Enigma

" Enigma " (nemischa: Änigma - topishmoq) - maxfiy xabarlarni shifrlash va deshifrlash uchun ishlatiladigan portativ shifrlash mashinasi. Rotorli shifrlash mashinasining birinchi versiyasi 1918-yilda Artur Sherbius tomonidan patentlangan. Asl Enigma modelining dizayni asosida xuddi shu nom ostida 1920-yillardan beri dunyoning ko'plab mamlakatlarida tijorat va harbiy aloqa sohasida qo'llanilgan, ammo eng keng tarqalgan elektromexanik rotorli mashinalarning butun oilasi yaratilgan. Ikkinchi jahon urushi davrida fashistlar Germaniyasida ishlatilgan. Enigma haqida gap ketganda, ko'pincha nemis harbiy modeli nazarda tutiladi.

Uch rotorli harbiy nemis shifrlash mashinasi "Enigma" (yorliqli versiya)

Tashqi videofayllar
	Ролик c разбором устройства Криптограф Ральф Симпсон продемонстрировал, как работает «Энигма» (опубликовало CNET).

F.Bauerning taxminiy hisob-kitoblariga ko'ra 100 000 ga yaqin Enigma shifrlash mashinalari ishlab chiqarilgan. Biroq, boshqa mutaxassislar ishlab chiqarilgan mashinalarning umumiy sonini taxminan 40 000 dona deb hisoblashadi.

Birinchi marta Enigma shifrini 1932 yil dekabr oyida Polsha shifrlash byurosida deshifrashga muvaffaq bo'lindi. To'rt razvedkachi - Marian Rejewski, Yerji Rojitski, Genrik Zygalski va Iogann Revklid - fransuz razvedkasi ma'lumotlari, matematik nazariya va teskari muhandislik usullaridan foydalangan holda, "kriptologik bomba" deb atalgan kodlangan xabarlarni hal qilish uchun maxsus qurilmani ishlab chiqish va qurishga muvaffaq bo'lishdi. (Qarang: Kriptanaliz "Enigma"). Shundan so'ng, nemis muhandislari Enigma qurilmasini murakkablashtirdilar va 1938-yilda yangilangan versiyasini chiqardilar, uning shifrini ochish uchun yanada murakkab mexanizmlarni yaratish kerak edi.

1941-yil 9-mayda U-110 suv osti kemasini ingliz kuchlari tomonidan qo'lga olish paytida Enigma shifrlash mashinasi kodlar, radiogrammalar va boshqa tegishli hujjatlar bilan birga birinchi marta ittifoqchilar qo'liga tushdi. Qabul qilingan materiallar yordamida ingliz kriptograflari uch rotorli Enigmada "Dolphin"dan foydalangannemis suv osti kemalarining habarlarini o'qiy boshladilar.

1941-yil avgust oyida inglizlar nemis radiosi xabarlarini tezda deshifrlash imkonini beradigan yanada rivojlangan " Bombalar"ni yaratdilar. Ikki oy o'tgach, nemislar suv osti kemalari uchun yangi kodni taqdim etishdi, ammo Bletchley Park uni ham buzishga muvaffaq bo'ldi.

Nemis dengiz floti yangi to'rt rotorli "Enigma"dan foydalanishni boshlagan 1942-yil fevraligacha inglizlar dushman shifrlash habarlarini bemalol o'qidilar. Vaziyat 1942-yil 30-oktabrda Petard suv osti kemasiga qarshi kemasi modernizatsiya qilingan Enigma va uning hujjatlarini U-559 suv osti kemasidan tortib olgandan keyingina tuzatildi. Bu urushning oxirigacha nemis xabarlarini deshifrlash imkonini berdi.

Ikkinchi jahon urushi paytida Angliyada Enigma yordamida shifrlangan xabarlarni deshifrlash uchun "Tyuring Bombe" nomli mashina yaratildi, bu Gitlerga qarshi koalitsiyaga katta yordam berdi. Mahfiylikni saqlash uchun uning yordami bilan kriptoanaliz orqali olingan barcha ma'lumotlar "Ultra" kod nomini oldi va juda cheklangan odamlar doirasiga tarqatish uchun mo'ljallangan edi. Bu yutuq ittifoqchilarning g'alabasida hal qiluvchi omil bo'lganligi ta'kidlangan.

Zamonaviy kriptografiya nuqtai nazaridan, "Enigma"nin shifrlash zaif bo'lganiga qaramay, amalda faqat ushbu omilning boshqalar bilan kombinatsiyasi (operator xatolari, protsessual kamchiliklar, ma'lum xabar matni (masalan, ob-havo ma'lumotlarini uzatishda), "Enigma" nusxalari va shifrlangan kitoblarning musodara qilinishi shifrlash krakerlariga "Enigma" shifrlarini buzish va xabarlarni o'qish imkonini berdi.

Tavsifi

"A" harfi "D" harfi bilan shifrlanganda oqim qayerdan o'tishini ko'rsatadigan Enigmanin elektr sxemasi.

