А после модернизации «Энигмы» (немцы в 1937 заменили рефлекторы на своих машинах, а для ВМФ стали применять четыре ротора), процент дешифрованных сообщений еще понизился. а после некоторого совершенствования именно.
Операция «Ультра», или История о том, как поляки с британцами «Энигму» взломали. Части 1-3
Поляки с каждым годом усиливали свою службу по «взлому» немецких кодов — в 1928-1929 годах в Познаньском университете организовали курсы по изучению криптографии для студентов-математиков со знанием немецкого языка. Марианн Ражевский — ведущий криптоаналитик довоенной Польши. Во многом именно поляки первыми поняли важность привлечения специалистов-математиков для криптоанализа вражеских шифров. Польша вообще в 20-30-х годах была чуть ли не мировым лидером в области криптографии, и специалистов часто приглашали делиться опытом в другие страны. Соблюдая рамки секретности, конечно. Капитан польской армии и спец по кодам Ян Ковалевский ездил с этой целью в Японию, а потом работал с группой студентов из этой страны у себя на родине. И воспитал Ризобара Ито, крупного японского криптографа, вскрывшего английскую шифрсистему Playfair, использовавшуюся в 30-е годы на британских линиях связи. Чуть позже помогать полякам принялись еще одни потенциальные враги Германии — французы. Поляки в 1931 году неожиданно получили важную и своевременную помощь от французских спецслужб: в Германии объявился предатель среди сотрудников Министерства обороны, который вышел на правительство Франции с предложением продать секретные документы.
Это был Ганс-Тило Шмидт, и среди его «товара» оказалось руководство по эксплуатации немецкой шифровальной машины «Энигма». В историю разведки Шмидт вошел под кодовыми именами «Asche» или «Source D» и закончил свою жизнь вполне закономерно — в 1943 году в застенках гестапо. Ганс-Тило Шмидт. Источник: wikipedia. И если бы немцы не оккупировали Францию и не нашли в архивах вражеской разведки свидетельства наличия «крота», то Шмидт так бы и оставался незасвеченным. О важности агента очень красноречиво говорил польский криптоаналитик Мариан Режевский: «Документы Аше были словно манна с небес, и все двери сразу же открылись». Но вернемся в 1931 год, где представители Второго бюро французская разведка агент Рудольф Лемуан и начальник шифровального отдела Гюстав Бертран ударили со Шмидтом по рукам, и сделка на 10 тыс. Рудольф Лемуан.
Расстроенные спецы Второго бюро обратились к англичанам, но и они оказались бессильны. Получив соответствующие полномочия, Гюстав Бертран передал информацию польским криптографам, но они лишь сделали вывод о том, что немцы адаптировали коммерческую «Энигму» под армейские нужды. Никакого особого прорыва в расшифровке даже европейские лидеры криптографии, поляки, обеспечить не смогли. В итоге агентура Второго бюро принялась тормошить старого знакомого Ганса-Тило Шмидта, который уже, очевидно, потратил гонорар за сделку. В итоге в мае и сентябре 1932 года Шмидт передал Франции новые ключевые установки по «Энигме». Контакты поляков и французов в сфере расшифровки были очень своеобразными: спецы из Второго бюро не могли самостоятельно разобраться с шифрами и шли на поклон к полякам. А представители Польши охотно пользовались разведданными чужой страны и всячески уверяли французов в скором решении вопроса. На самом деле Польша очень неохотно делилась результатами работы по направлению «Энигма».
Для союзников оставалось тайной, что в этой стране уже построена модель немецкой шифровальной машины для полноценной обкатки приемов дешифровки. Мало того, к 1933 году поляки могли фактически читать шифровки «Энигмы». И здесь снова не обошлось без работы разведки. В 1930-х годам польские спецслужбы обнаружили в юго-восточной Германии завод по производству немецких шифровальных машин. Группа подпольщиков с 1933 года активно включилась в процесс изучения этого секретного завода и результаты оказались весьма ценными для криптоанализа. Но все это разрушилось с приходом 1938 года, когда немцы изменили процедуру использования ключевых установок, введя, в частности, разовые ключевые установки, формирующие уникальные начальные положения дисков, меняющиеся при каждом сеансе связи. С этого года у поляков появились заметные трудности в дешифровке. Проблему нужно было как-то решать, и на фирму AVA приехал Мариан Режевский с твердым намерением сделать «Анти-Энигму», способную «хакнуть» немецкий супершифр.
Устройство получило название «Бомба» и представляло из себя шесть соединенных между собой «Энигм». Принцип был в общих чертах прост: сообщение расшифровывалось с помощью перебора начальных положений дисков. Англо-польские модели машины "Бомба". Источник: fofoi. С целью ускорить дешифровку поляки запускали несколько «Бомб» параллельно. Примечательно, что вся эта история была вне ведома англичан и французов, продолжавших делиться с Польшей результатами агентурной работы со Шмидтом. Сложностей «Бомбе» немцы доставили в 1938 году, установив сразу пять дисков, из которых только три участвовали в ключевой установке. Ума у поляков на взлом такого материала не хватило, и они летом 1939 года обратились за помощью к англичанам и французам.
