Криптоанализ Энигмы есть расшифровки зашифрованных сообщений машинного кода немецкой Энигма, был фактор успеха союзников во время Второй мировой войны. В статье рассматривается история криптоанализа от его зарождения в средние века до современности. Совместно с Дилли Ноксом он занимался криптоанализом «Энигмы». Основную лепту в достижения польского периода криптоанализа Энигмы внесли, как и в 1919-21 годах, три математика-криптографа.
Криптоанализ «Энигмы. Шифровальная служба Советского Союза
Шифр Цезаря Один из древнейших шифров замены, использовавшийся Юлием Цезарем. Легко взламывается перебором всех возможных ключей. Шифр Виженера Считался невзломаемым около 300 лет, пока в 1863 году Касиски не предложил эффективный метод криптоанализа, основанный на поиске повторов. Шифровальная машина Энигма Сложная электромеханическая система шифрования, использовавшаяся нацистской Германией. Была взломана польскими криптографами на основе математического анализа. Знаменитые криптоаналитики За вековую историю криптоанализа было сделано много выдающихся открытий. Рассмотрим некоторых гениальных криптоаналитиков, которые внесли большой вклад в эту науку. Аль-Кинди Арабский ученый IX века, автор трактата о криптоанализе.
Первым описал метод частотного анализа для взлома шифров подстановки. Фридрих Касиски Прусский офицер, предложивший в XIX веке метод взлома полиалфавитного шифра Виженера на основе поиска повторяющихся фрагментов. Алан Тьюринг Английский математик, один из пионеров IT-технологий. Внес значительный вклад в криптоанализ шифровальной машины Энигма во время Второй мировой войны. Клод Шеннон Американский математик, основоположник теории информации. Разработал математические основы современной криптографии и теорию связи.
Первые перехваты сообщений, зашифрованных при помощи «Энигмы», относятся к 1926 году.
Впоследствии именно они получат первые результаты по вскрытию кода «Энигмы». Летом 1939 года, когда неизбежность вторжения в Польшу стала очевидна, бюро передало результаты своей работы английской и французской разведкам. Одним из основных теоретиков Блетчли-парка был Алан Тьюринг.
Этим и воспользовался Тьюринг, построив вместе с коллегой Гордоном Уэлшменом дешифрующую машину Bombe. Во второй речь пойдёт о дешифровке сообщений.
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. Помимо группы Тьюринга, в Блетчли—парке трудились 12 тысяч сотрудников. Именно благодаря их упорному труду коды Enigma поддались расшифровке, но взломать все шифры так и не удалось.
Криптоанализ Enigma
Считается, что расшифровка кода Энигмы британскими криптографами сократила сроки войны примерно на 2 года и сберегла много миллионов жизней. The rst stage in cryptanalysis is to look for sequences of letters that appear more than once in the ciphertext. В течение нескольких недель после прибытия в Тьюринг написал спецификации к электромеханической машине Bombe, которые помогли со взломом «Энигмы» более. Создание криптоаналитической машины «Бомба», которая и позволила поставить взлом сообщений «Энигмы» на поток, стало результатом сочетания не только колоссальной научной. После этого случая немецкие инженеры усложнили «Энигму» и в 1938 году выпустили обновленную версию, для «взлома» которой требовалось создать более сложные механизмы [6]. Turing returned to Bletchley in March 1943, where he continued his work in cryptanalysis.
Уэлчман, Гордон: биография
Главный по новостям, кликбейту и опечаткам. Возможно, для вас это будет новостью, но Алан Тьюринг был не первым, кто расшифровал «Энигму» методом механического перебора. Важную роль сыграли криптографы, которые осуществили криптоанализ немецкой шифровальной машины «Энигма». Дешифровка легендарной немецкой машины «Энигма» вошла в мировые учебники криптографии как одно из главных достижений Второй мировой войны. Энигма представляла собой как бы динамический шифр цезаря.
Взлом «Энигмы»: история, которую мы не должны были узнать
Во-первых, число роторов в разных версиях Энигмы могло отличаться. Наиболее распространенной была Энигма с тремя роторами, но использовался так же вариант с четырьмя дисками. Во-вторых, процесс расшифровки демонстрационной роторной машины, описанной выше, отличается от процесса шифрования. Каждый раз для расшифровки придется менять левый и правый ротор местами, что может быть не совсем удобным.
