Криптоанализ «Энигмы» — мероприятия по чтению сообщений Германии, зашифрованных с помощью электромеханической машины «Энигма» во время Второй мировой войны. Атака Реевского на «Энигму» является одним из по-истине величайших достижений криптоанализа.
Криптоанализ "Энигмы"
Криптоанализ На экскурсии в Блетчли-парк рассказывают историю, что однажды радисты перехватили шифровку, в которой не было букв Z, а поскольку такое было статистически маловероятно, то высказали предположение, что сообщение целиком состоит из таких букв. Так оно и оказалось. Это было дружеская шифрограмма одного скучающего немецкого оператора своему другу, состоящее только из букв Z. Затем шифр вскрыли, а следом и конструкцию роторов аппарата.
На самом деле криптоанализ «Энигмы» представлял сложную работу, в которой помогали и английские математики во главе с Аланом Тьюрингом. Но именно польским криптографам принадлежит первенство. Они первыми догадались привлечь математиков к расшифровке ещё в середине 30-х, когда в Великобритании этим занимались лингвисты.
Поляки же построили первые электромеханические машины криптологические бомбы , которые симулировали работу «Энигмы», перебирая все возможные настройки в поиске текущей комбинации роторов.
Польша не находилась в состоянии войны с Германией, но существовала угроза вторжениями то, что «Энигма» была покорена, стало для нее огромным облегчением. Если поляки смогут выяснить, что замышляют в отношении них немецкие генералы, то это давало им возможность защитить себя. Судьба Польши зависела от Реевского, и он не подвел свою страну. Атака Реевского на «Энигму» является одним из по-истине величайших достижений криптоанализа. Я был вынужден ограничиться всего несколькими страницами, чтобы рассказать о его работе, и поэтому опустил многие технические подробности и вообще не упоминал о путях, которые вели в тупики. Мои упрощения не должны вводить вас в заблуждение, и из-за них не стоит недооценивать исключительный успех Реевского.
Успех поляков во взломе шифра «Энигмы» может быть объяснен тремя факторами: страх, математика и шпионаж. Если бы не было опасности вторжения, полякам помешала бы кажущаяся неуязвимость шифра «Энигмы». Без математики Реевский бы не смог проанализировать цепочки. А без Шмидта, которому был присвоен псевдоним Аше, и его документов не удалось бы получить представление о внутренней проводке шифраторов и невозможно было бы даже приступить к проведению криптоанализа. Реевский не стеснялся высказывать, насколько он обязан Шмидту: «Документы Аше были словно манна с небес, и все двери сразу же открылись». В течение нескольких лет поляки с успехом применяли способ Реевского. Находясь в 1934 году с визитом в Варшаве, Герман Геринг и не подозревал, что все его сообщения перехватывались и дешифровывались.
Когда он вместе с другими немецкими официальными лицами возлагал венок к Могиле Неизвестного солдата неподалеку от польского Бюро шифров, Реевский мог наблюдать за ними из своего окна, удовлетворенный сознанием, что может прочесть их самые секретные сообщения. Даже когда немцы незначительно изменили способ передачи сообщений, Реевский сумел справиться и с этим. Его старый каталог длин цепочек стал бесполезен, но вместо того, чтобы переписывать его заново, он придумал механизированную версию своей системы каталогизации, которая могла осуществлять автоматический поиск установок шифраторов. Изобретением Реевского стала переработанная и усовершенствованная «Энигма», способная быстро перебирать каждую из 17 576 установок, пока не будет получено совпадение. Поскольку шифраторы могли располагаться шестью различными способами, потребовалось шесть совместно работающих машин Реевского, в каждой из которых было установлено одно из возможных расположений шифраторов. Вместе они образовывали устройство высотой около метра и способное найти ключ текущего дня менее чем за два часа. Эти устройства были названы «бомбами», возможно, из-за тиканья, которое они издавали во время проверки установок шифраторов.
