Криптоанализ системы шифрования Enigma позволил западным союзникам в мировой войне II для чтения значительного количества кодированных по Морзе радиосвязи Силы. Что: команда из Кембриджа решила воссоздать польское устройство, которое изобрели с целью расшифровки шифротекста немецкой Энигмы — циклометр. История электрической роторной шифровальной машины «Энигма» начинается в 1917 году с патента, полученного голландцем Хьюго Кочем.
Как взломали "Энигму"?
Попытки «взломать» «Энигму» не предавались гласности до конца 1970-х. Криптоанализ Энигмы есть расшифровки зашифрованных сообщений машинного кода немецкой Энигма, был фактор успеха союзников во время Второй мировой войны. Мало кто знает, но троим польским криптологам удалось разгадать код "Энигмы" еще до войны. В Третьем рейхе считали, что «Энигму» невозможно взломать, поскольку она предполагала 2×10 в 145-й степени вариантов кодирования.
2023-10-20.Линейный криптоанализ
Криптоанализ «Энигмы» — статья из Интернет-энциклопедии для Во многом именно поляки первыми поняли важность привлечения специалистов-математиков для криптоанализа вражеских шифров. Когда говорят о взломе Энигмы обычно вспоминают вклад британцев и работу Блетчли-парк. Описание строения Энигмы можно прочитать в первой части, а про работу польских криптографов – во второй После того как польские криптографы передали результаты.
Появление «Энигмы»
- Уэлчман, Гордон, Криптоанализ «Энигмы», Метод диагональной доски
- Как взломали "Энигму"?
- Криптоанализ «Энигмы» — Энциклопедия
- Криптоанализ «Энигмы»(укроверсия): ruslan_eesti — LiveJournal
Нерасшифрованное сообщение «Энигмы»
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. Диск Альберти, 1466 год. Шифровальный диск итальянского ученого Леона Альберти состоял из двух частей: внешней, которая двигаться не могла, и внутренней, которая двигалась. Диски делились на 24 клетки, в них были разные символы в разной последовательности. Для шифрования, нужно было вращать внутренний диск через несколько слов.
С каждым поворотом образовывалась новая комбинация — в своей книге «Основы современной криптографии» историки С. Баричев, В. Гончаров и Р. Серов говорят о том, что Альберти первым выдвинул идею двойного шифрования. Схематическое изображение шифровального диска Альберти. Чтобы вскрыть код, адресату нужен был внутренний диск с соответствующим алфавитом. Считается, что с помощью диска Альберти открыл шифры многоалфавитной замены Техника перестановки Порта, 1563 год. Можно сказать, что итальянский врач и философ Джованни Баттиста делла Порта изменил изобретение Альберти и придумал способ ключевых слов. Его технику можно представить в формате таблицы. Из двух слов одно нужно для перестановки алфавита, другое — чтобы определить конкретный алфавит.
Французская секретная служба, безусловно, оказалась на высоте, найдя такой источник развединформации в лице Шмидта и получив документы, в которых сообщалось о расположении внутренней проводки в армейской «Энигме». Французские же криптоаналитики оказались несостоятельны, и, похоже, не желали и не были способны применить эту полученную информацию. После окончания Первой мировой войны они стали чересчур уж самонадеяны и у них не было стимулирующих факторов. Французское Бюро шифров даже не побеспокоилось изготовить точную копию армейской «Энигмы», поскольку были абсолютно уверены в невозможности отыскания ключа, необходимого для дешифровки зашифрованного с помощью «Энигмы» сообщения. Между прочим, десятью годами ранее, французы подписали соглашение о военном сотрудничестве с Польшей. Поляки проявили горячий интерес ко всему, что связано с «Энигмой», поэтому в соответствии с этим соглашением десятилетней давности французы просто передали фотографии документов, полученных от Шмидта, своим союзникам, предоставив заниматься безнадежной задачей по взлому «Энигмы» польскому Бюро шифров. В Бюро быстро осознали, что эти документы являются всею лишь отправной точкой, но, в отличие от французов, их еще подгонял страх вторжения. Поляки посчитали, что должен существовать ускоренный способ поиска ключа к зашифрованному «Энигмой» сообщению, и что если они приложат достаточно усилий, изобретательности и ума, то смогут отыскать его. В документах, полученных от Шмидта, наряду с расположением внутренней проводки в шифраторах, также подробно объяснялась структура шифровальных книг, используемых немцами. Ежемесячно операторы «Энигмы» получали новую шифровальную книгу, где указывалось, какой ключ должен применяться на каждый текущий день.
