Enigma šifr oli välišifr, mida sakslased kasutasid Teise maailmasõja ajal. Enigma on üks ajaloo kuulsamaid krüpteerimismasinaid. Esimese Enigma masina leiutas Saksa insener nimega Arthur Scherbius I maailmasõja lõpus. Seda on kaubanduslikult kasutatud alates 1920. aastate algusest ning seda kasutasid kodeeritud sõnumite edastamiseks ka mitme riigi, sealhulgas Saksamaa, sõjaväe- ja valitsusteenistused enne II maailmasõda ja selle ajal. On toodetud palju erinevaid Enigma mudeleid, kuid Saksa sõjaväemudel ja Saksa "Enigma" šifr on kõige kuulsamad ja arutatud.
Enigma šifri purustamine Teise maailmasõja ajal
Mõned ajaloolased usuvad, et Enigma šifri purustamine oli liitlasvägede jaoks Teise maailmasõja ajal kõige olulisem võit. Enigma masin võimaldas miljardeid viise sõnumite kodeerimiseks, muutes teistel riikidel Saksa koodide murdmise Teise maailmasõja ajal uskumatult keeruliseks. Mõnda aega tundus kood haavamatu. Siis Alan Turing jateised teadlased kasutasid ära mitmeid Enigma koodi rakendamise vigu ja said juurdepääsu Saksa koodiraamatutele, võimaldades neil luua masina nimega Bombe. Ta aitas murda Enigma kõige raskemaid versioone. Poola lasi 2007. aastal käibele mündi Enigma šifri purustamise 75. aastapäeva auks – 2 złoti põhjakullast. Keskel on Poola vapp ja ringis Enigma rattarelle.
Sifra murdmise tähendus liitlaste jaoks
Mõned ajaloolased usuvad, et Enigma häkkimine oli liitlasvägede kõige olulisem võit Teise maailmasõja ajal. Kasutades sakslastelt dešifreeritud teavet, suutsid liitlased paljusid rünnakuid ära hoida. Kuid vältimaks kahtlust, et nad leidsid viisi sõnumite dešifreerimiseks, pidid liitlased lubama mõningaid rünnakuid, hoolimata sellest, et neil olid teadmised nende peatamiseks. Seda kirjeldatakse 2014. aastal ilmunud filmis "The Imitation Game".
Masin "Enigma": kirjeldus, komponendid
Enigma masin koosneb mitmest osast, sealhulgas klaviatuurist, plaadist, rootoritest ja sisemistest elektroonilistest vooluringidest. Mõnel neist on lisafunktsioonid. Kodeeritud sõnumid olid tähtede komplekt, mis dešifreerimisel muutusid selgeks lauseks. Enigma masinad kasutavad asenduskrüptimise vormi. Asenduskrüptimine on lihtne viis sõnumite kodeerimiseks, kuid selliseid koode on üsna lihtne murda. Kuid Enigma masin on konstrueeritud nii, et õige rootor liigub edasiühes asendis kohe pärast sisestusklahvi vajutamist. Seega algab tähtede krüpteerimine tegelikult siis, kui rootorid on AAA-le eelnevas asendis. Tavaliselt on see positsioon AAZ.
Kuidas Enigma šifr töötab
Lihtne näide asenduskrüpteerimisskeemist on Caesari šifr. See seisneb tähestiku iga tähe koha muutmises. Näiteks 3 koha võrra nihutades võtab G asemele täht A. Enigma masinšifr oli aga kahtlemata palju võimsam kui lihtne Caesari šifr. Nad kasutavad asendusšifreid, kuid iga kord, kui tähte teisega sobitati, muutus kogu kodeerimisskeem. Enigma šifrite variandid – alloleval fotol.
Pärast iga nupu vajutamist liiguvad rootorid ja suunavad voolu erineval teel teisele avatud kirjale. Seega genereeritakse esimese klahvivajutuse jaoks üks kodeering ja teise klahvivajutuse jaoks teine. See suurendab oluliselt võimalike kodeerimisvalikute arvu, sest iga kord, kui Enigma masinal klahvi vajutatakse, pöörlevad rootorid ja kood muutub.
Enigma masina põhimõte
Kui klaviatuuril klahvi vajutatakse, liigub üks või mitu rootorit, moodustades uue rootori konfiguratsiooni, mis kodeerib ühe tähe teisena. Masinat läbib vool ja lambiplaadil süttib üks tuli, mis näitab väljundtähte. Näide Enigma šifrist nägi välja selline: kui vajutada klahvi P ja Enigma masin kodeerib selle tähe kui A,lambipaneelil süttib A. Iga kuu said Enigma operaatorid koodiraamatud, mis näitasid, milliseid seadeid iga päev kasutatakse.