Рассказывают, правда, что Реевскому пришла идея назвать так машины в кафе, когда он ел bombe — мороженое в виде половинки шарика. Это был естественный ответ на «Энигму», которая представляла собой механическое устройство для зашифровывания. Большую часть 30-х годов Реевский и его коллеги без устали трудились, чтобы вскрыть ключи «Энигмы». Месяц за месяцем команда вынуждена была постоянно исправлять механические неисправности в «бомбах» и непрерывно обрабатывать нескончаемый поток зашифрованных перехватов. Вся их жизнь стала подчинена поиску ключа текущего дня — этому исключительно важному элементу, с помощью которого раскрывается содержание зашифрованных сообщений. Однако, что было неизвестно польским дешифровальщикам, большая часть их работы была не нужна. У руководителя Бюро, майора Гвидо Лангера, уже имелись ключи текущего дня «Энигмы», но он держал их спрятанными в своем столе.
Лангер через французов продолжал получать информацию от Шмидта. Гнусные действия немецкого шпиона не закончились в 1931 году передачей двух документов по работе «Энигмы», а продолжались еще семь лет. Он двадцать раз встречался с французским секретным агентом Рексом, нередко в укромных шале в Альпах, где была гарантирована тайность их встреч. При каждой встрече Шмидт передавал одну или несколько шифровальных книг, в каждой из которых были указаны ключи текущего дня на месяц. Это были шифровальные книги, которые вручались всем немецким операторам «Энигмы», и в них содержалась вся информация, которая была нужна, чтобы зашифровывать и расшифровывать сообщения. В итоге он передал шифровальные книги, в которых были представлены ключи текущего дня для 38 месяцев. Эти ключи помогли бы сэкономить Реевскому массу времени и сил, сократив потребность в «бомбах» и высвободив людские ресурсы, которые могли бы быть направлены на другие участки работы Бюро.
Однако исключительно умный Лангер решил не сообщать Реевскому, что ключи уже есть. Лангер считал, что его следует подготовить к тому неизбежному моменту, когда эти ключи больше уже нельзя будет получить. Он знал, что если разразится война, то тайные встречи со Шмидтом не смогут продолжаться и Реевскому тогда придется действовать в одиночку. Лангер полагал, что Реевскому следует привыкать действовать самостоятельно в мирное время, что послужит ему в качестве подготовки к тому, что ждет его впереди. Как профессионал, Реевский достиг своего потолка в декабре 1938 года, когда немецкие криптографы повысили стойкость «Энигмы». Всем операторам «Энигмы» были переданы два новых шифратора, так что в машине могли применяться любые три из пяти имеющихся шифраторов. Прежде имелось только три шифратора обозначаемых 1, 2 и 3 , и их можно было расположить всего лишь шестью различными способами, но теперь, когда появились два дополнительных шифратора обозначаемых 4 и 5 , количество способов их расположения возросло до 60, что показано в таблице 10.
Первой задачей Реевского стало определение внутренней проводки двух новых шифраторов. Ему также пришлось в десять раз увеличить число «бомб», чтобы учесть все возможные расположения шифраторов. Стоимость создания такого количества «бомб» в пятнадцать раз превышала весь годовой бюджет Бюро на оборудование. На следующий месяц ситуация стала еще хуже, когда число кабелей для штепсельной коммутационной панели возросло с шести до десяти. Теперь, вместо двенадцати букв, для которых выполнялась перестановка перед прохождением шифраторов, их стало двадцать. А число возможных ключей увеличилось до 159 000 000 000 000 000 000. Таблица 10 Возможные расположения с пятью шифраторами.
В 1938 году число перехватов и дешифрования сообщений в Польше достигло максимума, но к началу 1939 года применение новых шифраторов и дополнительных кабелей штепсельной коммутационной панели приостановило поток информации. Реевский, который в прошлые годы раздвинул границы применения криптоанализа, пребывал в замешательстве. Он доказал, что шифр «Энигмы» не является нераскрываемым, но, не имея ресурсов, необходимых, чтобы проверить все возможные установки шифраторов, он не мог найти ключ текущего дня и дешифрование стало невозможным. В таких отчаянных обстоятельствах Лангер, возможно, пошел бы на то, чтобы отдать ключи, полученные от Шмидта, но он их больше не получал. Как раз перед внедрением новых шифраторов Шмидт оборвал контакт с агентом Рексом. Семь лет он передавал ключи, которые были не нужны, а именно в тот момент, когда в них возникла потребность, их у поляков не оказалось. То, что «Энигма» вновь стала неуязвимой, явилось для Польши потрясением, поскольку «Энигма» была не просто средством связи, она была заложена в основу стратегии блицкрига Гитлера.