Enigma-ning shifrlash harakati ketma-ket bosilgan ikkita tugma uchun ko'rsatiladi - oqim rotorlar orqali o'tadi, reflektordan "akslaydi", keyin yana rotorlar orqali. Kulrang chiziqlar har bir rotor ichidagi boshqa mumkin bo'lgan elektr davrlarini ko'rsatadi. "A" harfi bir tugmani ketma-ket bosish bilan turli yo'llar bilan shifrlangan, avval "G", keyin "C". Rotorning aylanishi tufayli signal boshqa yo'nalishda ketdi.

Boshqa rotorli mashinalar singari, Enigma ham mexanik va elektr tizimlarining kombinatsiyasidan iborat edi. Mexanik qismga klaviatura, mil bo'ylab va unga ulashgan aylanadigan disklar to'plami - rotorlar va har bir tugmachani bosish bilan bir yoki bir nechta rotorlarni harakatga keltiradigan pog'onali mexanizm kiradi. Elektr qismi, o'z navbatida, klaviatura, patch panel, yorug'lik lampalari va rotorlarni (rotorlarni ulash uchun surma kontaktlari ishlatilgan) bog'laydigan elektr sxemasidan iborat edi.

Ishlashning o'ziga xos mexanizmi turlicha bo'lishi mumkin edi, ammo umumiy printsip quyidagicha edi: tugmachani har bir bosish bilan eng o'ng rotor bir pozitsiyani siljitadi va ma'lum sharoitlarda boshqa rotorlar ham harakat qiladi. Rotorlarning harakati klaviaturadagi tugmachaning har bir keyingi bosilishi bilan turli kriptografik o'zgarishlarga olib keladi.

Mexanik qismlar harakatlandi, kontaktlarni yopdi va o'zgaruvchan elektr zanjirini hosil qildi (ya'ni, aslida, harflarni shifrlash jarayoni elektr orqali amalga oshirildi). Klaviatura tugmasi bosilganda, kontaktlarning qisqarishiga olib keladi, oqim turli zanjirlardan o'tdi va natijada to'plamdan bitta lampochkani yoqadi va kerakli kod harfini ko'rsatadi. (Masalan: ANX... bilan boshlanadigan xabarni shifrlashda operator avval A tugmachasini bosadi - Z chirog'i yondi - ya'ni Z kriptogrammaning birinchi harfiga aylandi. Keyin operator N tugmasini bosdi va shifrlashni xuddi shu tarzda davom ettiradi).

Mashinaning qanday ishlashini tushuntirish uchun chapdagi diagrammaga qarang. Diagramma soddalashtirilgan: aslida mexanizm 26 lampochka, kalitlar, ulagichlar va rotorlar ichidagi elektr zanjirlaridan iborat edi. Oqim quvvat manbaidan (ko'pincha batareyadan) (1) kalit (2) orqali patch panelga (3) o'tadi. Kommutatsion paneli klaviatura (2) va qattiq kirish g'ildiragi (4) o'rtasidagi ulanishlarni qayta almashtirish imkonini berdi. Bundan tashqari, oqim ushbu misolda ishlatilmaydigan ulagichdan (3), kirish g'ildiragidan (4) va uchta (armiya modelida) yoki to'rtta (dengiz floti modelida) rotorning (5) ulanish sxemasi orqali o'tadi va reflektorga (6) kiradi. Reflektor oqimni rotorlar va kirish g'ildiragi orqali, lekin boshqa yo'l bo'ylab, so'ngra "D" ulagichiga ulangan "S" ulagichi orqali, boshqa qayta ulagich orqali o'tkazadi (9) va lampochka yonadi.

Shunday qilib, rotorlarning aylanishi tufayli oqim o'tgan elektr zanjiridagi doimiy o'zgarish polialfavit almashtirish shifrini amalga oshirishga imkon berdi, bu o'sha vaqt uchun shifrning barqarorligini ta'minladi.

Rotorlar

Enigma rotorining chap tomonida tekis elektr kontaktlari ko'rinadi.

Rotorning o'ng tomoni, pin kontaktlari ko'rinadi. Rim V rotor simlarini aniqlaydi.

Rotorlar - Enigmaning yuragi. Har bir rotor diametri taxminan 10 sm bo'lgan, ebonit yoki bakelitdan yasalgan disk bo'lib, rotorning o'ng tomonida aylana shaklida joylashtirilgan prujinali pinlar mavjud. Chap tomonda mos keladigan miqdordagi tekis elektr kontaktlari mavjud edi. Pin va tekis kontaktlar alifbodagi harflarga to'g'ri keldi (odatda bu A dan Z gacha 26 ta harf edi). Kontaktda qo'shni rotorlarning kontaktlari elektr zanjirini yopib qo'yadi. Rotorning ichida har bir pin tekis bo'lganlardan biriga ulangan. Har bir rotor uchun ulanish tartibi boshqacha edi.

Uchta rotor va ular biriktirilgan shpindel.