Krüpteerimisskeem
Ahel oli sarnane vanamoodsa telefoni vahepaneeliga, millel on kümme juhtmest, igas juhtmes on kaks otsa, mille saab ühendada pistikupessa. Iga pistikjuhe saab siduda kaks tähte, ühendades juhtme ühe otsa ühe tähepesaga ja teise otsa teise tähega. Paari kaks tähte vahetatakse, nii et kui B on ühendatud G-ga, saab G-st B ja B-st G. See annab sõjaväele täiendava krüpteerimiskihi.
Sõnumi kodeering
Igal masina rootoris on 2626 numbrit või tähte. Enigma masin võib kasutada korraga kolme rootorit, kuid neid saab muuta viiest komplektist, mille tulemuseks on tuhandeid võimalikke konfiguratsioone. Enigma šifri "võti" koosneb mitmest elemendist: rootoritest ja nende järjestusest, nende algpositsioonidest ja nihkeskeemist. Kui eeldada, et rootorid liiguvad vasakult paremale ja täht A tuleb krüpteerida, siis kui täht A on krüpteeritud, on iga rootor oma algses asendis - AAA. Kui rootorid liiguvad vasakult paremale, läbib tegelane A esimesena kolmanda. Iga rootor teostab asendustoimingu. Seetõttu tuleb pärast märgi A läbimist kolmandast välja kui B. Nüüd sisestatakse täht B läbi teise rootori, kus see asendatakse J-ga ja esimeses J muudetakse täheks Z. Pärast Enigma šifri läbimistläbi kõigi rootorite läheb see deflektorile ja läbib veel ühe lihtsa vahetuse.
Võti sõnumite dekrüpteerimiseks
Pärast reflektorist väljumist saadetakse teade rootorite kaudu vastupidises suunas, rakendades vastupidist asendust. Pärast seda muutub sümbol A sümboliks U. Igal rootoril veljel on tähestik, nii et operaator saab määrata teatud järjestuse. Näiteks võib operaator pöörata esimest rootorit, et kuvada D, pöörata teist, et kuvada K, ja pöörata kolmandat pesa, et kuvada P. Kui saatja masinas kuvatakse sõnumi tippimisel saatja masinas esialgne kolmest numbrist või tähest koosnev komplekt., saab adressaat selle dekodeerida, määrates oma identse Enigma masina esialgsetele saatja sätetele.
Enigma krüpteerimismeetodi puudused
Enigma šifri peamine puudus oli see, et tähte ei saanud kunagi sellisena kodeerida. Teisisõnu, A-d ei kodeerita kunagi A-na. See oli Enigma koodi suur viga, kuna see andis osa teabest, mida saab kasutada sõnumite dekrüpteerimiseks. Kui dekooderid suudaksid ära arvata sõna või fraasi, mis tõenäoliselt sõnumis ilmub, aitaks see teave neil koodi dešifreerida. Kuna sakslased saatsid ilmateate alati alguses ja tavaliselt lisasid oma traditsioonilise tervitusega fraasi sõnumi lõppu, leiti fraase, misdekoodrid lahti harutada.
Alan Turingi ja Gordon Welchmani auto
Alan Turing ja Gordon Welchman töötasid välja masina nimega Bombe, mis kasutas elektriskeeme Enigma kodeeritud sõnumi dešifreerimiseks vähem kui 20 minutiga. Bombe masin üritas määrata rootori sätted ja Enigma masina vooluringid, mida kasutatakse antud kodeeritud sõnumi saatmiseks. Standardne Briti Bombe sõiduk oli sisuliselt 36 omavahel ühendatud Enigma sõidukit. Seega modelleeris ta mitu Enigma masinat korraga.
Kuidas pomm välja nägi
Enamikul Enigma masinatel oli kolm rootorit ja igal Bombe'i Enigma simulaatoril oli kolm trumlit, üks iga rootori jaoks. Bombe'i trummid olid värvikoodiga, et need vastaksid simuleeritavale rootorile. Trummid olid paigutatud nii, et ülemine kolmest simuleeris Enigma vasakut rootorit, keskmine simuleeris keskmist rootorit ja alumine paremat rootorit. Ülemiste rullide iga täieliku pöörlemise korral suurendati keskmisi rullikuid ühe positsiooni võrra, sama juhtus ka keskmise ja alumise rulliga, viies 3-rootorilise Enigma masina positsioonide koguarvu 17 576 positsioonini.
Dekoodri töö
Iga rootori konfiguratsiooni ja trumlite igal pöördel tegi Bombe masin vooluahela seadistuse kohta oletuse, näiteks, et A on ühendatud Z-ga. Kui eeldus osutus valeks, lükkas masin tagasi ei kasutanud seda uuesti ega kulutanud kontrollimisele aegamõni neist hiljem. Bombe masin nihutas rootori positsioone ja valis uue oletuse ning kordab seda protsessi seni, kuni ilmub rahuldav seadistuskorraldus. Kui masin "arvas ära", et A on Z-ga ühendatud, siis sai aru, et B peab olema ühendatud E-ga jne. Kui test ei toonud kaasa vastuolu, siis masin seiskub ja dekooder kasutab sõnumi võtmena valitud konfiguratsiooni.