Идея блицкрига «молниеносной войны» заключалась в быстром, мощном и скоординированном наступлении, означающем, что крупные танковые дивизии должны были поддерживать связь между собой, а также с пехотой и артиллерией. Кроме того, должна быть обеспечена поддержка наземных сил с воздуха пикирующими бомбардировщиками «Штукас», что также опирается на эффективную и надежную связь между войсками на передовой линии и аэродромами. Дух блицкрига — это «быстрота наступления благодаря быстроте связи». Если поляки не смогут взломать «Энигму», у них не останется никакой надежды остановить нападение немцев, которое, как уже стало ясно, было вопросом нескольких месяцев. Германия уже оккупировала Судеты и 27 апреля 1939 года разорвала Пакт о ненападении с Польшей. Антипольские выступления Гитлера становились все более и более резкими. Лангер решил, что если Польша будет захвачена, то ее достижения в криптоанализе, которые до сих пор держались в секрете от союзников, не должны пропасть.
Если Польша не способна извлечь пользу из работы Реевского, то пусть хотя бы союзники получат возможность попробовать построить ее. Может быть, Британия и Франция с их значительными ресурсами смогут в полной мере воспользоваться концепцией «бомбы». Лангер ввел их в комнату, в которой стоял какой-то предмет, накрытый черной тканью.
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. Позарез была нужна самая сложная - морская М3.
Главным фронтом для англичан был фронт морской. Гитлер пытался задушить их блокадой, перекрыв островной стране подвоз продовольствия, сырья, горючего, техники, боеприпасов. Его орудием был подводной флот рейха. Групповая тактика «волчьих стай» наводила ужас на англосаксов, их потери были огромны. О существовании М3 знали: на подлодке U-33 были захвачены 2 ротора, на U-13 - инструкция по ней. Во время рейда коммандос на Лофотенские острова Норвегия на борту немецкого сторожевика «Краб» захватили 2 ротора от М3 и ключи за февраль, машину немцы успели утопить. Более того, совершенно случайно выяснилось, что в Атлантике ходят немецкие невоенные суда, на борту которых есть спецсвязь. Так, эсминец королевского флота «Грифон» досмотрел у берегов Норвегии якобы голландское рыболовное судно «Поларис». Состоявший из крепких ребят экипаж успел бросить за борт две сумки, одну из них англичане выловили.
Там были документы для шифрующего устройства. Кроме того, в войну международный обмен метеоданными прекратился - и из рейха в океан пошли переоборудованные «рыбаки». На их борту были «Энигма» и настройки на каждый день 2—3 месяцев, в зависимости от срока плавания. Они регулярно передавали погоду, и запеленговать их было легко. На перехват «метеорологов» вышли специальные оперативные группы Royal Navy. Быстроходные эсминцы буквально брали противника «на пушку». Стреляя, они старались не потопить «немца», а вогнать его экипаж в панику и не дать уничтожить спецтехнику. Но в сейфе капитана нашли ключи на июнь, шифровальную книгу ближней связи, кодовый метеожурнал и координатную сетку ВМФ. Для сокрытия захвата английская пресса писала: «Наши корабли в бою с немецким «Мюнхеном» взяли в плен его экипаж, который покинул судно, затопив его».