O'z-o'zidan, rotor shifrlashning juda oddiy turini ishlab chiqdi: oddiy almashtirish shifrlashnishi. Misol uchun, E harfi uchun pin rotorning boshqa tomonidagi T harfi uchun pinga ulanishi mumkin. Ammo bir to'plamda bir nechta rotorlardan foydalanilganda (odatda uch yoki to'rtta), ularning doimiy harakati tufayli yanada ishonchli shifr olinadi.

Rotor demontaj qilingan			Ketma-ket ulangan uchta rotor
</img>	tishli uzuk "A" kontakti uchun nuqta alifbo halqasi konservalangan kontaktlar simlarni ulash pin kontaktlari halqani sozlash uchun bahor dastagi yeng barmoqli uzuk mandalli g'ildirak		</img>

Enigmaning harbiy modellari turli xil rotorlar bilan ishlab chiqarilgan. Birinchi modelda faqat uchtasi bor edi. Keyinchalik modellar besh (1934), yetti (1938) yoki sakkizta (1939) tanloviga ega edi.) rotorlar. Rotorlar rim raqamlari bilan belgilangan - I,..., VIII. 1938-yilgacha Germaniya armiyasi mavjud beshta rotordan faqat uchtasini ishlatgan.

"Enigma"ning to'rt rotorli dengiz modeli Kriegsmarine M4 bitta qo'shimcha rotorga ega edi, garchi u ingichka reflektor tufayli uch rotor bilan bir xil bo'lsa-da. Ushbu rotorning ikki turi mavjud edi: "Beta" va "Gamma". U shifrlash jarayonida harakat qilmadi, lekin 26 xil pozitsiyadan istalganiga qo'lda o'rnatilishi mumkin edi.

Rotorlarning pog'onali harakati

Enigma rotorlarining bosqichma-bosqich harakati. Barcha uch kuchukchalar (yashil rang bilan belgilangan) bir vaqtning o'zida harakat qiladi. Birinchi rotorning (1) mandal (qizil) doimo ulangan va u har bir bosish bilan aylanadi. Bunday holda, birinchi rotordagi tirqish panjaga ikkinchi rotorni (2) ham ulash imkonini beradi, u keyingi marta tugma bosilganda aylanadi. Uchinchi rotor (3) ulanmagan, chunki uchinchi rotorning panjasi ikkinchisining chuqurchasiga to'g'ri kelmaganligi sababli, panja disk yuzasida shunchaki siljiydi.

Har bir rotor 26 tishli (ratchet) tishli uzatmaga biriktirilgan va bir guruh panjalar viteslarning tishlarini bog'lagan. kuchukchalar mashinadagi tugmachani bosish bilan bir vaqtda oldinga siljiydi. Agar panja tishli tishni ushlab qolsa, u holda rotor bir qadam buriladi.

Harbiy Enigma modelida har bir rotor regulyatsiyalanuvchi tishli halqaga biriktirilgan bo'ladi. Beshta asosiy rotorda (I-V) har birida bittadan o'yiqcha, dengiz modelida (VI-VIII) esa ikkitadan bor edi. Muayyan nuqtada, tirqish panjaga tegib, kalit keyingi bosilganda uni keyingi rotorning mandaliga ulashga imkon beradi. Kuchukcha chuqurchaga tushmaganida, u tishli moslamani ushlamasdan, shunchaki halqa yuzasi bo'ylab sirg'alib ketadi. Yagona chuqurchali tizimda ikkinchi rotor birinchi rotor 26 qadam oldinga siljishi bilan bir vaqtda bir pozitsiyani oldinga siljitadi. Xuddi shunday, uchinchi rotor ikkinchisi 26 qadam tashlagan bir vaqtda bir qadam oldinga siljiydi. Mashinaning o'ziga xos xususiyati shundaki, agar uchinchisi burilsa, ikkinchi rotor ham aylanadi. Bu shuni anglatadiki, ikkinchi rotor ikkita ketma-ket tugmachani bosish bilan ikki marta aylanishi mumkin - "ikki bosqichli harakat" - bu inqilob davrining qisqarishiga olib keladi.

Ikki bosqichli harakat rotorlarning ishlashini oddiy odometrdan ajratib turadi. Ikki qadam quyidagi tarzda amalga oshirildi: birinchi rotor burilib, ikkinchisi ham bir qadam burilishiga olib keldi. Va agar ikkinchi rotor kerakli holatga o'tgan bo'lsa, uchinchi kuchukcha uchinchi vitesni o'rnatadi. Keyingi bosqichda bu panja vitesni itarib, oldinga siljitadi, shuningdek, ikkinchi rotorni oldinga siljitadi.

Birinchi va ikkinchi disklarda uchta disk va faqat bitta tirqish bo'lgan mashina 26 × 25 × 26 = 16 900 davriga ega edi. Qoida tariqasida, habarlar bir necha yuz belgidan oshmasdi va shuning uchun bitta habarni yozishda rotorlarning holatini takrorlash havfi yo'q edi.

Kalit bosilganda, rotorlar elektr davri yopilgunga qadar aylanadi.

"Enigma" rotorlari yig'ilgan holatda. Ikkita sobit qism o'rtasida uchta harakatlanuvchi rotor joylashtirilgan: kirish halqasi va reflektor (chapda "B" etiketli).