Enigma (kryptering)

Enigma var en elektromekanisk enhet for kryptering og dekryptering av meldinger. Maskin født fra et mislykket kommersialiseringsforsøk, den ble mye brukt av de tyske væpnede styrkene under naziperioden og andre verdenskrig . Brukervennligheten og den påståtte utolkbarheten var hovedårsakene til den brede bruken.

Selv om den hadde blitt modifisert og forbedret i løpet av bruksperioden, klarte en stor gruppe eksperter å bryte den etter å ha jobbet hardt med denne hensikten. De første som dechiffrerte det i 1932 var noen polske matematikere : Marian Rejewski , Jerzy Różycki og Henryk Zygalski . Deres arbeid gjorde det mulig å få ytterligere informasjon om den stadig mer oppdaterte maskinen til tyskerne "Enigma", først i Polen og, etter krigens utbrudd, også i Frankrike og Storbritannia . Dekrypteringen av meldinger kryptert med Enigma ga svært viktig informasjon til de allierte styrkene under det meste av andre verdenskrig .

Historie

Enigma-maskinen ble utviklet av Arthur Scherbius i forskjellige versjoner fra 1918 da han fikk patentet , inspirert av Leon Battista Albertis chifferdisk . Den første versjonen passet knapt34 × 28 × 15  cm men hadde en vekt i nærheten av12  kg .

Han opprettet et selskap i Berlin , Scherbius & Ritter, for å produsere denne maskinen og satte den første kommersielle versjonen i salg i 1923 . Selv om kryptogrammene som ble produsert faktisk var uløselige for tiden, mente mange handelsmenn og forretningsmenn at muligheten til å ha sikre meldinger ikke rettferdiggjorde de høye kostnadene ved maskinen.

Etter at tyskerne oppdaget at marinekommunikasjonen fra første verdenskrig var blitt dekryptert av Storbritannia også gjennom koder oppdaget etter senkingen av en tysk krysser, mente den tyske regjeringen at det var på tide å stole på et sikkert system for å kryptere viktige meldinger.

Scherbius opprettet derfor en versjon som var forskjellig fra den forrige, med vekslerkretsene modifisert for å forhindre dekoding av meldingene i tilfelle noen av maskinene som allerede var i omløp hadde falt i fiendens hender. Flere eksemplarer ble kjøpt av den tyske marinen i 1926 , deretter i 1929 ble enheten anskaffet av hæren og deretter av praktisk talt alle tyske militærorganisasjoner og av det meste av nazihierarkiet .

Versjoner av Enigma ble brukt til nesten all tysk radiokommunikasjon, ofte til og med telegrafisk, under krigen (selv værmeldinger ble kryptert med Enigma).

Ett eksemplar er til stede i Museum of Electrical Technology ved University of Pavia.

Italienerne, under andre verdenskrig , brukte forskjellige chiffer, inkludert en kommersiell versjon av Enigma-maskinen: sammenlignet med den som ble brukt av den tyske hæren, hadde ikke denne koblingspanelet, slik at chifferene som ble produsert var lettere å krenke med metode tidligere oppdaget av Marian Rejewski . Denne maskinen ble brukt både under den spanske borgerkrigen og under sammenstøtene i Middelhavet mellom den engelske og italienske flåten [1] .

I november 1931 hadde Hans-Thilo Schmidt , en tysk ansatt som hadde tilgang til den militære Enigma-maskinen, gitt franskmennene to dokumenter, kalt Gebrauchsanweisung für die Chiffriermaschine Enigma og Schlüsselanleitung für die Chiffriermaschine Enigma , som var en slags bruksanvisninger for maskinen. Gjennom hvilken og takket være annen informasjon som ble gjenvunnet fra fransk etterretning , var det mulig å prøve å rekonstruere Enigma.

Frankrike, gitt ordningene og hva de burde ha dechiffrert, bestemte at mekanismen var for kompleks til å kunne dechiffreres av sine kryptoanalytikere og brydde seg ikke engang om å fullføre realiseringen av en prototype av maskinen. Polen , derimot , visste at hvis Tyskland startet en krig , ville det være det første som ble angrepet, og ba Frankrike om planene og alt som var gjenfunnet for realiseringen av en prototype for å prøve å bryte koden. [2] Gitt den teknologiske naturen til Enigma, bestemte det polske Biuro Szyfrów (Cifra-kontoret) seg for å konsultere akademikerne ved det nærliggende universitetet i Poznań, og utsette dem for en test for å finne de best egnede personene til å dekryptere Enigma.