Добыча помогла: время от перехвата сообщения до его дешифровки сократилось с 11 дней до 4 часов! Но вот срок действия ключей истек, были нужны новые. Главный улов был сделан 8 мая 1941 г. Отбомбившись по U-110, суда охранения заставили ее всплыть. Капитан эсминца HMS Bulldog пошел на таран, но, увидев, что немцы в панике прыгают за борт, вовремя отвернул. Проникнув в полузатопленную лодку, абордажная группа обнаружила, что команда даже не пыталась уничтожить секретные средства связи. В это время другой корабль поднял из воды выживших немцев и запер их в трюме, чтобы скрыть происходящее. Это было очень важно. U-110 взяли: исправную «Энигму М3», комплект роторов, ключи на апрель-июнь, инструкции по шифрованию, радиограммы, журналы личного состава, навигационный, сигнальный, радиопереговоров , морские карты, схемы минных полей в Северном море и у побережья Франции, инструкцию по эксплуатации лодок типа IXB.
Добычу сравнили с победой в Трафальгарской битве, эксперты назвали ее «даром небес». Награды морякам вручал сам король Георг VI: «Вы достойны большего, но сейчас я не могу этого сделать» через систему награждений немецкая агентура могла бы выйти на факт потери машины. Со всех была взята подписка, захват U-110 не разглашался до 1958 года. Выпотрошенную лодку утопили ради сохранения секретности. Капитан Лемп погиб. Допрос остальных немцев выявил, что они не знают об утрате секрета. На всякий случай были приняты меры по дезинформации, при пленных сетовали и сожалели: «Высадиться на лодку не удалось, она внезапно затонула». Ради секретности даже закодировали ее захват: «Операция Примула». Потрясенный успехом, первый морской лорд Паунд радировал: «Сердечно поздравляю.
Ваш цветок редкостной красоты». Трофеи с U-110 принесли много пользы. Получив свежую информацию, взломщики из Блетчли-Парка стали регулярно читать связь между штабом подводных сил рейха и лодками в океане, расколов большинство сообщений, защищенных шифром «Гидра». Удалось разгромить в Атлантике немецкую сеть судов разведки и снабжения подводного флота «дойные коровы». Оперативный разведцентр узнал детали каботажного плавания немцев, схемы минирования прибрежных вод, сроки рейдов подлодок и т. А немцы, считая, что U-110 унесла свою тайну в пучину, систему связи не сменили. Адмирал Дениц: «Лемп исполнил свой долг и погиб как герой». Однако после выхода в 1959 году книги Роскилла «The Secret Capture» герой стал в глазах немецких ветеранов негодяем, запятнавшим свою честь: «Он не выполнил приказ об уничтожении секретных материалов! Были потоплены сотни наших лодок, напрасно погибли тысячи подводников», «не умри он от рук англичан, его должны были бы расстрелять мы».
А в феврале 1942 года 4-роторная М4 заменила на лодках 3-роторную М3. Блетчли-Парк снова натолкнулся на стену. Оставалось надеяться на захват новой машины, что и произошло 30 октября 1942 года. В этот день U-559 капитан-лейтенанта Хайдтманна северо-восточнее Порт-Саида была сильно повреждена английскими глубинными бомбами. Увидев, что лодка тонет, экипаж прыгнул за борт, не уничтожив шифровальную технику. Ее нашли моряки с эсминца «Петард». Как только они передали добычу подоспевшей абордажной группе, искореженная лодка внезапно перевернулась, и двое смельчаков Colin Grazier, Antony Fasson ушли с нею на километровую глубину. Именно с их помощью 13 декабря 1942 года были вскрыты коды, тут же давшие штабу точные данные о позициях 12 немецких лодок. После 9 месяцев перерыва black-out снова началось чтение шифрограмм, не прерывавшееся уже до конца войны.
После чего коммутационная панель преобразует B в A. Анализ стойкости Энигмы Реальная Энигма отличалась от описанной демонстрационной машиной только в одном. А именно в устройстве роторов. В нашем примере ротор изменяет свое положение только при совершении полного оборота предыдущим диском. В настоящей Энигме каждый диск имел специальную выемку, которая в определенной позиции подцепляла следующий ротор и сдвигала его на одну позицию. Расположение выемки для каждого из роторов можно было регулировать с помощью специальных внешних колец. Начальное положение колец не влияло на коммутацию роторов и на результат шифрования отдельно взятой буквы, поэтому кольца не учитываются при расчете пространства ключей Энигмы. Помимо этого каждый ротор мог быть установлен в одной из 26 возможных стартовых позиций. Количество всех возможных соединений на коммутационной панели вычисляется по формуле n!