К примеру, для первого дня месяца шифровальная книга могла задавать следующий ключ текущего дня: Расположение шифраторов и их ориентация называются установками шифраторов. Чтобы использовать заданный ключ текущего дня, оператор «Энигмы» должен был установить свою «Энигму» следующим образом: 1 Установка штепсельной коммутационной панели: Осуществить коммутацию букв А и L, соединив их проводом на штепсельной коммутационной панели, а затем проделать ту же самую процедуру для букв Р и R, Т и D, В и W, К и F, О и Y. В нашем случае оператор должен вначале повернуть первый шифратор так, чтобы сверху оказалась буква О, затем второй шифратор, чтобы сверху оказалась буква С и, наконец, третий шифратор, установив его таким образом, чтобы сверху была буква W. Один из способов зашифровывания сообщений состоит в том, что отправитель зашифровывает весь дневной поток информации в соответствии с ключом текущего дня. Это означает, что в течение всего дня перед началом зашифровывания каждого сообщения все операторы «Энигмы» должны будут устанавливать свои шифровальные машины по одному и тому же предписанному ключу текущего дня. Затем, всякий раз, как потребуется передать сообщение, его вначале вводят в машину с помощью клавиатуры, записывают результат зашифровывания и отдают радисту для отправки. На другом конце радист принимает радиограмму и передает ее оператору «Энигмы», а тот вводит ее в свою машину, которая к тому времени уже должна быть установлена в соответствии с заданным ключом текущего дня. В результате будет получено исходное сообщение. Такой способ вполне безопасен, однако его стойкость снижается из-за многократного использования только одного ключа текущего дня для зашифровывания сотен сообщений, которые могут передаваться каждый день. Вообще-то, по правде говоря, если для зашифровывания огромного количества информации используется один-единственный ключ, то для криптоаналитика становится проще определить его.
Большой объем идентичным образом зашифрованной информации дает криптоаналитику больше шансов отыскать этот ключ. Так, например, возвращаясь к простым шифрам, взломать одноалфавитный шифр с помощью частотного анализа гораздо легче, если имеется несколько страниц зашифрованного текста, а не лишь пара предложений. Поэтому, в качестве дополнительной меры предосторожности, немцы сделали хитроумный ход: они использовали установки ключа текущего дня для передачи нового разового ключа для каждого сообщения. Для разовых ключей установки на штепсельной коммутационной панели и расположение шифраторов будут теми же, что и для ключа текущего дня; отличие состоит только в ориентации шифраторов. Поскольку новой ориентации шифраторов в шифровальной книге нет, отправитель должен сообщить о ней получателю. Вначале отправитель настраивает свою машину в соответствии с установленным ключом текущего дня, в котором указана и ориентация шифраторов, допустим, QSW. Затем для разового ключа он устанавливает новую, произвольно выбранную ориентацию шифраторов, скажем, PGH. Далее отправитель зашифровывает PGH в соответствии с ключом текущего дня. Разовый ключ вводится в «Энигму» дважды — для обеспечения двойного контроля получателем. Обратите внимание, что два PGH зашифровываются по-разному первое как KIV, а второе как BJE ; это происходит из-за того, что шифраторы «Энигмы» поворачиваются после зашифровывания каждой буквы и меняют способ шифрования.
После этого отправитель меняет ориентацию шифраторов на своей машине на PGH и зашифровывает основную часть сообщения с этим разовым ключом. У получателя машина первоначально установлена в соответствии с ключом текущего дня — QCW. В результате получатель узнает, что он должен установить свои шифраторы в положение PGH, — это и есть разовый ключ, — и сможет после этого расшифровать основной текст сообщения. Это эквивалентно тому, как отправитель и получатель договариваются об основном ключе шифрования. Только вместо использования этого единственного основного ключа шифрования для зашифровывания всех сообщений его применяют для зашифровывания нового ключа, а само сообщение зашифровывают этим новым ключом. Если бы немцы не ввели разовые ключи, тогда тысячи сообщений, содержащих миллионы букв, передавались бы зашифрованными одним и тем же ключом текущего дня. Если же ключ текущего дня используется только для передачи разовых ключей, то им зашифровывается небольшой кусочек текста. Допустим, в течение дня пересылается 1000 разовых ключей, тогда ключом текущего дня зашифровывается всего-навсего 6000 букв. И поскольку каждый разовый ключ выбирается случайным образом и используется для зашифровывания только одного сообщения, то с его помощью зашифровывается только текст незначительного объема, — лишь нескольких сотен знаков. На первый взгляд система выглядит неуязвимой, но польских криптоаналитиков это не обескуражило.