Два дня в июле этого же года в Варшаве английский криптоаналитик Дилли Нокс, директор английской Правительственной криптографической школы Алистер Деннистон, начальник шифровального отдела Второго бюро Гюстав Бертран и его коллега Генри Бракени приходили в себя от польского эгоизма в вопросе «Энигмы». Когда немцы оккупировали Польшу, местное шифровальное бюро бежало во Францию через Румынию, заранее уничтожив все «Энигмы» и «Бомбы».
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. Так что игра, в данном случае, стоит свеч.
С самого детства он был "не таким, как все". По некоторым данным, он научился читать всего за три недели, а в семь лет во время пикника рассчитал траектории полета насекомых среди вереска, чтобы найти улей и собрать мед диких пчел", — говорит Ходжес. Еще в студенчестве Тьюринг изобрел так называемую "Универсальную машину" — прототип современного компьютера. Большую часть времени ученый уделял криптографии — науке о шифрах. Именно это привлекло к нему внимание британских спецслужб. В начале Второй мировой войны разведка перехватила закодированные послания нацистов, но разгадать их никто не мог. Но в руках нацистов она оказалась оружием массового поражения. При помощи этого устройства немецкие войска контролировали половину Атлантики и планировали военные операции буквально под носом у союзников. Данные о действиях вермахта были надежно защищены: "Энигма" заменяла буквы в словах по определенному алгоритму. Вариантов настройки шифра было больше ста триллионов. Каждый день в полночь их меняли на новые. И это создавало чрезвычайные сложности", — рассказывает кандидат исторических наук Николай Лобанов. Мало кто знает, но троим польским криптологам удалось разгадать код "Энигмы" еще до войны. Ученые заполучили шесть экземпляров немецких устройств и сконструировали из них машину для дешифровки. Но уже к в началу 1940-х она оказалась бесполезной. Они добавили дополнительные диски и коммуникационную панель, которая позволяла шифровать буквы попарно", — уточняет кандидат исторических наук Анастасия Ашаева. Это в десять раз усложнило процесс расшифровки.
Энигма Одна из самых известных шифровальных машин — «Энигма» использовалась в военных и коммерческих целях с 1920-х годов. На протяжении всего периода применения шифровальной машины — множество правительственных организаций разных стран предпринимали попытки взлома с целью предотвратить наступающую угрозу Германии. Во времена Второй Мировой войны Германии были необходимы модули шифрования для проведения скоординированного наступления против ряда Европейских стран. Еще до войны огромных успехов в дешифровке сообщений «Энигма» достигло Бюро шифров из Польши и лично председатель этого органа — Мариан Реевский. Уже во времена Второй Мировой основные усилия по криптоанализу «Энигмы» взял на себя британский центр разведки «Станция Икс» или «Блетчли-парк».
Была ли расшифрована энигма. Криптоанализ «Энигмы
Сами исследователи пишут, что данный случай сопоставим только "с криптоанализом Энигмы во время Второй Мировой". Благодаря влиянию, оказанному на ход войны, взлом Энигмы стал, возможно, самым ярким моментом в многовековой истории криптоанализа. С помощью «Энигмы» сообщения шифровали войска Германии и ее союзники, при помощи M-209 — армия США.
Учёные Кембриджа решили снова взломать Энигму
История электрической роторной шифровальной машины «Энигма» начинается в 1917 году с патента, полученного голландцем Хьюго Кочем. Смотрите онлайн видео «ый криптоанализ» на канале «Андрей Овчинников» в хорошем качестве, опубликованное 20 октября 2023 г. 21:44 длительностью 01:15. Cryptanalysis of the Enigma. Разгадать код «Энигмы» удалось в британскому ученому Алану Тьюрингу и его команде в 1941 году. В школе кодов и шифров он возглавлял группу Hut 8, ответственную за криптоанализ сообщений ВМФ Германии и разработал некоторое количество методов взлома немецкого.
Код энигма кто расшифровал. Криптоанализ «Энигмы
Соединяя на коммутационной панели буквы попарно можно было добавить еще один дополнительный шаг к шифрованию. К примеру, предположим что на коммутационной панели буква B соединена с буквой A. Теперь при нажатии на A сперва происходит подстановка A-B, и на вход первого ротора подается буква B. Аналогичным образом происходит расшифровка сообщения. 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.
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 T и K, 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. Поэтому вместо того, чтобы беспокоиться о том, какой из 10 000 000 000 000 000 ключей текущего дня связан с конкретной группой цепочек, Реевский смог заняться гораздо более простой задачей: какая из 105 456 установок шифраторов связана с количеством связей в группе цепочек? Это число по-прежнему велико, но все же примерно в сотню миллиардов раз меньше общего числа возможных ключей текущего дня. Другими словами, задача стала в сотню миллиардов раз проще — уже в пределах человеческих возможностей. Реевский поступил следующим образом.
