Энигма шифровальная машина схема

Легендарная шифровальная машина “Энигма”

В данной статье рассмотрим принцип работы шифровальной машины энигма. Начнем с Playfair — это популярный шифр во эпоху Первой мировой войны. Его алгоритм: латинские буквы вписывали в квадрат 5 на 5, потом исходные символы разбивались по парам. Затем по определенным правилам эти биграммы необходимо было заменить на другие при помощи квадрата (он являлся ключом). Его достоинство было в том, что с ним можно было работать без использования дополнительных устройств.И самое главное, что когда сообщение удавалось разгадать, его актуальность была под сомнением.

Существовал и шифратор Джефферсона, состоявший из 36 дисков. Каждый делился на 26 секторов (это были буквы). Оператор вращал диски и набирал нужное сообщение, далее переписывал другую строку. Получивший информацию, обладал точно тем же устройством. Оба способа неплохие, но в XX веке уже возникла потребность в механизации процесса шифрования. В 20-х годах этого века голландский рационализатор А. Кох придумал первую роторную шифровальную машинку. После этого на нее получили патент изобретатели Германии, которые модернизировали ее и выпустили финальный продукт «Enigma», от греческого «загадка». Его приобретали фирмы, стремящиеся сохранить в секрете все свои переписки.

Такой переносной шифровальный агрегат был использован как для шифрования, так и для декодирования данных. Применялся он с 20-х годов 20 века в коммерческих, и даже военных целях. В 1918 году была основана немецкая фирма, которая пыталась наладить сотрудничество в разрезе шифровальных машин с ВМФ и с МИД, но безуспешно.

Рождение легенды

Известно множество вариантов дизайна, моделей. Особенно стала известна модель Германии в период Второй мировой войны. В 1923 году была основана корпорация производителей подобных машин, которая пропагандировала роторную машину Enigma, похожую на габаритную печатную весом 50 килограмм. В ранних моделях отсутствовал рефлектор, он появился только в 1926 году. Дальнейшие аппараты были менее габаритны и более портативны. Итого с 1923 по 1927 годы произведены такие модели, как “А”, “В”, “С” и “D”.

Первым внедрил использование агрегата немецкий ВМФ. Версия под названием “Funkschlüssel C” с 1925 г. многочисленно поступала в эту сферу. Ее особенностями были:

• клавиатура, панель с лампочками включали 29 букв от A до Z, а также Ä, Ö и Ü;
• в каждом роторе располагалось по 28 контактов;
• буква X кодировалась напрямую (без шифровки);
• 3 ротора из 5-ти плюс рефлектор можно было установить в четыре разные позиции.

В 1933 году его коснулись некоторые изменения.

Модель “Enigma-G” введена немецкой армией в июле 1928 г., усовершенствованная через два года в “Enigma I” (“войсковая”). Основные моменты, которыми отличалась “Enigma I” от коммерческих:

• коммутационная панель, позволяющая заменять пары букв, что колоссально увеличило степень защиты засекреченного сообщения;
• неподвижный рефлектор;
• размеры в два раза меньше в сравнении с “А”, а вес порядка 12 килограмм.

В 1934 году ВМФ сделал акцент на военно-морскую вариацию под названием “Funkschlüssel M”. В ней был возможен выбор 3 роторов из 5-ти, тогда как во всех остальных применялось только 3. Через четыре года их количество увеличилось до семи, а в 1939 — до восьми. ВВС начали работать с 1935 года с армейскими вариантами для своих секретных переписок. Начиная с 42 года 20-го века подводные лодки Германии ввели себе в эксплуатацию “Enigma-M4” (4 диска) или “Triton”.

В декабре 1932 г. произошла первая расшифровка “Энигмы” польским Бюро шифров. Создано устройство под названием криптологическая бомба. Во многом благодаря этому была побеждена нацисткая Германия. Тогда немецким инженерам пришлось поработать над обновлением версии. А в 1938 году выпущен новый механизм, для его дешифровки понадобятся более сложные устройства. в Англии в этот период для расшифровки данных создали “Turing Bombe”. Всего шифровальных машин было произведено порядка 100 тысяч.