Они были готовы проверить каждую тропку, чтобы отыскать слабое место у шифровальной машины «Энигма» и в использовании ключей текущего дня и разовых ключей.
Лишняя болтовня могла стоить жизни целому городу. Секретность операции «Ультра» сохранялась до середины 1970-х годов, а некоторые ее документы до сих пор остаются засекреченными. В целом о шифровальной аппаратуре было не принято открыто говорить, и «Энигма» никак не выделялась на фоне остальных.
Например, машины Hagelin, разработанные шведским изобретателем Борисом Хагелином, были в то время не менее, а может и более известны. По мнению Девида Кана, одного из самых известных историков криптографии, после Второй мировой войны Великобритания собрала несколько десятков тысяч «Энигм», сколько смогла найти, а затем продала их нескольким развивающимся странам, которые использовали их до середины 1970-х годов. Фредерик Уинтерботэм Фредерик Уильям Уинтерботэм — сотрудник британской разведки, который впервые открыто рассказал об операции «Ультра» и взломе «Энигмы». Он сам участвовал в этой операции и отвечал за набор и обучение персонала, который распространял полученные сведения.
В ней Уинтерботэм рассказал не только о существовании этой операции, но и о том, как были использованы полученные данные, как они повлияли на ход войны и насколько важную и сложную задачу выполнили его коллеги. В книжном обзоре «Нью-Йорк таймс» было написано, что эта книга раскрывает величайшую после появления атомной бомбы тайну Второй мировой войны. Книга стала бестселлером. Его книга была санкционирована и тщательно изучена британскими спецслужбами перед публикацией.
Считается, что британская разведка этой публикацией хотела показать, насколько продвинутой была страна в области коммуникационных технологий еще в 1940-е. А также сказать о том, что разведка — это не только шпионы и агенты, но и серьезная научная работа ведущих мировых специалистов в математике, лингвистике, радиотехнике и других областях знаний. В 1974 году, почти через 30 лет с момента окончания операции, сотни или даже тысячи сотрудников Блетчли-парка были еще живы. Они были освобождены от обязанности хранить эту тайну, однако многие восприняли книгу негативно и предпочли и дальше сохранять молчание.
Публикация книги Уинтерботэма стала поворотным моментом в истории криптографии XX века. В ней мало технических подробностей, но есть объяснение роли полученных сведений, о том, какое преимущество они дали в конкретных военных операциях в Средиземноморье, Северной Африке, в атлантической блокаде или во вторжении в Нормандию. Уинтерботэм первым нарушил молчание, установленное Черчиллем, показал драматичность событий и привлек внимание общества к этой теме. В 1978 году его книга была переведена и опубликована в СССР.
Кан рассказал о криптографии почти все, сделал это интересно, понятно, корректно, но ничего не написал об операции «Ультра». Он просто о ней не знал. По утверждениям самого автора, он знал, что в Блетчли-парке работало несколько тысяч людей, которые занимались перехватом и взломом, но совершенно не подозревал, какой результат имела эта работа. Он даже писал письма Уинстону Черчиллю и Дуайту Эйзенхауэру, спрашивая, какое влияние на войну оказал взлом шифров, но ни один из них ему не ответил.
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. Усовершенствованный алгоритм "Энигмы" польским специалистам оказался уже не по зубам. За дело взялись британские спецслужбы.
В особняке Блетчли-Парк в графстве Бакингемшир там располагалось главное шифровальное подразделение Великобритании — Правительственная школа кодов и шифров собрали 10 тысяч лингвистов, математиков, шахматистов и чемпионов по решению кроссвордов. С утра до ночи они ломали головы над разгадкой немецких посланий. Он сконструировал собственный компьютер для разгадки "Энигмы".