Благодаря шпионской деятельности Ханс-Тило Шмидта, он получил доступ к точным копиям шифровальных машин «Энигма». Его команда приступила к кропотливой проверке каждой из 105 456 установок шифраторов и каталогизации длин цепочек, которые образовывались при каждой установке. Потребовался целый год, чтобы завершить создание такого каталога, но, как только в Бюро были накоплены данные, Реевский смог, наконец, приступить к распутыванию шифра «Энигмы». Ежедневно он просматривал зашифрованные разовые ключи — первые шесть букв перехваченных сообщений, и использовал данную информацию для подготовки своей таблицы соответствий. Это позволило ему выписать цепочки и установить количество связей для каждой из них. К примеру, анализируя 1-ю и 4-ю буквы, можно получить четыре цепочки с 3, 9, 7 и 7 связями. При анализе 2-й и 5-й букв также получаются четыре цепочки с 2 3, 9 и 12 связями. А анализ 3-й и 6-й букв дает в результате пять цепочек с 5, 5, 5, 3 и 8 связями. У Реевского и сейчас не было никаких предположений о ключе текущего дня, но он знал, что в результате его применения получаются 3 группы цепочек; количество цепочек в группе и связей в каждой из них указаны ниже: Реевский мог теперь воспользоваться своим каталогом, в котором были представлены все установки шифратора, проиндексированные в соответствии с тем, какой вид цепочек получается при каждой конкретной установке. Найдя запись в каталоге, содержащую требуемое количество цепочек с соответствующим количеством связей в каждой, он сразу же определял установки шифраторов для каждого конкретного ключа текущего дня.
Цепочки оказались фактически «отпечатками пальцев», уликой, которая выдавала исходное взаимное расположение и ориентацию шифраторов. Реевский действовал словно детектив: он мог отыскать на месте преступления отпечаток пальца, а затем по базе данных выявить подозреваемого, которому этот отпечаток принадлежит. Хотя Реевский и нашел ту часть в ключе текущего дня, которая определяется шифратором, но ему по-прежнему требовалось выяснить установки на штепсельной коммутационной панели. Несмотря на то что существует около сотни миллиардов возможностей для установок на штепсельной коммутационной панели, это было уже сравнительно несложной задачей. Реевский начал с того, что установил шифраторы на своей копии «Энигмы» в соответствии с вновь найденной частью ключа текущего дня, которая определяется шифратором. Затем он вытащил все кабели из штепсельной коммутационной панели, так что эта панель перестала оказывать какое-либо влияние. Далее он брал фрагмент перехваченного шифртекста и вводил его в «Энигму». По большей части это приводило к появлению совершенно бессмысленного текста, поскольку расположение кабелей на штепсельной коммутационной панели было неизвестно, и их у него на панели попросту не было. Однако время от времени появлялись смутно опознаваемые выражения, как, например, alliveinbelrin, которое, по всей видимости, должно означать «arrive in Berlin». Если предположение верно, то это значит, что буквы R и L должны быть соединены кабелем на штепсельной коммутационной панели, осуществляющим их перестановку, буквы же A, I, V, E, B и N при этом кабелями не соединены.
Анализируя другие фразы, можно найти другие пять пар букв, которые меняются местами друг с другом с помощью кабелей на этой панели. Определив расположение кабелей на штепсельной коммутационной панели и используя уже найденные установки шифраторов, Реевский определил полный ключ текущего дня, и в результате он мог дешифровать любое сообщение, отправленное в этот день. Реевский существенно упростил задачу нахождения ключа текущего дня, разделив задачу определения установок шифраторов и задачу определения установок на штепсельной коммутационной панели. Сами по себе обе эти задачи могут быть решены. По нашим первоначальным оценкам, чтобы проверить все возможные ключи «Энигмы», потребуется время, превышающее срок существования Вселенной. Однако Реевский потратил всего-навсего год, составляя свой каталог длин цепочек, после чего он мог определить ключ текущего дня еще до того, как день подойдет к концу. Имея ключ текущего дня, он владел той же информацией, что и получатель, которому она была направлена, и поэтому столь же легко был способен дешифровать сообщения. В результате совершенного Реевским прорыва передаваемые немцами сообщения больше не представляли секрета. 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.