De polske hemmelige tjenestene var dermed i stand til å tyde Enigma, både takket være en svakhet i krypteringssystemet og en regel pålagt bruken av maskinen av det ansvarlige tyske kontoret. [3] Den polske etterretningen , ledet av matematikeren Marian Rejewski , designet en spesiell maskin kalt Bomba , for å simulere driften av en Enigma-maskin og hente fra en kryptert melding, med systematisk gjentatte forsøk, justeringsnøklene til maskinen den hadde utført. kryptering og derfor være i stand til å dekryptere den etter tur. Tyskerne endret imidlertid funksjonen til Enigma ved å introdusere et sett med fem rotorer, hvorav alltid bare tre ble brukt, men forskjellige hver dag: dette multipliserte de mulige kombinasjonene med seksti og den polske bomben kunne ikke møte en slik økning i kompleksitet .

På tampen av invasjonen av Polen i 1939 ble prosjektet overført til britene, [4] som organiserte en storstilt avlytting og dekryptering av tysk radiokommunikasjon i Bletchley Park og med hjelp av store matematikere som Alan Turing , redesignet bomben og utviklet flere metoder for å bryte tyske krypteringsnøkler, noe som resulterte i den klare teksten, kjent under kodenavnet Ultra , som et produkt . Faktisk klarte Turing å tyde Enigma, men suksessen hans og de tyske målene som ble oppdaget ble holdt hemmelig.

De tyske militære etterretningstjenestene Abwehr brukte en spesiell modell, " Enigma-G ".

Et første forsøk på å få tilgang til chiffer av marineversjonen av Enigma-maskinen ble gjort under Operation Ruthless , en stor spionasjeoperasjon først foreslått i 1940 av Ian Fleming ved det britiske admiralitetet . [5] [6]

I mai 1941 klarte den britiske marinen å få tak i et intakt Enigma-apparat og krypteringsdokumenter, og fanget en tysk ubåt under et angrep fra sistnevnte på en alliert konvoi. Denne operasjonen er kjent som Primrose .

I 1944 førte en videre utvikling av bomben til introduksjonen av Colossus - datamaskinen . [7]

En spesiell versjon av Enigma ble utviklet for den tyske marinen , som benyttet fire chifferrotorer hentet fra et sett på åtte (de av den terrestriske gåten pluss tre nye eksklusive rotorer for marinen) og kunne bruke to forskjellige reflektorer etter eget valg, for å øke fortsatt antall tilgjengelige kombinasjoner.

Operasjon

Prinsipp

Rent prinsipp kan Enigma betraktes som en utvidelse av Leon Battista Albertis diskutstyrte Vigenère -chiffermetode . Hovedforskjellen ligger i det faktum at det er mer enn én krypteringsdisk, plassert sammen "i kaskade", og at nøkkelen mangler her, også kalt orm , som i stedet var et vesentlig element i Vigenères kryptering .

Struktur

Enigma-maskinen hadde utseendet til en skrivemaskin med to tastaturer: det første, nederste og det andre der tastene ble erstattet av lysende bokstaver som lyste hver gang en tast ble trykket på selve tastaturet; sekvensen av bokstaver som lyste opp ga den krypterte meldingen (eller klarteksten, hvis du skrev inn den krypterte teksten).

I versjonen med tre plater var operasjonen basert på tre kablede plater, kalt "rotorer", som hadde 26 kontakter på hver side (en for hver bokstav i det tyske alfabetet). Den interne kablingen til diskene setter hver bokstav på den ene siden i stabil kommunikasjon med en bokstav på den andre siden. Kalt "side L" og "side R" de to gruppene av kontakter på hver plate, en av kontaktene på "L-siden" på den første platen mottok spenningen fra bryteren på den trykket knappen, overførte den til en kontakt, forhåndsbestemt av ledningen, av dens "R-side", som "rørte" den tilsvarende kontakten til den andre disken på "L-siden" av den samme, og ledningen til den andre disken overførte spenningen til en forhåndsbestemt kontakt av dens "R side" og dermed til den tredje disken. Platene var fysisk koblet sammen med en mekanisme som ligner på en kilometerteller : den første platen roterte med en bokstav ved hvert tastetrykk, den andre roterte med en bokstav hver gang den første gjorde en omdreining, og den tredje roterte med en bokstav som den andre a runde avsluttet.