Такое огромное число вариантов внушало обманчивое чувство неуязвимости. Криптоанализ Энигмы Большое пространство ключей обеспечивает шифру Энигмы достаточно серьезный уровень стойкости к атакам по известному шифртексту. Полный перебор 264 вариантов даже на современных компьютерах дело не простое. Однако все меняется если применить атаку с известным открытым текстом. Для такого случая существует весьма хитроумный метод, позволяющих пренебречь настройками коммутационной панели в процессе поиска ключевой комбинации, что сводит пространство ключей Энигмы всего к 105456 комбинациям и делает весь шифр фатально уязвимым. Метод эксплуатирует наличие в паре открытый-закрытый текст так называемых «циклов». Чтобы объяснить понятие «цикл», рассмотрим следующее открытое сообщение P и соответствующий ему криптотекст C, зашифрованный Энигмой.
Уэлчман, Гордон: биография
Зато в GCHQ милостиво согласились предоставить музею в Блетчли старые чертежи «бомб» - увы, не в лучшем состоянии и не целиком. Тем не менее силами энтузиастов их удалось восстановить, а затем создать и несколько реконструкций. Они-то сейчас и стоят в музее. Занятно, что во время войны на производство первой «бомбы» ушло около двенадцати месяцев, а вот реконструкторы из BCS Computer Conservation Society , начав в 1994 году, трудились около двенадцати лет. 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.
Каждый день Реевскому передавали новую пачку перехваченных сообщений. Все они начинались шестью буквами повторяющегося трехбуквенного разового ключа, все были зашифрованы с использованием одного и того же ключа текущего дня. Например, он мог получить четыре сообщения, начинающихся со следующих зашифрованных разовых ключей: В каждом из этих случаев 1-я и 4-я буквы являются одной и той же зашифрованной буквой — первой буквой разового ключа. Точно так же 2-я и 5-я буквы являются одной и той же зашифрованной буквой — второй буквой разового ключа, а 3-я и 6-я буквы — третьей буквой разового ключа.
Так, в первом сообщении, L и R являются одной и той же зашифрованной буквой — первой буквой разового ключа. Причина, почему одна и та же буква зашифровывается по-разному, вначале как L, а затем как R, заключается в том, что между двумя зашифровываниями первый шифратор «Энигмы» продвинется на три шага и способ шифрования изменится. То, что L и R являются одной и той же зашифрованной буквой, позволило Реевскому вывести еле уловимую связь с начальной установкой машины. При некотором начальном положении шифратора, которое неизвестно, первая буква ключа текущего дня, который опять-таки неизвестен, зашифровывается в L, а затем, при другом положении шифратора, который передвинулся на три шага от начального, по-прежнему неизвестного положения, та же буква ключа текущего дня, который также по-прежнему неизвестен, преобразуется в R.
Эта связь представляется смутной, так как здесь полно неизвестностей, но она хотя бы показывает, что буквы L и R неразрывно связаны с исходной установкой «Энигмы» — с ключом текущего дня. При перехвате новых сообщений можно найти другие соответствия между 1-й и 4-й буквами повторяющегося разового ключа. Все они отражают исходную установку «Энигмы». Например, из второго сообщения видно, что существует связь между М и X, из третьего — между J и М и из четвертого — между D и Р.
Реевский начал суммировать эти соответствия, сводя их в таблицу. Для четырех сообщений, которые мы пока имеем, таблица дает наличие связей между L, R , М, X , J, М и D, Р : Если бы у Реевского было достаточное количество сообщений, отправленных в какой-нибудь один из дней, то он смог бы завершить составление алфавита соответствия. Ниже приведена заполненная таблица соответствий: У Реевского не было никаких догадок ни о ключе текущего дня, ни о том, какие выбирались разовые ключи, но он знал, что они есть в этой таблице соответствий. Если бы ключ текущего дня был другим, то и таблица соответствий была бы совершенно отличной.