Так началось её триумфальное шествие по всем фронтам и родам войск. С учётом различных модификаций было выпущено около 100 000 экземпляров «Энигмы». Даже после окончания войны страны-победители продавали трофейные немецкие «Энигмы» в растущие армии третьего мира. Эти машинки по-прежнему считались надёжными и применялись чуть ли не до конца ХХ века. Что неудивительно: «Энигма» при всей внешней простоте и удобстве эксплуатации обладала какой-то чудовищной по тем временам вариативностью комбинаций и долго казалась недоступной для расшифровки. Электрика, механика и никакого мошенства По сути, любая «Энигма» была комбинацией механических и электрических систем. Механическая часть состояла из клавиатуры, набора роторов, расположенных вдоль вала, и ступенчатого механизма, приводящего в движение один или несколько роторов при нажатии клавиш. Электрическая схема соединяла клавиатуру, коммутационную панель, лампочки и, с помощью скользящих контактов, роторы. Общий для всех моделей принцип работы приведён на упрощённой диаграмме снизу на самом деле механизм состоял из 26 лампочек, клавиш, разъёмов и электрических схем внутри роторов. Схема «Энигмы» Иллюстрация: Wikimedia Commons Ток от источника питания 1 через переключатель на клавиатуре 2 поступал в разъём коммутационной панели 3, где происходила перекоммутация между клавиатурой и неподвижным входным колесом 4. Далее через схему соединений трёх в армейской модели или четырёх в морской роторов 5 ток входил в рефлектор 6, откуда возвращался обратно через роторы и входное колесо, но уже по другому пути следите за красной стрелочкой. Потом он шёл через разъём S, соединённый с разъёмом D, через другой переключатель 9, и зажигалась лампочка. Так буква «А» превращалась в букву «D». Слово из трёх букв Чтобы расшифровать закодированное таким образом сообщение, «Энигмы» отправителя и получателя нужно было настроить одинаково. Иными словами, требовалось обеспечить полную идентичность следующих параметров: порядок расстановки роторов; их начальные позиции; соединения коммутационной панели. Перечисленные настройки так называемые дневные ключи шифрования оговаривались заранее и записывались в специальных кодовых книгах. При этом, даже если разведчикам удавалось узнать хранимые в секрете дневные ключи что само по себе было практически невозможно , шифр всё равно оставался нечитаемым. А если вдруг в ваших руках оказались бы все настройки, оно сократилось бы до 76 бит, или 1023. Что, конечно, неплохо, но попробуйте посчитать сами, сколько времени потребуется, чтобы вручную перебрать все комбинации. Вдобавок к этому весь код «Энигмы» состоял только из 26 букв латинского алфавита. Прочие символы заменялись их редкими комбинациями.
В процессе шифрования он не двигался, но мог быть установлен вручную на любую из 26 различных позиций. Ступенчатое движение роторов Ступенчатое движение роторов Энигмы. Все три собачки обозначены зелёным двигаются одновременно. Для первого ротора 1 , храповик красный всегда зацеплен, и он поворачивается при каждом нажатии клавиши. В данном случае выемка на первом роторе позволяет собачке зацепить и второй ротор 2 , он повернётся при следующем нажатии клавиши. Третий ротор 3 не зацеплен, так как собачка третьего ротора не попала в выемку второго, собачка будет просто скользить по поверхности диска. Каждый ротор был прикреплён к шестерёнке с 26 зубцами храповику , а группа собачек зацепляла зубцы шестерёнок. Собачки выдвигались вперёд одновременно с нажатием клавиши на машине. Если собачка цепляла зубец шестерёнки, то ротор поворачивался на один шаг. В армейской модели Энигмы каждый ротор был прикреплён к регулируемому кольцу с выемками. В определённый момент выемка попадала напротив собачки, позволяя ей зацепить храповик следующего ротора при последующем нажатии клавиши. Когда же собачка не попадала в выемку, она просто проскальзывала по поверхности кольца, не цепляя шестерёнку. В системе с одной выемкой второй ротор продвигался вперёд на одну позицию за то же время, что первый - на 26. Аналогично, третий ротор продвигался на один шаг за то же время, за которое второй делал 26 шагов. Особенностью машины было то, что второй ротор также поворачивался, если поворачивался третий. Это означает, что второй ротор мог повернуться дважды при двух последовательных нажатиях клавиш - так называемое «двухшаговое движение», - что приводило к уменьшению периода. Двухшаговое движение отличает функционирование роторов от нормального одометра. Двойной шаг реализовывался следующим образом: первый ротор поворачивался, заставляя второй также повернуться на один шаг. И, если второй ротор продвинулся в нужную позицию, то третья собачка зацепляла третью шестерёнку. На следующем шаге эта собачка толкала шестерёнку и продвигала её, а также продвигала и второй ротор. Как правило, сообщения не превышали пары сотен символов, и, следовательно, не было риска повтора позиции роторов при написании одного сообщения. В четырёхроторных военно-морских моделях никаких изменений в механизм внесено не было. Собачек было только три, то есть четвёртый ротор никогда не двигался, но мог быть вручную установлен на одну из 26 позиций. При нажатии клавиши роторы поворачивались до замыкания электрической цепи. Роторы Энигмы в собранном состоянии. Три подвижных ротора помещены между двумя неподвижными деталями: входное кольцо и рефлектор помечен «B» слева. Входное колесо Рефлектор За исключением