установки на штепсельной коммутационной панели и расположение шифраторов будут теми же, что и для ключа текущего дня; отличие состоит только в ориентации шифраторов. Поскольку новой ориентации шифраторов в шифровальной книге нет, отправитель должен сообщить о ней получателю. Вначале отправитель настраивает свою машину в соответствии с установленным ключом текущего дня, в котором указана и ориентация шифраторов, допустим, QSW. Затем для разового ключа он устанавливает новую, произвольно выбранную ориентацию шифраторов, скажем, PGH. Далее отправитель зашифровывает PGH в соответствии с ключом текущего дня. Разовый ключ вводится в «Энигму» дважды — для обеспечения двойного контроля получателем.
Ученые раскрыли секрет работы шифровальной машины «Энигма»
Криптоанализ Энигмы есть расшифровки зашифрованных сообщений машинного кода немецкой Энигма, был фактор успеха союзников во время Второй мировой войны. Несмотря на то что криптоанализом шифровальной машины "Энигма" с конца 30-х годов занимались польские специалисты, наиболее известным этапом "взлома" шифра немецкой. Разработчики «Энигмы» исходили из того, что человеку просто не под силу обработать такой объем данных, поэтому Реевский совершил прорыв, создав прообраз устройства для быстрой.
Криптоанализ «Энигмы»(укроверсия)
| Была ли расшифрована энигма. Криптоанализ «Энигмы | Turing returned to Bletchley in March 1943, where he continued his work in cryptanalysis. |
| Криптоанализ Энигмы. Часть третья: Блетчли-парк. Операция Ультра | За годы Второй мировой войны Тьюринг добился огромных успехов в области военного криптоанализа — благодаря ему код «Энигмы» был расшифрован полностью. |