Для решения этой проблемы в Энигме был добавлен еще один диск, который назывался рефлектор. В рефлекторе все контакты были соединены попарно, реализуя тем самым повторное прохождение сигнала через роторы, но уже по другому маршруту. В отличие от остальных роторов рефлектор всегда находился в фиксированном положении и не вращался.
Добавим рефлектор, реализующий замену A-B; C-D к нашей демонстрационной шифровальной машине. При нажатии на клавишу B сигнал проходит через роторы и поступает в рефлектор через контакт C. Здесь сигнал «отражается» и возвращается обратно, проходя через роторы в обратном порядке и по другому пути.
В результате чего буква B на выходе преобразуется в D. Обратите внимание, что если нажать клавишу D, то сигнал пойдет по той же самой цепи, преобразовывая D в B. Таким образом наличие рефлектора делало процессы шифрования и дешифрования идентичными.
Еще одно свойство свойство Энигмы, связанное с рефлектором, заключается в невозможности шифрования какой-либо буквы в саму себя. Это свойство сыграло очень важную роль при взломе Энигмы. Получившееся устройство уже очень похоже на настоящую Энигму.
С одной незначительной оговоркой.
Стойкость шифра зависит не от того, чтобы держать машину в секрете, а от того, чтобы хранить в тайне ее начальные установки ключ. Если криптоаналитик хочет дешифровать перехваченное сообщение, то ему потребуется иметь точную копию «Энигмы», но помимо этого он по-прежнему должен будет отыскать тот ключ из триллионов возможных, который был применен для зашифровывания.
В немецком меморандуме по этому поводу было сказано так: «При оценке стойкости криптосистемы предполагается, что противник имеет шифровальную машину в своем распоряжении». 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.
Шифротекст: Порядковый номер сообщения: P1030680 U534. Работала машина просто: шифры настройки менялись роторами слева вверху. Три ротора в 26 позициях и дополнительная панель с десятью парами букв давали почти 159 квинтиллионов комбинаций настроек.
После этого сообщение кодировалось автоматически: оператор нажимает клавишу оригинального сообщения на печатной машинке — а сверху высвечивается буква шифротекста. Именно таким образом было зашифровано сообщение, приведённое в начале статьи. Первая «Энигма» была изготовлена в 1923 году Model А.
Саму шифровальную машину изобрёл немецкий инженер Артур Шербиус вскоре после Первой мировой. Он запатентовал механизм и начал продавать продукт на коммерческом рынке. Первым крупным покупателем стал Международный почтовый союз с отделениями во всех уголках мира.
В июне 1924 года британская криптографическая служба Room 40 заинтересовалась устройством машины. С этой целью была закуплена партия машин у германской компании Chiffrier-maschinen AG, производившей «Энигму». Одним из условий сделки была регистрация патента в британском патентном бюро, благодаря чему криптографическая служба получила доступ к описанию криптографической схемы. Начиная с 1925 года, когда германские военные начали массовые закупки шифровальной машины, и до конца Второй мировой войны было произведено около 200 тысяч машин. С 1926 года на использование машины переходит германский флот, с 1928 года — сухопутные войска.
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.
Криптоанализ - это наука изучения шифров
Польский математик во многом предрешил исход Второй мировой войны, сумев разгадать секретный нацистский код под названием Энигма. Мало кто знает, но троим польским криптологам удалось разгадать код "Энигмы" еще до войны. Сами исследователи пишут, что данный случай сопоставим только "с криптоанализом Энигмы во время Второй Мировой". Another paper that builds on Jim Gillogly's paper is Applying Statistical Language Recognition Techniques in the Ciphertext only Cryptanalysis of Enigma by Heidi Williams. Благодаря влиянию, оказанному на ход войны, взлом Энигмы стал, возможно, самым ярким моментом в многовековой истории криптоанализа.
Победа и "Энигма"
Уже во времена Второй Мировой основные усилия по криптоанализу «Энигмы» взял на себя британский центр разведки «Станция Икс» или «Блетчли-парк». Cryptanalysis of the Enigma. Основную лепту в достижения польского периода криптоанализа Энигмы внесли, как и в 1919-21 годах, три математика-криптографа.