ранних моделей A и B, за последним ротором следовал рефлектор нем. Umkehrwalze , запатентованная деталь, отличавшая семейство Энигмы от других роторных машин, разработанных в то время. Рефлектор соединял контакты последнего ротора попарно, коммутируя ток через роторы в обратном направлении, но по другому маршруту. Наличие рефлектора гарантировало, что преобразование, осуществляемое Энигмой, есть инволюция , то есть дешифрование представляет собой то же самое, что и шифрование. Однако наличие рефлектора делает невозможным шифрование какой-либо буквы через саму себя. Это было серьёзным концептуальным недостатком, впоследствии пригодившимся дешифровщикам. В коммерческой модели Энигмы C рефлектор мог быть расположен в двух различных позициях, а в модели D - в 26 возможных позициях, но при этом был неподвижен в процессе шифрования. В модели, применявшейся в абвере , рефлектор двигался во время шифрования, как и остальные диски. В армейской и авиационной моделях Энигмы рефлектор был установлен, но не вращался. Он существовал в четырёх разновидностях. Первая разновидность была помечена буквой A. Следующая, Umkehrwalze B , была выпущена 1 ноября 1937 года. Третья, Umkehrwalze C , появилась в 1941 году. Четвёртая, Umkehrwalze D , впервые появившаяся 2 января 1944 года, позволяла оператору Энигмы управлять настройкой коммутации внутри рефлектора. Коммутационная панель Коммутационная панель в передней части машины. Могло использоваться до 13 соединений. На фотографии переключены две пары букв S-O и J-A. Коммутационная панель нем. Steckerbrett позволяет оператору варьировать соединения проводов. Впервые она появилась в немецких армейских версиях в 1930 году и вскоре успешно использовалась и в военно-морских версиях. Коммутационная панель внесла огромный вклад в усложнение шифрования машины, даже больший, чем введение дополнительного ротора. С Энигмой без коммутационной панели можно справиться практически вручную, однако после добавления коммутационной панели взломщики были вынуждены конструировать специальные машины. Кабель, помещённый на коммутационную панель, соединял буквы попарно, например, E и Q могли быть соединены в пару. Эффект состоял в перестановке этих букв до и после прохождения сигнала через роторы. Например, когда оператор нажимал E, сигнал направлялся в Q, и только после этого уже во входной ротор. Одновременно могло использоваться несколько таких пар до 13. Каждая буква на коммутационной панели имела два гнезда. Вставка штепселя разъединяла верхнее гнездо от клавиатуры и нижнее гнездо к входному ротору этой буквы. Штепсель на другом конце кабеля вставлялся в гнезда другой буквы, переключая тем самым соединения этих двух букв. Аксессуары Удобной деталью, использовавшейся на Энигме модели M4, был так называемый «Schreibmax», маленькое печатающие устройство, которое могло печатать все 26 букв на небольшом листе бумаги. В связи с этим, не было необходимости в дополнительном операторе, следящем за лампочками и записывающем буквы. Печатное устройство устанавливалось поверх Энигмы и было соединено с панелью лампочек. Чтобы установить печатающее устройство, необходимо было убрать крышечки от ламп и все лампочки. Кроме того, это нововведение повышало безопасность: теперь офицеру-связисту не обязательно было видеть незашифрованный текст. Печатающее устройство было установлено в каюте командира подводной лодки, а офицер-связист только вводил зашифрованный текст, не получая доступа к секретной информации. Другим аксессуаром была отдельная удалённая панель с лампочками. В варианте с дополнительной панелью деревянный корпус Энигмы был более широким. Существовала модель панели с лампочками, которая могла быть впоследствии подключена, но это требовало, как и в случае с печатающим устройством «Schreibmax», замены заводской панели с лампочками. Удалённая панель позволяла человеку прочитать расшифрованный текст без участия оператора. В 1944 году военно-воздушные силы ввели дополнительный переключатель коммутационной панели, названный «Uhr» часы. Это была небольшая коробка, содержащая переключатель с 40 позициями. Он заменял стандартные штепсели. После соединения штепселей, как определялось в списке кодов на каждый день, оператор мог поменять переключатель в одной из этих 40 позиций. Каждая позиция приводила к различной комбинации телеграфирования штепселя. Большинство из этих соединений штепселей, в отличие от стандартных штепселей, были непарными. Математическое описание Преобразование Энигмы для каждой буквы может быть определено математически как результат перестановок. Рассмотрим трёхроторную армейскую модель. Положим, что P обозначает коммутационную панель, U обозначает отражатель, а L, M, R обозначают действия левых, средних и правых роторов соответственно. Тогда шифрование E может быть выражено как: После каждого нажатия клавиш ротор движется, изменяя трансформацию. Таким же образом, средний и левый ротор могут быть обозначены как j и k вращений M и L. Функция шифрования в этом случае может быть отображена следующим образом: Процедуры для использования Энигмы В германских вооружённых силах средства связи были разделены на разные сети, причём у каждой были собственные настройки кодирования для машин Энигмы. В английском центре дешифровки Блетчли-Парк англ. Bletchley Park эти коммуникационные сети именовались ключами и им были присвоены кодовые имена, такие как Red, Chaffinch или Shark. Каждой единице, работающей