Šifra Enigma byla polní šifra používaná Němci během druhé světové války. Enigma je jedním z nejznámějších šifrovacích strojů v historii. První stroj Enigma vynalezl německý inženýr jménem Arthur Scherbius na konci první světové války. Komerčně se používal od počátku 20. let a byl také používán armádou a vládními službami řady zemí, včetně Německa, před a během druhé světové války k přenosu kódovaných zpráv. Bylo vyrobeno mnoho různých modelů Enigmy, ale nejslavnější a nejdiskutovanější jsou německý vojenský model a německá šifra „Enigma“.
Rozluštění šifry Enigma během druhé světové války
Někteří historici se domnívají, že prolomení šifry Enigma bylo nejdůležitějším vítězstvím spojeneckých mocností během druhé světové války. Stroj Enigma umožňoval miliardy způsobů kódování zpráv, díky čemuž bylo neuvěřitelně obtížné pro ostatní země prolomit německé kódy během druhé světové války. Na chvíli se kód zdál nezranitelný. Pak Alan Turing ajiní výzkumníci využili několik nedostatků v implementaci kódu Enigma a získali přístup k německým kódovým knihám, což jim umožnilo vytvořit stroj nazvaný Bombe. Pomohla prolomit nejtěžší verze Enigmy. Polsko v roce 2007 vydalo minci na počest 75. výročí prolomení šifry Enigma - 2 złoty ze severského zlata. Uprostřed je státní znak Polska a v kruhu je kolo Enigma-relle.
Význam prolomení šifry pro spojence
Někteří historici se domnívají, že hackování Enigmy bylo nejdůležitějším vítězstvím spojeneckých mocností během druhé světové války. Pomocí informací, které rozluštili od Němců, byli spojenci schopni zabránit mnoha útokům. Aby se ale vyhnuli podezření, že našli způsob, jak zprávy dešifrovat, museli spojenci povolit některé útoky, přestože měli znalosti, aby je zastavili. To je popsáno ve filmu "The Imitation Game", vydaném v roce 2014.
Stroj "Enigma": popis, komponenty
Stroj Enigma se skládá z několika částí, včetně klávesnice, desky, rotorů a vnitřních elektronických obvodů. Některé z nich mají další funkce. Kódované zprávy byly souborem písmen, která se po rozluštění změnila v jasnou větu. Stroje Enigma používají formu substitučního šifrování. Substituční šifrování je jednoduchý způsob kódování zpráv, ale takové kódy lze poměrně snadno prolomit. Ale stroj Enigma je navržen tak, aby se správný rotor posunul dopředujednu pozici ihned po stisknutí klávesy enter. Šifrování písmen tedy ve skutečnosti začíná, když jsou rotory v poloze před AAA. Obvykle je tato pozice AAZ.
Jak funguje šifra Enigma
Jednoduchým příkladem schématu substitučního šifrování je Caesarova šifra. Spočívá ve změně místa každého písmene abecedy. Například při posunu o 3 místa nahradí písmeno A místo G. Ale strojová šifra Enigma byla nepochybně mnohem výkonnější než jednoduchá Caesarova šifra. Používají formu substitučních šifer, ale pokaždé, když bylo písmeno porovnáno s jiným, celé schéma kódování se změnilo. Varianty šifer Enigma - na fotografii níže.
Po stisknutí každého tlačítka se rotory pohybují a směrují proud jinou cestou k jinému otevřenému dopisu. Pro první stisk klávesy je tedy vygenerováno jedno kódování a pro druhé stisknutí klávesy jiné. To značně zvyšuje počet možných možností kódování, protože při každém stisku klávesy na stroji Enigma se rotory otočí a kód se změní.
Princip stroje Enigma
Když stisknete klávesu na klávesnici, jeden nebo více rotorů se pohne a vytvoří novou konfiguraci rotoru, která zakóduje jedno písmeno jako druhé. Strojem protéká proud a na desce lampy se rozsvítí jedna kontrolka, která označuje výstupní písmeno. Příklad šifry Enigma vypadal takto: pokud je stisknuta klávesa P a stroj Enigma zakóduje toto písmeno jako A, napanel lampy se rozsvítí A. Každý měsíc dostali operátoři Enigmy kódové knihy, které indikovaly, která nastavení budou každý den použita.
Šifrovací schéma
Obvod byl podobný staromódnímu telefonnímu propojovacímu panelu, který má deset vodičů se dvěma konci v každém vodiči, které lze zapojit do zásuvky. Každý kabel zástrčky může spárovat dvě písmena připojením jednoho konce kabelu k jednomu slotu pro písmeno a druhého konce k druhému písmenu. Dvě písmena v páru se vymění, takže pokud je B spojeno s G, G se stane B a B se stane G. To poskytuje další vrstvu šifrování pro armádu.