Следующий вопрос заключался в том, можно ли найти ключ текущего дня из этой таблицы соответствий. Реевский приступил к поиску в таблице характерных рисунков — структур, которые могли бы послужить признаком ключа текущего дня. В итоге он начал изучать один частный тип структуры, который характеризовал цепочку букв. В таблице, к примеру, А в верхнем ряду связана с F в нижнем ряду.
Перейдя в верхний ряд и найдя там F, Реевский выяснил, что F связана с W. Снова перейдя в верхний ряд и отыскав там W, он обнаружил, что, оказывается, связана с А, то есть он вернулся к тому месту, откуда начал поиск. Цепочка завершена. Рис 42.
Мариан Реевский Для остальных букв алфавита Реевский создал похожие цепочки. Он выписал все цепочки и отметил в каждой из них количество связей: До сих пор мы рассматривали только соответствия между 1-й и 4-й буквами шестибуквенного повторяющегося ключа. В действительности же Реевский проделал то же самое для соответствий между 2-й и 5-й буквами и между 3-й и 6-й буквами определяя в каждом конкретном случае цепочки и количество связей в каждой из них. Реевский обратил внимание, что каждый день цепочки изменялись.
Иногда встречалось множество коротких цепочек, иногда лишь несколько длинных. И разумеется, в цепочках менялись буквы. То, какими были эти цепочки, зависело, несомненно, от параметров установки ключа текущего дня — совокупного влияния установок на штепсельной коммутационной панели, взаимного расположения и ориентации шифраторов. Однако оставался вопрос, как же Реевскому из этих цепочек найти ключ текущего дня?
Какой ключ из 10 000 000 000 000 000 возможных ключей текущего дня соответствовал конкретной структуре цепочек? Количество вероятностей было просто огромным. И именно в этот момент Реевского озарило. Хотя и установки на штепсельной коммутационной панели, и взаимное расположение, и ориентация шифраторов оказывали влияние на элементы цепочек, но их вклад можно было в какой-то степени разделить.
В частности, у цепочек есть одно свойство, целиком зависящее от установок шифраторов и никак не связанное с установками на штепсельной коммутационной панели: количество связей в цепочках зависит исключительно от установок шифраторов. Возьмем, к примеру, вышеприведенный пример и предположим, что ключ текущего дня требует перестановки букв S и G на штепсельной коммутационной панели. Если мы изменим этот элемент ключа текущего дня, сняв кабель, с помощью которого осуществляется перестановка этих букв S и G, и используем его, чтобы выполнить перестановку, скажем, букв Т и К, то цепочки изменятся следующим образом: Некоторые буквы в цепочках изменились, но, что важно, количество связей в каждой цепочке осталось тем же. Реевский нашел то свойство цепочек, которое зависело лишь от установок шифраторов.
Полное число установок шифраторов равно количеству взаимных расположений шифраторов 6 , умноженному на количество ориентаций шифраторов 17 576 , что составляет 105 456.
Теперь завеса тайны над методами АНБ приоткрыта. Информация экспертов не являлась преувеличением, вероятнее всего, АНБ пользуется слабыми местами в протоколе Диффи-Хеллмана. До недавних пор алгоритм считался более чем надежным. Слабое место, скрытое в протоколе обмена ключами, обнаружили ученые. Ученые приводят простой пример: в обычной ситуации на взлом одного единственного простого числа в 1024-битном ключе шифрования у АНБ ушло бы не менее года работы, а потратить на это пришлось бы сотни миллионов долларов. Но исследователи выяснили, что алгоритм использует лишь несколько простых чисел, которые, к тому же, часто повторяются.
В 1926-м польские посты радиоперехвата зафиксировали немецкую переписку, зашифрованную с помощью неизвестного им устройства.