в сети, на новый промежуток времени назначались новые настройки. Чтобы сообщение было правильно зашифровано и расшифровано, машины отправителя и получателя должны были быть одинаково настроены, конкретно идентичными должны были быть: выбор роторов, начальные позиции роторов и соединения коммутационной панели. Эти настройки оговаривались заранее и записывались в специальных шифровальных книгах. Первоначальное состояние шифровального ключа Энигмы включает следующие параметры: Расположение роторов: выбор роторов и их расположение. Первоначальные позиции роторов: выбранные оператором, различные для каждого сообщения. Настройка колец: позиция алфавитного кольца, совпадающая с роторной схемой. Настройки штепселей: соединения штепселей на коммутационной панели. Энигма была разработана таким образом, чтобы безопасность сохранялась даже в тех случаях, когда шпиону известны роторные схемы, хотя на практике настройки хранятся в секрете. С неизвестной схемой общее количество возможных конфигураций может быть порядка 10 114 около 380 бит , с известной схемой соединений и других операционных настроек этот показатель снижается до 10 23 76 бит. Пользователи Энигмы были уверены в её безопасности из-за большого количества возможных вариантов. Нереальным было даже начать подбирать возможную конфигурацию. Индикаторы Большинство ключей хранилось лишь определённый период времени, обычно сутки. Однако для каждого нового сообщения задавались новые начальные позиции роторов. Это обуславливалось тем, что если число сообщений, посланных с идентичными настройками, будет велико, то криптоаналитик , досконально изучивший несколько сообщений, может подобрать шифр к сообщениям, используя частотный анализ. Подобная идея используется в принципе «инициализационного вектора» в современном шифровании. Эти начальные позиции отправлялись вместе с криптограммой, перед зашифрованным текстом. Такой принцип именовался «индикаторная процедура». И именно слабость подобных индикационных процедур привела к первым успешным случаям взлома кода Энигмы. Одни из ранних индикационных процедур использовались польскими криптоаналитиками для взлома кода. Процедура заключалась в том, что оператор настраивал машину в соответствии со списком настроек, которые содержат главные первоначальные стартовые позиции роторов. Допустим, главное ключевое слово - AOH. Оператор вращал роторы вручную до тех пор, пока слово AOH не читалось в роторных окошках. После этого оператор выбирал свой собственный ключ для нового сообщения. Допустим, оператор выбрал слово EIN. Это слово становилось ключевым для данного сообщения. 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.
Коды, шифры и языки: тайны, которые удалось разгадать
| Криптоанализ «Энигмы» | Атака Реевского на «Энигму» является одним из по-истине величайших достижений криптоанализа. |
| Код энигма кто расшифровал. Криптоанализ «Энигмы | Чтобы осложнить криптоанализ, сообщения делали не длиннее 250 символов; более многословные разбивали на части, для каждой из которых использовался свой ключ. |
Криптоанализ «Энигмы»
а после некоторого совершенствования именно. Сами исследователи пишут, что данный случай сопоставим только "с криптоанализом Энигмы во время Второй Мировой". С помощью «Энигмы» сообщения шифровали войска Германии и ее союзники, при помощи M-209 — армия США. Криптоанализ морской «Энигмы» был еще больше затруднен благодаря внимательной работе операторов, которые не посылали стереотипных сообщений, лишая тем самым Блечли крибов.
Шифр Энигмы презентация
| Операция «Ультра», или История о том, как поляки с британцами «Энигму» взломали. Части 1-3 | Возможно, для вас это будет новостью, но Алан Тьюринг был не первым, кто расшифровал «Энигму» методом механического перебора. |
| Криптоанализ "Энигмы" | Вклад Тьюринга в работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в "Энигме", основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий шифровальной. |
| Парсер Хабра: Криптоанализ «Энигмы» | В Третьем рейхе считали, что «Энигму» невозможно взломать, поскольку она предполагала 2×10 в 145-й степени вариантов кодирования. |
| Криптоанализ «Энигмы» — "Энциклопедия. Что такое Криптоанализ «Энигмы» | Всё это значительно затруднило будущий криптоанализ Энигмы. С началом войны и падением Польши исследователи успели передать свои успехи французам, которые попытались развить. |
| Криптоанализ "Энигмы" | Взломщик кода шифратора «Энигма» Алан Тюринг, покончивший с собой после обвинения в непристойном поведении в соответствии с законом против гомосексуализма, |. |
Как работала шифровальная машина «Энигма» и используется ли она сегодня?
Реевский стал пытаться выделить из таблиц некоторые шаблоны или найти некоторые структурные закономерности. И это ему удалось.
Если устройство роторов будет раскрыто, то взлом сводится к подбору их начальных позиций.
При этом сами роторы тоже могут располагаться в произвольном порядке, что увеличивает сложность в 3! Этого явно не достаточно для того, чтобы обеспечить высокий уровень безопасности. Поэтому Энигма было оснащена еще одним дополнительным инструментом: коммутационной панелью.
Соединяя на коммутационной панели буквы попарно можно было добавить еще один дополнительный шаг к шифрованию. К примеру, предположим что на коммутационной панели буква B соединена с буквой A. Теперь при нажатии на A сперва происходит подстановка A-B, и на вход первого ротора подается буква B.