Устройство Энигмы

Сейчас рассмотрим, как работает шифровальная машина Энигма.

• Она представляла собой совокупность комбинаций механической и электрической подсистем. Первая состояла из:
• клавиатуры.
• вращающихся эбонитовых или бакелитовых дисков, роторов диаметром 10 сантиметров, их ещё называли сердцем машины.
• механизма, который двигал роторы, когда осуществлялось нажатие на клавиши.

Вторая включала в себя электрическую схему, которая соединяла в одну систему: клавиатуру, 26 лампочек, роторы, коммутационную панель .

Принцип действия машины был непростым: нажатие любой клавиши приводит в движение самый правый диск, он смещается на одну позицию, а могут сдвигаться и остальные роторы тоже. При каждом очередном нажатии на клавишу движение дисков приводит к разнообразным криптографическим модификациям.

Порядок движения тока расписываем ниже:

• батарея (источник питания);
• через переключатель в коммутационную панель. Она давала возможность оператору менять соединения кабелей. Каждый из них соединял буквы попарно;
• разъём;
• входное колесо (статор). Его роль состояла в соединении вышеописанной панели и лампочек с роторами;
• схема из 3-4 роторов;
• рефлектор, который располагался за последним ротором. Он иным путем возвращал ток обратно через иной переключатель и загоралась лампочка.

Операция “Ультра”

Так обозначались с лета 1941 года перехваченные и декодрованные секретные данные противника. Такие данные были весьма важны, по сравнению с наивысшим уровнем секретности информации (Most Secret), соответственно и назывались Ultra secret. В различных странах она имела иные имена: в британской разведке Boniface, а в США — Magic.

Огромная доля немецких переписок кодировалась на этой машине. Предполагалось, что ее нельзя взломать, однако некоторые изъяны в практической эксплуатации позволили реализовать взлом. Ультра подразумевает собой раскодирование немецких аппаратов Лоренц, которыми пользовалось верховное командование Германии, Хэгелин и прочих итальянских кодов (например, PURPLE).

Нужно отметить, что Ультра явилась весьма полезной для союзников. По словам У. Черчилля, благодаря ей они выиграли войну. Главнокомандующий западным фронтом Д. Эйзенхауэр высказался в конце войны: она стала важнейшим фактором для победы. Историк британской разведки, Г. Хинсли,определил ее, как причину сокращения сроков войны «не менее чем на два, а может и на четыре года».

Подавляющее большинство разведданных данных было изъято из перехваченных радиосообщений неприятелей. Они были закодированы на различных шифровальных агрегатах. Эти сведения пополнялись материалами, извлекаемыми из радиокоммуникаций иными способами (к примере, радиопеленгация). На начальных этапах вражеских действий, германские войска могли передавать свои сообщения посредством наземных линий (соответственно, не было надобности пользоваться радио). Поначалу все, что было зашифровано, было одной из первопричин, по которой немецкие ВВС обладали превосходством. Это обусловлено тем, что они больше отдавали предпочтение радио, однако их операторы были плохо дисциплинированы. По итогам вышеперечисленных фактов можно сказать, что принцип работы шифровальной машины энигма весьма прост с одной стороны, и одновременно сложен с другой. Со своими главными функциями она справилась успешно в свою эпоху.

Источник статьи: http://geekometr.ru/statji/legendarnaya-shifrovalnaya-mashina-enigma.html

Шифровальная машина «Энигма». История создания, описание, принцип работы

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

• 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.

Источник статьи: http://safeness.xyz/raznoe/%D1%88%D0%B8%D1%84%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F-%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0-%D1%8D%D0%BD%D0%B8%D0%B3%D0%BC%D0%B0-%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8.html