А в 1929-м немецкое посольство в Варшаве со-общило на варшавский таможенный пункт, что надо немедленно отправить в посольство ящик, случайно туда попавший. Этот факт заинтриговал поляков, и они вскрыли тот ящик и обнаружили там устройство «Enigma». Есть и другая версия, утверждающая, что ознакомление с этим устройством произошло ещё в 1927-м. Начальник «Бюро шифров» майор Gwido Karol Langer послал на таможенный пункт инженеров радиотехнического завода «AVA», сотрудничавших с бюро. Под руководством инженера и совладельца завода Antoni Palluth, который был ещё и криптоаналитиком, устройство было тщательно изучено, после чего было передано в немецкое посольство. Поскольку рас-крытие ящика и устройства было сделано со всеми соответствующими предосторожностями, посольские работники ничего не заподозрили. Тем не менее полученная польскими криптоаналитиками информация не дала возможности читать немецкую переписку, зашифрованную устройством «Enigma». Проблема была в том, что в немецкие вооружённые силы приняли в эксплуатацию более сложную шифромашину, отличавшуюся от той коммер-ческой версии, которую видели поляки.
Ещё в 1928-29-х в Польше началась активная подготовка криптологических специалистов. На секретные курсы по изучению криптологии с математическим уклоном были привлечены студенты-математики, знающие немецкий язык. В дальнейшем они стали работать в «Бюро шифров» и достигли определённых успехов в расшифровке системы «Enigma». По результатам их работы было разработано первое математическое устройство по её расшифровке и расшифровано несколько перехваченных криптограмм. Надо сказать, что в то время специалисты «Бюро шифров» были на высоком счету как квалифицированные криптологи. Так, криптоаналитик «BS-4» капитан Jan Kowalewski в 1923-м был приглашён японцами для чтения лекций и работы в своей криптослужбе, по результатам чего был удостоен высшей награды Японии: Ордена Восходящего Солнца. После его возвращения в Польшу к нему при-езжали японские студенты для обучения. Вместе с ними приезжал Ризобар Ито, который в будущем стал выдающимся криптологом и разработчиком шифров в Японии.
Свои криптоаналитические способности он проявил при «вскрытии» шифра «Playfair», применявшегося в ту пору на британских коммуникациях. В 1931-м полякам неожиданно помогли французы, с которыми решил сотрудничать работник немецкого военного шифроргана нем.
Тьюринг против Гитлера, или Как гики два раза хакнули немецкие «Энигмы»
Криптоанализ "Энигмы" позволил западным союзникам во время Второй мировой войны прочитать значительное количество секретных радиопереговоров держав Оси в кодировке. В школе кодов и шифров он возглавлял группу Hut 8, ответственную за криптоанализ сообщений ВМФ Германии и разработал некоторое количество методов взлома немецкого. Последние новости о Enigma, выбор редакции, самые популярные новости на тему Enigma. Ниже описаны блоки данных Энигмы и способы их получения.
Победа и "Энигма"
Гай Юлий Цезарь изобрел и использовал шрифт на основе одного алфавита, этот шрифт назвали его именем. Принцип шифра прост: каждая буква сдвигалась по алфавиту вправо на одно и то же число позиций. Адресату нужно было только знать, насколько — это и был ключ шифрования. Сам диктатор использовал сдвиг на три символа. Пример использования шифра Цезаря с алфавитом русского языка. Каждая буква сдвинута вправо на три позиции. К примеру, шифр Сциталлы взломал Аристотель. Вместо стержня он взял конус и наматывал ленту с посланием на разной высоте, пока текст не становился читаемым.
Использовали и другие способы засекретить послания, которые нетрудно расшифровать: специальные диски и линейки, шифрование при помощи книг и другие. Но в то время и этих способов было достаточно, а на их основе изобрели новые», — рассказывает заместитель генерального директора по науке Концерна «Автоматика» Госкорпорации Ростех, специалист в области информационной безопасности Евгений Жданов. Средние века В средневековье люди продолжили использовать моноалфавитные шифры, хотя в некоторых странах изобретали и другие способы криптографии. Но если раньше шифровали в основном военные послания, то теперь засекречивать сообщения стали дипломаты, купцы и простые граждане. Впервые эта технология появилась в арабских странах. Ее развитие привело к появлению полиалфавитных шифров — это тот же самый шифр простой замены, но на основе нескольких алфавитов, и шифров — замены букв по определенным правилам», — отмечает Евгений Жданов. Манускрипт аль-Кинди, IX век.