Аналогичным образом происходит расшифровка сообщения. 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.
Во время Второй мировой войны некий Алан Тьюринг работал в Блетчли-парке -- британском криптографическом центре, где возглавлял одну из пяти групп, Hut 8, занимавшихся в рамках проекта "Ультра" расшифровкой закодированных немецкой шифровальной машиной "Энигма" сообщений кригсмарине и люфтваффе. Вклад Тьюринга в работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в "Энигме", основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий шифровальной машины, выполненных в 1938 году польским криптоаналитиком Марианом Реевским. В начале 1940 года он разработал дешифровальную машину "Бомба", позволявшую читать сообщения люфтваффе.
Принцип работы "Бомбы" состоял в переборе возможных вариантов ключа шифра и попыток расшифровки текста, если была известна часть открытого текста или структура расшифровываемого сообщения. Перебор ключей выполнялся за счёт вращения механических барабанов, сопровождавшегося звуком, похожим на тиканье часов, из-за чего "Бомба" и получила свое название.
С 1942 года подводный флот Германии принял «на вооружение» модификацию Энигма - 4. Постепенно к июлю 1944 г. В Германии конструкции машин постоянно совершенствуются.
Основная трудность при этом была вызвана невозможностью выяснить, удается ли противнику расшифровывать тексты, зашифрованные данной машиной. Хемнице: в октябре 1945г. Телеграф, историческая справка. Появление электрического тока вызвало бурное развитие телеграфии, которое не случайно происходило в 19-м веке параллельно с индустриализацией. Движущей силой являлись железные дороги , которые использовали телеграф для нужд железнодорожного движения, для чего были развиты всевозможные приборы типа указателей.
А изобретенное в 1855г. Худжесом Hughes печатающее колесо после ряда усовершенствований служило еще и в 20-м веке. Следующее важное изобретение для ускорения переноса информации - было создано в 1867 году Витстоуном Wheatstone : перфолента с кодом Морзе, которую прибор ощупывал механически. Дальнейшему развитию телеграфии препятствовало недостаточное использование пропускной способности проводов. Первую попытку сделал Мейер B.
Meyer в 1871 году, но она не удалась, потому что этому препятствовали различная длина и количество импульсов в буквах Морзе. Но в 1874 году французскому инженеру Эмилю Бодо Emile Baudot удалось решить эту проблему. Это решение стало стандартом на следующие 100 лет. Метод Бодо имел две важные особенности. Во-первых, он стал первым шагом на пути к использованию двоичного исчисления.
И во-вторых, это была первая надежная система многоканальной передачи данных. Дальнейшее развитие телеграфии упиралось в необходимость доставки телеграмм с помощью почтальонов. Требовалась другая организационная система, которая бы включала: прибор в каждом доме, обслуживание его специальным персоналом, получение телеграмм без помощи персонала, постоянное включение в линию, выдача текстов постранично. Такое устройство имело бы виды на успех только в США. В Европе до 1929 года почтовая монополия препятствовала появлению любого частного устройства для передачи сообщений, они должны были стоять только на почте.
Первый шаг в этом направлении сделал в 1901 году австралиец Дональд Муррей Donald Murray. Он, в частности, модифицировал код Бодо. Эта модификация была до 1931 года стандартом. Коммерческого успеха он не имел, так как патентовать свое изобретение в США не решился. Впоследствии они объединились в одну фирму в Чикаго, которая начала в 1024 году выпускать аппаратуру, пользовавшуюся коммерческим успехом.
Несколько их машин импортировала немецкая фирма Лоренц, установила их в почтамтах и добилась лицензии на их производство в Германии. С1929 года почтовая монополия в Германии была отменена, и частные лица получили доступ к телеграфным каналам. Введение в 1931 г. Такие же аппараты стала производить с 1927 года фирма Сименс и Гальске. Объединить телеграф с шифровальной машиной впервые удалось 27-летнему американцу Гильберту Вернаму Gilbert Vernam , работнику фирмы АТТ.
В 1918г. Большой вклад в криптологию внес американский офицер Вильям Фридман, он сделал американские шифровальные машины практически неподдающимися взлому. Когда в Германии появились телеграфные аппараты Сименса и Гальске, ими заинтересовался военно-морской флот Германии. Но его руководство все еще находилось под впечатлением о том, что англичане во время первой мировой войны разгадали германские коды и читали их сообщения. Поэтому они потребовали соединить телеграфный аппарат с шифровальной машиной.
Это было тогда совершенно новой идеей, потому что шифрование в Германии производилось вручную и только потом зашифрованные тексты передавались. В США этому требованию удовлетворяли аппараты Вернама. В Германии за эту работу взялась фирма Сименс и Гальске. Первый открытый патент по этой теме они подали в июле 1930г. К 1932г.