Взлом «Энигмы»: история, которую мы не должны были узнать
Чтобы осложнить криптоанализ, сообщения делали не длиннее 250 символов; более многословные разбивали на части, для каждой из которых использовался свой ключ. Дешифровка легендарной немецкой машины «Энигма» вошла в мировые учебники криптографии как одно из главных достижений Второй мировой войны. С помощью «Энигмы» сообщения шифровали войска Германии и ее союзники, при помощи M-209 — армия США. Криптоанализ Энигмы есть расшифровки зашифрованных сообщений машинного кода немецкой Энигма, был фактор успеха союзников во время Второй мировой войны. Криптоанализ системы шифрования Enigma позволил западным союзникам в мировой войне II для чтения значительного количества кодированных по Морзе радиосвязи Силы.
Как работала шифровальная машина «Энигма» и используется ли она сегодня?
Криптоанализ «Энигмы» — статья из Интернет-энциклопедии для Dr. George Lasry will present the evolution of modern cryptanalysis of Enigma, including results from his own research, starting with some technical and historical background. Атака Реевского на «Энигму» является одним из по-истине величайших достижений криптоанализа. Вклад Тьюринга в работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в "Энигме", основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий шифровальной.
Криптоанализ «Энигмы»(укроверсия)
Поэтому он разработал собственный метод, основанный на переборе последовательностей символов исходного текста. Вскоре немцы добавили в конструкцию Энигмы коммутирующее устройство, существенно расширив этим количество вариантов кода. Возникшую для англичан задачу решил Гордон Уэлчман , предложив конструкцию «диагональной доски». В результате этой работы в августе 1940 года была построена криптоаналитическая машина Bombe [Прим. Со временем в Блетчли-Парке было установлено более 200 машин [1] , что позволило довести темп расшифровки до двух-трёх тысяч сообщений в день [9] [Прим. Хотя Bombe претерпевала некоторые изменения в деталях, её общий вид оставался прежним: шкаф массой около тонны, передняя панель два на три метра и 36 групп роторов на ней, по три в каждой. Использование машины требовало специальных навыков и сильно зависело от квалификации обслуживающего персонала — девушек-добровольцев из Женской вспомогательной службы ВМС [Прим.
Впоследствии, когда часть работ была перенесена в США, вместе с технологиями была направлена и часть сотрудниц [1]. В таких случаях криптоаналитики из Блетчли-парка оказывались бессильными, и для дальнейшей работы срочно требовалось найти описание изменений или хотя бы новые экземпляры инструкций и машин «Энигма» [1]. В 1940 году морской флот Германии внёс некоторые изменения в машину.
Конечно, в реальной жизни на расшифровку кодов ушло гораздо больше времени. Сначала этим занималась криптологическая служба Польши. И группа математиков — Мариан Реевский, Генрих Зыгальский и Ежи Рожицкий, — изучая вышедшие из употребления немецкие шифры, установили, что так называемый дневной код, который меняли каждый день, состоял из настроек коммутационной панели, порядка установки роторов, положений колец и начальных установок ротора. Для этого потребовалось четыре года напряженной работы, помощь французских разведданных в лице «купленного» Ганса-Тило Шмидта, из минобороны Германии, который «слил», пусть и устаревшие, коды трехроторной «Энигмы», которые позволили понять принципы шифрования и счастливой догадки самого Реевского о способе соединения проводов внутри роторов. Бывшие у поляков коммерческие модели соединяли пары букв «по расположению на клавиатуре», а немецкие военные — в алфавитной последовательности. Это был только шаг к разгадке: взломщики поняли, как работает шифровальная машина, но ключи для «Энигмы» менялись очень часто, фактически ежедневно. И талантливыми поляками был создан механизм, называемый ими «Криптологической Бомбой».