С VIII столетия нашей эры криптография быстрее развивается в арабских странах. Одни из первых трудов, в которых говорится о дешифровке моноалфавитных и полиалфавитных шифров написаны арабскими учеными. Важный труд того времени — «Манускрипт о дешифровке криптографических сообщений» ученого аль-Кинди. Именно он первым упомянул о частотном анализе шифров. В древнерусской литературе использовалось тайнописание, называемое Литорея. Она могла быть простой и мудрой. Простая напоминала тарабарскую грамоту, мудрая — шифр простой замены некоторых букв точками, палками, кругами, которые означали разряд числа», — говорит эксперт.
Пример использования простой литореи с алфавитом русского языка. Историкам известно о нескольких способах засекретить послания, которые использовали в Византии. В основном, это были простые приемы: скоропись, замена алфавита, неправильное написание букв, лигатурное письмо. Встречались и усложненные, которые назвали цифровой тайнописью: когда буквам присваивали числовое значение и шифровали текст с помощью арифметических действий: числа раскладывали на слагаемые, прибавляли и вычитали. Новые и более сложные методы шифрования появлялись редко — старых было вполне достаточно. Тем не менее, Средневековье внесло свой вклад в науку о криптографии», — резюмирует Евгений Жданов. Эпоха Возрождения 1400—1700-е годы дали криптографии намного больше, чем Средние века.
В эпоху Возрождения люди сосредоточились на изобретении шифров, а не шифровальных инструментов. Хотя именно этот инструмент и дал начало новому периоду в криптографии.
Они применялись также в службе безопасности и разведке. Первое устройство для расшифровки кода Энигмы, — «криптологическая бомба», — было создан польскими математиками накануне Второй мировой войны. На основе этой разработки и при непосредственной поддержке её создателей в Англии был сконструирован более «продвинутый» агрегат. Теоретическую часть работы выполнил Алан Тьюринг. Его работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в шифровальной машине «Энигма», основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий этой машины, которые были выполнены в 1938 году польским криптоаналитиком Марианом Реевским.
Принцип работы разработанного Тьюрингом дешифратора состоял в переборе возможных вариантов ключа шифра и попыток расшифровки текста, если была известна структура дешифруемого сообщения или часть открытого текста. Вскоре немцы добавили в конструкцию Энигмы коммутирующее устройство, существенно расширив этим количество вариантов кода. Эту задачу решил Гордон Уэлчман, предложив конструкцию «диагональной доски». Метод диагональной доски Серьезная трудность с прототипом «Bombe» состояла в том, что для того, чтобы проводить одновременное сканирование, необходимо, чтобы используемые меню содержали, по меньшей мере, три петли.
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. В этом случае совпадать будет сразу несколько букв — двигаем еще. Совпадает R.
Google Sites.
Шифр Энигмы презентация
Основную лепту в достижения польского периода криптоанализа Энигмы внесли, как и в 1919-21 годах, три математика-криптографа. Взломщик кода шифратора «Энигма» Алан Тюринг, покончивший с собой после обвинения в непристойном поведении в соответствии с законом против гомосексуализма, |. Описание строения Энигмы можно прочитать в первой части, а про работу польских криптографов – во второй После того как польские криптографы передали результаты.
Коды, шифры и языки: тайны, которые удалось разгадать
The rst stage in cryptanalysis is to look for sequences of letters that appear more than once in the ciphertext. Совместно с Дилли Ноксом он занимался криптоанализом «Энигмы». Криптоанализ «Энигмы» — статья из Интернет-энциклопедии для Дешифровка легендарной немецкой машины «Энигма» вошла в мировые учебники криптографии как одно из главных достижений Второй мировой войны.