С 1936г. С 1942г. Немцы продолжали совершенствовать различные модели шифровальных машин, но на первое место они ставили усовершенствование механической части, относясь к криптологии по-дилетантски, фирмы-производители не привлекали для консультаций профессиональных криптологов. Большое значение для всей этой проблематики имели работы американского математика Клода Шеннона который начитная с 1942г. Еще до войны он был известен доказательством аналогии между булевой алгеброй и релейными соединениями в телефонии.
Именно он открыл «бит» как единицу информации. После войны, в 1948г. Шеннон написал свой основной труд « Математическая теория коммуникаций». После этого он стал профессором математики в университете. Шеннон первый начал рассматривать математическую модель криптологии и развивал анализ зашифрованных текстов информационно-теоретическими методами.
Фундаментальный вопрос его теории звучит так: «Сколько информации содержит зашифрованный текст по сравнению с открытым? Проведенный там анализ был первым и единственным для количественной оценки надежности метода шифрования. Проведенный после войны анализ показал, что ни немецкие, ни японские шифровальные машины не относятся к тем, которые невозможно взломать. Кроме того, существуют другие источники информации например, разведка , которые значительно упрощают задачу дешифровки. Положение Англии заставляло ее обмениваться с США длинными зашифрованными текстами, именно большая длина делала возможной их дешифровку.
Американский метод шифрования для министерства иностранных дел был немецкими специалистами взломан и соответствующие сообщения были дешифрованы. Узнав об этом, США в 1944г. Примерно в то же время немецкий вермахт, флот и МИД тоже поменяли шифровальную технику на вновь разработанную. Недостаточной надежностью отличались и советские методы шифрования, из-за чего они были американскими службами взломаны и многие советские разведчики, занимавшиеся шпионажем американской атомной бомбы , были выявлены операция Venona - breaking. Теперь расскажем о ВЗЛОМЕ англичанами немецких шифровальных машин, то есть машинном разгадывании способа шифрования текстов в них.
Немашинные методы дешифровки были слишком трудоемкими и в условиях войны неприемлемыми. Как же были устроены английские машины для дешифровки, без которых союзники не могли бы добиться преимущества перед немецкими шифровальщиками? В какой информации и текстовом материале они нуждались? И не было ли здесь ошибки немцев, и если была, то почему она произошла? Сначала научно-технические основы.
Сначала была проведена предварительная научная работа , так как нужно было, прежде всего, криптологически и математически проанализировать алгоритмы. Это было возможно, потому что шифровки широко использовались немецким вермахтом. Для такого анализа были необходимы не только зашифрованные тексты, полученные путем прослушивания, но и открытые тексты, полученные путем шпионажа или кражи. Кроме того, нужны были разные тексты, зашифрованные одним и тем же способом. Одновременно проводился лингвистический анализ языка военных и дипломатов.
Имея длинные тексты, стало возможным математически установить алгоритм даже для незнакомой шифровальной машины. Потом удавалось реконструировать и машину. Для этой работы англичане объединили примерно 10 000 человек, в том числе математиков, инженеров, лингвистов, переводчиков, военных экспертов, а также других сотрудников для сортировки данных, их проверки и архивирования, для обслуживания машин. Полученная информация оказалась в руках союзников могучим оружием. Как же проходило овладение англичанами вермахтовской Энигмой?
Первой занялась расшифровкой немецких кодов Польша. После Первой мировой войны она находилась в постоянной военной опасности со стороны обеих своих соседей - Германии и СССР, которые мечтали вернуть себе утраченные и перешедшие к Польше земли. Чтобы не оказаться перед неожиданностями, поляки записывали радиосообщения и занимались их расшифровкой. Они были сильно встревожены тем, что после введения в феврале 1926г. Тогда отдел BS4 польского Генштаба предположил, что у немцев появилась машинная шифровка, тем более, что ранние коммерческие варианты Энигмы были им известны.
Польская разведка подтвердила, что в Вермахте с 1 июня 1930г. Военным экспертам Польши не удалось расшифровать немецкие сообщения. Даже получив через свою агентуру документы на Энигму, они не смогли добиться успеха. Они пришли к заключению, что недостает научных знаний. Тогда они поручили трем математикам, один из которых учился в Геттингене, создать систему анализа.
Все трое прошли дополнительную подготовку в университете г. Познань и свободно говорили по-немецки. Им удалось воспроизвести устройство Энигмы и создать в Варшаве ее копию. Отметим выдающиеся заслуги в этом одного из них, польского математика М. Реевского 1905 - 1980.
Хотя Вермахт все время совершенствовал шифровку своих сообщений, польским специалистам удавалось вплоть до 1 января 1939г. После этого поляки начали сотрудничать с союзниками, которым они до того ничего не сообщали. Такое сотрудничество ввиду очевидной военной опасности и без того было целесообразным. Британские криптологи после Первой мировой войны были сокращены, они оставались только под крышей Министерства иностранных дел. Во время войны в Испании немцы использовали Энигму D, и остававшиеся на службе английские криптологи под руководством выдающегося специалиста-филолога Альфреда Диллвина Alfred Dillwyn, 1885-1943 продолжали работу по расшифровке немецких сообщений.
Но чисто математических методов было недостаточно.