Это давало возможность читать порядка восьмидесяти процентов шифрованных сообщений. А после модернизации «Энигмы» немцы в 1937 заменили рефлекторы на своих машинах, а для ВМФ стали применять четыре ротора , процент дешифрованных сообщений еще понизился. Случилось это в 1939 году, еще перед захватом Польши нацистской Германией. Также польское "Бюро шифров", созданное специально для "борьбы" с Enigma, имело в своем распоряжении несколько экземпляров работающей машинки, а также электромеханическую машинку Bomba, состоявшую из шести спаренных немецких устройств, которая помогала в работе с кодами. Именно она впоследствии стала прототипом для Bombe — изобретения Алана Тьюринга. Свои наработки польская сторона сумела передать британским спецслужбам, которые и организовали дальнейшую работу по взлому "загадки". Кстати, впервые британцы заинтересовали Enigma еще в середине 20—х годов, однако, быстро отказались от идеи расшифровать код, видимо, посчитав, что сделать это невозможно. Однако с началом Второй мировой войны ситуация изменилась: во многом благодаря загадочной машинке Германия контролировала половину Атлантики, топила европейские конвои с продуктами и боеприпасами. В этих условиях Великобритании и другим странам антигитлеровской коалиции обязательно нужно было проникнуть в загадку Enigma. За тридцать семь дней до Второй мировой польские инженеры сделали союзникам Польши подарок — подарили по одной «КриптоБомбе».
Французы не смогли воспользоваться подарком, зато англичане развернули на базе польского устройства целую программу противодействия «Энигме», с кодовым названием «Ультра», действовавшую под грифом «Ультра секретно» что было выше «Сов. А в мае 1941 года в разгадке тайны «Enigma»: была захвачена немецкая подводная лодка U-110, на борту которой были «Энигма М3», комплект роторов, ключей на апрель-июнь, инструкции по шифрованию… Сэр Элистер Деннисон, начальник Государственной школы кодов и шифров, которая располагалась в огромном замке Блетчли—парк в 50 милях от Лондона, задумал и провел секретную операцию Ultra, обратившись к талантливым выпускникам Кембриджа и Оксфорда, среди которых был и известный криптограф и математик Алан Тьюринг. Работе Тьюринга над взломом кодов машинки Enigma посвящен вышедший в 2014 году фильм "Игра в имитацию". Еще в 1936 году Тьюринг разработал абстрактную вычислительную "машину Тьюринга", которая может считаться моделью компьютера — устройства, способного решить любую задачу, представленную в виде программы — последовательности действий. В школе кодов и шифров он возглавлял группу Hut 8, ответственную за криптоанализ сообщений ВМФ Германии и разработал некоторое количество методов взлома немецкого шифратора.
На самом деле, гомосексуализм, за который его осудили, исключил из числа уголовно наказуемых деяний парламент. Правительство в курсе требований о помиловании Тюринга, учитывая его огромные достижения, и оно с большой симпатией относится к таким заявлениям… Поэтому правительство считает, что парламент должен иметь полную свободу действий в своей реакции на данный законопроект, действуя в соответствии со своей совестью и волей». Правительство поддержало этот законопроект, подготовленный по личной инициативе пэром от либерал-демократов лордом Шарки, сделав это после дебатов, в которых участвовала пэр, работавшая в Блетчли-парке там в годы Второй мировой войны размещалась правительственная школа кодов и шифров — прим. Леди Трампингтон заявила пэрам: «Тот корпус, где я работала, занимался военно-морскими шифрами Германии.
Мне лишь раз довелось готовить документ для Алана Тюринга, и поэтому я не могу утверждать, что знала его. Однако я уверена в том, что если бы не его работа, мы проиграли бы войну из-за голода». Также по теме: Повторит ли борьба с гомофобией ошибки борьбы с расизмом?
Перехваченные связистами сообщения при записи на носители превращались в откровенную белиберду - это были даже не кодовые слова или фразы, а лишь набор символов, расшифровать и осмыслить которые не представлялось возможным. Утечка информации и первый опыт Первые данные о работе «Энигмы» западным специалистам по криптографии начал передавать сотрудник бюро шифрования Минобороны Германии Ганс-Тило Шмидт, завербованный французской разведкой. Именно Шмидт передал французским шпионам инструкцию оператора по работе с «Энигмой». Согласно переданным данным, для того, чтобы начать набор сообщения оператор должен был открыть специальную тетрадь с кодами и ввести в определенной последовательности так называемый «дневной ключ», выставляющий машину на определенные, уникальные настройки. В «Энигме» так же использовался метод «последовательного» шифрования - когда один ключ несколько раз шифровался другим, состоящим из большего или меньшего количества символов. Получался своеобразный «ключ в ключе» - даже если кто-либо мог получить доступ к одному ключу, расшифровать второй и последующие не было никакой возможности. Однако вовремя осознав, что даже самая хитроумная математическая схема однажды может быть раскрыта, немецкие военные в 1934 году начинают ежемесячную смену протоколов шифрования, попутно используя разные настройки машины.