Kódování zprávy
Každý rotor stroje má 2626 čísel nebo písmen. Stroj Enigma může používat tři rotory najednou, ale ty lze měnit z pěti sad, což má za následek tisíce možných konfigurací. „Klíč“k šifre Enigma se skládá z několika prvků: rotorů a jejich pořadí, jejich počáteční polohy a schématu posunu. Za předpokladu, že se rotory pohybují zleva doprava a písmeno A má být zašifrováno, je při zašifrování písmene A každý rotor ve své původní poloze - AAA. Jak se rotory pohybují zleva doprava, postava A projde nejdříve třetí. Každý rotor provádí operaci výměny. Proto poté, co znak A projde třetím, vyjde jako B. Nyní se písmeno B zadá přes druhý rotor, kde se nahradí J a v prvním se J změní na Z. Po průchodu šifry Enigmapřes všechny rotory jde do deflektoru a prochází další jednoduchou výměnou.
Klíč k dešifrování zpráv
Po opuštění reflektoru je zpráva odeslána přes rotory v opačném směru, přičemž je aplikována zpětná výměna. Poté se symbol A změní na U. Každý rotor na ráfku má abecedu, takže operátor může nastavit určitou sekvenci. Operátor mohl například otočit první rotor pro zobrazení D, otočit druhý pro zobrazení K a otočit třetí slot pro zobrazení P. S počáteční sadou tří čísel nebo písmen zobrazenými na stroji odesílatele, když začal psát zprávu, příjemce jej může dekódovat nastavením identického stroje Enigma na výchozí nastavení odesílatele.
Nevýhody metody šifrování Enigma
Hlavní nevýhodou šifry Enigma bylo, že písmeno nemohlo být nikdy zakódováno tak, jak je. Jinými slovy, A nebude nikdy zakódováno jako A. To byla obrovská chyba v kódu Enigmy, protože poskytoval část informace, kterou bylo možné použít k dešifrování zpráv. Pokud by dekodéry dokázaly uhodnout slovo nebo frázi, která by se pravděpodobně objevila ve zprávě, tyto informace by jim pomohly kód rozluštit. Vzhledem k tomu, že Němci vždy posílali zprávu o počasí na začátku a obvykle na konci zprávy uváděli frázi se svým tradičním pozdravem, byly nalezeny fráze, které se přibližovalydekodéry k rozluštění.
Auto Alana Turinga a Gordona Welchmana
Alan Turing a Gordon Welchman vyvinuli stroj nazvaný Bombe, který používal elektrické obvody k dešifrování zprávy zakódované v Enigmě za méně než 20 minut. Stroj Bombe se pokusil určit nastavení rotoru a obvody stroje Enigma používané k odeslání dané kódované zprávy. Standardní britské vozidlo Bombe bylo v podstatě 36 vozidel Enigma spojených dohromady. Takto vymodelovala několik strojů Enigma najednou.
Jak vypadala bomba
Většina strojů Enigma měla tři rotory a každý ze simulátorů Enigmy v Bombe měl tři bubny, jeden pro každý rotor. Bubny Bombe byly barevně odlišeny tak, aby odpovídaly rotoru, který simulovaly. Bubny byly uspořádány tak, že horní ze tří simuloval levý rotor Enigmy, prostřední simuloval prostřední rotor a spodní simuloval pravý rotor. Při každé úplné rotaci horních válců byly střední válce zvýšeny o jednu pozici, totéž se stalo se středním a spodním válcem, čímž se celkový počet pozic zvýšil na 17 576 pozic 3-rotorového stroje Enigma.
Fungování dekodéru
Pro každou konfiguraci rotoru, při každém otočení bubnů, stroj Bombe učinil předpoklad o nastavení obvodu, například, že A je připojen k Z. Pokud se předpoklad ukázal jako nesprávný, stroj odmítl a znovu ji nepoužili a neztráceli čas kontroloukterýkoli z nich později. Stroj Bombe posunul polohy rotoru a zvolil nový odhad a tento proces opakuje, dokud se neobjeví uspokojivé uspořádání nastavení. Pokud stroj "uhádl", že A je připojen k Z, pak pochopil, že B musí být připojen k E a tak dále. Pokud by test nevedl k rozporu, stroj by se zastavil a dekodér by použil zvolenou konfiguraci jako klíč ke zprávě.