Kontaktene på "R-siden" til den tredje og siste rotoren kom til å berøre homologene til en "reflektor"-skive, utstyrt med kontakter kun på "L-siden", som kablet på en slik måte at den overfører spenningen mellom forskjellige kontakter på samme side, byttet bokstavkoblingen til den tredje rotoren og sendte kontakten tilbake gjennom alle tre rotorene: deretter ble spenningen påført kontakten til bokstaven trykket av operatøren på tastaturet påført den tilsvarende kontakten til første rotor og gikk ut av den samme rotoren gjennom en annen kontakt på samme "L-side", nå rettet mot en av Enigma-pærene gjennom avlederen til den tilsvarende knappen. [8] Takket være "reflektoren" kunne maskinen dermed også fungere som en dekoder, uten noe spesifikt inngrep, det vil si at det før start av dekodingen var nødvendig å bringe bare rotorene og pinnene i den daglige konfigurasjonen forutsatt av chiffer (se nedenfor). Denne egenskapen innebar kodingen "gjensidighet" som en konsekvens: hvis, i en bestemt innstilling av rotorene (og av pinnene nevnt nedenfor), bokstaven B ble for eksempel kryptert med en F, i samme innstilling, ved å trykke på F-tasten sistnevnte ble kodet med B. Videre kunne en bokstav aldri kodes i seg selv.

I tillegg til denne Enigma kan den justeres, for større sikkerhet, med pinnene til et panel med flere sokkel for å bytte ti bokstaver med ytterligere ti etter eget valg før du går inn i den første rotoren; til slutt kan kontaktene til hver rotor fra den ene siden til den andre forskyves etter ønske.

Driftsbestemmelsene for enhetene utstyrt med Enigma-maskinen krevde at maskinoppsettet hver dag, av sikkerhetsmessige årsaker, ble endret ved å arrangere forskjellige koblinger for panelpinnene, forskjellige gjensidige posisjoner for de tre rotorene, forskjellige initiale oppsett ( bokstav fra hvor du skal begynne for den første kodingen) for hver av dem. Den relative informasjonen var inneholdt i en kalender-chiffer distribuert til hver enhet utstyrt med en Enigma-maskin.

Det var også en versjon med fire rotorskiver (Enigma M4) av chifferen Enigma. [10]

Justeringer

Før du bruker maskinen, måtte operatøren som ble tildelt å kryptere meldingen:

  1. Se "Enigma-nøkkelen", som er nøkkelen i chifferen;
  2. Ta de tre rotorene som skal brukes for den gitte dagen;
  3. Still inn programmeringen av hver enkelt rotor angitt i trippelen av bokstaver som er angitt i Enigma-tasten for den dagen (Ringstellung );
  4. Sett dem inn i maskinen i den angitte rekkefølgen ( Walzenlage );
  5. Juster startposisjonen til rotorringene på trippelen av bokstaver som er angitt i Enigma-tasten den dagen ( Grundstellung );
  6. Konfigurer bokstavutvekslingspluggene som bestemt av dagens Enigma-tast ( Steckerverbindungen ).

På dette tidspunktet var maskinen klar til å kryptere (eller dekryptere) en melding.

Kryptering (og dekryptering) av meldingen

Operatøren mottok den skriftlige meldingen. Da han trykket på en bokstav av det samme på det faktiske tastaturet, dukket den tilsvarende krypterte bokstaven opp på det "lysende tastaturet", og operatøren (eller noen nær ham på hans vegne) registrerte det på et ark. På slutten av krypteringen ble arket som den krypterte meldingen ble skrevet på levert til radiooperatøren som overførte den (via radio eller tråd, avhengig av hvilket overføringsmedium som skal brukes for øyeblikket). På samme måte ble dekryptering utført: Enigma-operatøren mottok den krypterte meldingen fra radiooperatøren eller fra hvem han var, "takket" den på selve tastaturet og bokstavene i klartekst dukket etterhvert opp på det "lysende tastaturet".

Beregning av mulige krypteringskombinasjoner

I den typiske versjonen av maskinen må 3 rotorer velges fra 5 tilgjengelige. For det første har du 5 alternativer, så 4 og til slutt 3: antall kombinasjoner er:

Hver rotor har 26 startposisjoner, så antallet startposisjoner er:

De militære krypteringsmaskinene hadde også et kontrollpanel, som gjorde det mulig å utveksle 13 brevpar ved å koble dem sammen med kabler. Siden det typisk ble byttet ut 10 bokstavpar med 10 kabler, er antallet mulige tilkoblingskombinasjoner størst, dvs. 150 738 274 937 250.

Faktisk kan 26 bokstaver kombineres til 26! måter. Fra disse fjerner vi de 3 bokstavparene som vanligvis ikke ble brukt, og dividerer med (3 × 2) !. Rekkefølgen på de resterende 10 parene spiller ingen rolle, så den deler med 10 !, og rekkefølgen på hvert par spiller ingen rolle (AB = BA): siden det er 10 par deler vi med 2 ti ganger, eller 2 10 .

Ved å multiplisere de tre resultatene får vi 158 962 555 217 826 350 000 startkombinasjoner.

Enigma in fiction

Bøker

Robert Harris ' roman Enigma dreier seg om Enigmas rolle i å motvirke handlingen til tyske ubåter under andre verdenskrig. Romanen ligger i Bletchley Park , og samler historien om dekodingen av Enigma til noen få uker, og minner om polakkenes første rolle, metoden og teknologien utviklet av britene (blant dem Alan Turing selv dukker opp ) og den endelige overleveringen til amerikanere. Fra romanen ble det laget 2001-filmen med samme navn , produsert av Mick Jagger .

Filmer

Begivenhetene som sentrerte seg om Enigma-chiffermaskinen inspirerte også noen filmer, som mer eller mindre fulgte etablerte historiske hendelser:

Musikk

Dream Theater har gitt tittelen Enigma Machine et spor fra albumet deres Dream Theater (2013).

Videospill

Noen videospill satt i andre verdenskrig inneholder ett eller flere oppdrag som involverer fangst av en Enigma-enhet; blant dem, Hidden & Dangerous , " Medal of Honor Heroes ", Wolfenstein: The New Order og Commandos 2 , Wolfpack .

Merknader

  1. ^ Enigma and Bletchley Park , på trentoincina.it , Regio Cruiser Trento.
  2. ^ Simon Singh , s. 146 .
  3. ^ Oppsettet som ble forespeilet av kalender-chifferet ble faktisk brukt av hvert chiffer bare i begynnelsen av meldingen som skulle overføres: orienteringen som, i selve meldingen som skulle følges, operatøren ville ha tildelt de tre rotorene ble overført først .. Dermed kunne mottakeren, ved å dekode denne informasjonen, reorientere rotorene på sin egen maskin for å dekryptere den påfølgende informasjonen: krypteringen av den faktiske meldingen ble dermed en operasjon med spesifikk, selv om delvis, koding av den maskinen og den meldingen. Det svake punktet lå i at denne informasjonen, avgjørende for forståelsen av mottakeren, måtte gjentas to ganger for å bøte på eventuelle dårlige forhold ved overføringen av den krypterte meldingen via radio. I tillegg til dette var det også begrensningen at en bokstav aldri kunne omkodes av systemet selv. ( Simon Singh , s. 148 )
  4. ^ Materialet som ble overført til England ble fraktet, for å avlede mistankene til tyske agenter som opererte i hovedhavnene, blant bagasjen til dramatikeren Sacha Guitry og hans kone, skuespillerinnen Yvonne Printemps . ( Simon Singh , s. 161 )
  5. ^ Operation Ruthless, oktober 1940 , på turing.org.uk .
  6. ^ 12. september 1940: Ian Fleming foreslår 'Operation Ruthless ' , på ww2today.com .
  7. ^ Colossus , i motsetning til Rejewskis og Turings "bomber", som var elektromekaniske enheter, var en ekte termionisk rørprosessor laget av Eng. Tommy Flowers etter et teoretisk opplegg fra matematikeren fra Bletchley-gruppen av kryptografer Max Newman , som igjen hadde tatt utgangspunkt i Alan Turings idé om en universell maskin . Den ble designet for å kunne dekryptere meldinger kodet med Lorenz S40 / 42 , en tysk krypteringsmaskin basert på helt andre prinsipper enn Enigma. Colossus var forløperen til den første elektroniske datamaskinen. ( Simon Singh , s. 249-250 )
  8. ^ Nøkkelen, i tillegg til å aktivere bevegelsen til den første rotoren, flyttet også en elektrisk avleder. Denne var permanent knyttet til den tilsvarende bokstaven til koblingspanelet. Med nøkkelen i hvileposisjon ble sistnevnte koblet til den tilsvarende bokstaven på lyspanelet og tasten trykket til spenning.
  9. ^ Denne tilsynelatende positive funksjonen ble i noen tilfeller utnyttet av kryptoanalytikere for å lette dekryptering
  10. ^ https://www.silcosoft.it/sito/docs/Enigma.pdf

Bibliografi

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker