Попытки «взломать» «Энигму» не предавались гласности до конца 1970-х.
Операция «Ультра», или История о том, как поляки с британцами «Энигму» взломали. Части 1-3
Первым вариантом «Энигмы» считается разработка инженера-электрика и доктора технических наук Артура Шербиуса. 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. Описание строения Энигмы можно прочитать в первой части, а про работу польских криптографов – во второй После того как польские криптографы передали результаты. В школе кодов и шифров он возглавлял группу Hut 8, ответственную за криптоанализ сообщений ВМФ Германии и разработал некоторое количество методов взлома немецкого.
Правда и вымысел о Энигме
The rst stage in cryptanalysis is to look for sequences of letters that appear more than once in the ciphertext. За годы Второй мировой войны Тьюринг добился огромных успехов в области военного криптоанализа — благодаря ему код «Энигмы» был расшифрован полностью. Благодаря влиянию, оказанному на ход войны, взлом Энигмы стал возможно самым ярким моментом в многовековой истории криптоанализа.
Код энигма кто расшифровал. Криптоанализ «Энигмы
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. Несмотря на то что криптоанализом шифровальной машины "Энигма" с конца 30-х годов занимались польские специалисты, наиболее известным этапом "взлома" шифра немецкой. Взломщик кода шифратора «Энигма» Алан Тюринг, покончивший с собой после обвинения в непристойном поведении в соответствии с законом против гомосексуализма, |.
Код энигма кто расшифровал. Криптоанализ «Энигмы
А после модернизации «Энигмы» (немцы в 1937 заменили рефлекторы на своих машинах, а для ВМФ стали применять четыре ротора), процент дешифрованных сообщений еще понизился. Сами исследователи пишут, что данный случай сопоставим только "с криптоанализом Энигмы во время Второй Мировой". Главный по новостям, кликбейту и опечаткам.
Криптоанализ Enigma
Однако Сноуден не объяснял, каким образом АНБ это делает. Годом ранее, о той же проблеме писал и Джеймс Бамфорд James Bamford , ссылаясь на анонимные источники. Теперь завеса тайны над методами АНБ приоткрыта. Информация экспертов не являлась преувеличением, вероятнее всего, АНБ пользуется слабыми местами в протоколе Диффи-Хеллмана. До недавних пор алгоритм считался более чем надежным. Слабое место, скрытое в протоколе обмена ключами, обнаружили ученые.
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.
Количество всех возможных соединений на коммутационной панели вычисляется по формуле n! Такое огромное число вариантов внушало обманчивое чувство неуязвимости.
В 1941 году британская разведка расшифровывала ежедневно 2000 сообщений итальянской машины Хэгелин. Ко второй половине 1941 года расшифровывались до 90 000 сообщений Энигмы в месяц. Взлом «Энигмы» и перелом на восточном фронте.
В начале 1942 британская разведка раскрыла код «Лоренц», применявшийся для кодирования сообщений высшего руководства Третьего рейха. Первым практическим результатом этого успеха стал перехват планов наступления немцев в районе Курска летом 1943 г. Эти планы были немедленно переданы советскому руководству. Переданные СССР сведения содержали не только направления ударов на Курск и Белгород, но и состав и расположение атакующих сил, а также общий план операции «Цитадель».
Информация о количестве дисков в «Энигме I» и её начальных настройках, переданная агентом «Аше», помогла рассчитать количество комбинаций — их оказалось чуть более ста тысяч. Используя построенные шифраторы, Мариан Реевский составил каталог всех возможных цепочек. Польские криптоаналитики Генрик Зигальский, Мариан Реевский и Ежи Рожицкий В 1938 году немцы, справедливо опасаясь взлома, сменили процедуру шифрования. В ответ на это поляки создали «криптологическую бомбу» — аппарат, состоявший из двух шифраторов. Благодаря этой «бомбе» анализ немецких шифров ещё представлялся возможным. Однако перед началом войны немецкие шифровальные машины получили дополнительные роторы, возросло также и число соединений коммутационной панели. Таким образом количество вариантов кода увеличилось в разы. Несмотря на титанические усилия польских криптоаналитиков, их метод из-за развития технологии «Энигмы» не позволял своевременно дешифровать новые немецкие коды. Накануне Второй мировой войны «Бюро шифров», полностью осознавая намерения Германии в отношении Польши, передало всю информацию и наработки союзникам — Великобритании и Франции. Главное шифровальное подразделение Великобритании расположилось в особняке Блетчли-парк в городе Милтон Кейнс в 80 км от Лондона. Команда состояла из шахматистов, лингвистов и математиков, среди которых выделялся молодой профессор из Кембриджа — Алан Тьюринг. Он был одним из немногих криптоаналитиков Блетчли-парка, который не знал немецкого, хотя это было обязательным требованием. Довольно забавно, что для расшифровки «Энигмы» по ошибке был приглашён и биолог, изучающий криптогамы — группу бесцветковых растений. Так как британцы уже имели точную копию «Энигмы», работа по дешифровке поступающих сообщений сводилась к подбору расположения роторов и иных настроек шифратора. Установка роторов являлась сложной задачей, так как их расположение менялось ежедневно. Английские криптоаналитики работают над дешифровкой перехваченных немецких сообщений. Блетчли-парк, 1943 год Предпосылкой к созданию принципиально новой методики криптоанализа являлась стоимость дальнейшего усовершенствования польской разработки: для полного перебора каждого сообщения требовалось несколько десятков машин. К тому же польский метод был основан на уязвимости в процессе шифрования, которую немцы устранили в 1940 году. Будучи одним из главных теоретиков Блетчли-парка, Алан Тьюринг разработал новый метод, который основывался на переборе последовательностей символов. В этом ему помогли, как ни странно, сами немцы. Дело в том, что немецкие шифры часто содержали одинаковые стереотипные словосочетания — например, приветствия, различные ругательства и числа. А слово «Eins» с нем. Большое внимание британцы уделили и немецким ежедневным метеорологическим сводкам, которые отправлялись в определённый час. На основе вводных данных Тьюринг вместе с коллегами разработал специальный метод криптоанализа, так называемый «Eins-алгоритм». Работу по перебору букв алфавита облегчил и недостаток рефлектора. Была уничтожена по приказу Уинстона Черчилля и восстановлена любителями спустя 60 лет. Имея на руках собранные схемы и чертежи, они потратили на это 10 лет В августе 1940 года команда криптоаналитиков Блетчли-парка построила собственную «криптологическую бомбу». Теперь вместо перебора целого сообщения достаточно было узнать небольшой фрагмент.
Взлом кода Энигмы
В приведенном выше примере буква B будет зашифрована в C. После чего первый ротор сдвинется на одну позицию и настройки машины приобретут следующий вид: Энигма Энигма является наиболее популярным представителем мира шифровальных роторных машин. Она использовалась германскими войсками во время второй мировой войны и считалась практически не взламываемой. Процедура шифрования Энигмы реализована как в приведенном выше примере за исключением некоторых дополнительных штрихов. 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.
То же самое — в каждом столбце. Такую матрицу можно получить из единичной 26 на 26, переставив в произвольном порядке столбцы или строки. Небольшое математическое упражнение, не дающее прямой пользы для криптоанализа: Легко посчитать число возможных перестановок 26-ти столбцов , вариантов будет 26!
Единицу отнимаем, потому что нас не интересует тривиальный результат — когда матрица крипто-преобразования — единичная.
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. Среди массовых «Энигм» М4 была самой защищенной.
Она имела принтер Schreibmax в виде удаленной панели в каюте командира, а связист работал с зашифрованным текстом, без доступа к секретным данным. Но была еще и спец-спец-техника. Уровень шифрования был так высок, что другие немецкие инстанции читать ее не могли.
Ради портативности 27x25x16 см Абвер отказался от коммутационной панели. В результате англичанам удалось взломать защиту машины, что сильно осложнило работу немецкой агентуры в Британии. При 8 роторах надежность была очень высока, но машина почти не использовалась.
В обеих машинах было еще одно новшество - ротор для заполнения промежутков, значительно повышавший надежность шифрования. Для усложнения дешифровки перехватов противником тексты содержали не более 250 символов; длинные разбивали на части и шифровали разными ключами. Для повышения защиты текст забивался «мусором» «буквенный салат».
Перевооружить все рода войск на М5 и М10 планировали летом 45-го года, но время ушло. Итак, соседи «ослепли» в отношении военных приготовлений Германии. Активность радиосвязи немцев возросла во много раз, а расшифровать перехваты стало невозможно.
Первыми встревожились поляки. Следя за опасным соседом, в феврале 1926 года они вдруг не смогли читать шифровки немецкого ВМФ, а с июля 1928 года - и шифровки рейхсвера. Стало ясно: там перешли на машинное шифрование.
В январе 29-го варшавская таможня нашла «заблудившуюся» посылку. Жесткая просьба Берлина ее вернуть привлекла внимание к коробке. Там была коммерческая «Энигма».
Лишь после изучения ее отдали немцам, но это не помогло вскрыть их хитрости, да и у них уже был усиленный вариант машины. Специально для борьбы с «Энигмой» военная разведка Польши создала «Шифровальное бюро» из лучших математиков, свободно говоривших по-немецки. Повезло им лишь после 4 лет топтания на месте.
Удача явилась в лице офицера минобороны Германии, «купленного» в 1931 году французами. Ганс-Тило Шмидт «агент Аше» , отвечая за уничтожение устаревших кодов тогдашней 3-роторной «Энигмы», продавал их французам. Добыл им и инструкции на нее.
Разорившийся аристократ нуждался в деньгах и был обижен на родину, не оценившую его заслуги в Первой мировой. Французская и английская разведки интереса к этим данным не проявили и передали их союзникам-полякам. В 1932 году талантливый математик Мариан Реевский с командой взломал чудо-машину: «Документы Аше стали манной небесной: все двери моментально открылись».
Информацией агента Франция снабжала поляков до самой войны, и тем удалось создать машину-имитатор «Энигмы», назвав ее «бомбой» популярный в Польше сорт мороженого. Ее ядром были 6 соединенных в сеть «Энигм», способных за 2 часа перебрать все 17576 положений трех роторов, т. За 37 дней до начала Второй мировой поляки передали союзникам свои познания, дав и по одной «бомбе».
Раздавленные вермахтом французы машину потеряли, а вот англичане сделали из своей более продвинутую машину-циклометр, ставшую главным инструментом программы «Ультра». Эта программа противодействия «Энигме» была самым охраняемым секретом Британии. Расшифрованные здесь сообщения имели гриф Ultra, что выше Top secret.
Началась война с нацистами - и пришлось срочно мобилизовать все силы. В августе 1939 года в имение Блетчли-Парк в 50 милях от Лондона под видом компании охотников въехала группа специалистов по взлому кодов. Сюда, в центр дешифровки Station X, бывший под личным контролем Черчилля, сходилась вся информация со станций радиоперехвата на территории Великобритании и за ее пределами.
Фирма «British Tabulating Machines» построила здесь первую дешифровочную машину «бомба Тьюринга» это был главный британский взломщик , ядром которой были 108 электромагнитных барабанов. Она перебирала все варианты ключа шифра при известной структуре дешифруемого сообщения или части открытого текста. Каждый барабан, вращаясь со скоростью 120 оборотов в минуту, за один полный оборот проверял 26 вариантов буквы.
При работе машина 3,0 x2,1 x0,61 м, вес 1 т тикала, как часовой механизм, чем подтвердила свое название. Впервые в истории шифры, массово создаваемые машиной, ею же и разгадывались. Для работы было необходимо до мельчайших деталей знать физические принципы работы «Энигмы», а немцы ее постоянно изменяли.
Британское командование поставило задачу: во что бы то ни стало добывать новые экземпляры машины. Началась целенаправленная охота. Сначала на сбитом в Норвегии «юнкерсе» взяли «Энигму-люфтваффе» с набором ключей.
Вермахт, громя Францию, наступал так быстро, что одна рота связи обогнала своих и попала в плен. Коллекцию «Энигм» пополнила армейская. С ними разобрались быстро: шифровки вермахта и люфтваффе стали ложиться на стол британского штаба почти одновременно с немецким.
Позарез была нужна самая сложная - морская М3. Главным фронтом для англичан был фронт морской. Гитлер пытался задушить их блокадой, перекрыв островной стране подвоз продовольствия, сырья, горючего, техники, боеприпасов.
Его орудием был подводной флот рейха. Групповая тактика «волчьих стай» наводила ужас на англосаксов, их потери были огромны. О существовании М3 знали: на подлодке U-33 были захвачены 2 ротора, на U-13 - инструкция по ней.
Во время рейда коммандос на Лофотенские острова Норвегия на борту немецкого сторожевика «Краб» захватили 2 ротора от М3 и ключи за февраль, машину немцы успели утопить. Более того, совершенно случайно выяснилось, что в Атлантике ходят немецкие невоенные суда, на борту которых есть спецсвязь. Так, эсминец королевского флота «Грифон» досмотрел у берегов Норвегии якобы голландское рыболовное судно «Поларис».
Состоявший из крепких ребят экипаж успел бросить за борт две сумки, одну из них англичане выловили. Там были документы для шифрующего устройства. Кроме того, в войну международный обмен метеоданными прекратился - и из рейха в океан пошли переоборудованные «рыбаки».
На их борту были «Энигма» и настройки на каждый день 2—3 месяцев, в зависимости от срока плавания.
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? Тюринг взламывал немецкие шифры при помощи своей машины «Бомба», которая помогла дешифровщикам расшифровывать немецкие коды шифратора «Энигма». Ахмад назвал Тюринга «одним из отцов, если не главным отцом кибернетики». Шарки начал борьбу за помилование, потому что в 1960-е годы изучал математику в Манчестерском университете у Робина Гэнди Robin Gandy , единственного аспиранта Тюринга. Гэнди стал близким другом Тюринга и исполнителем его воли.
Шарки заявил: «Как всем должно быть хорошо известно, он был осужден в 1952 году за непристойное поведение, и его приговорили к химической кастрации.
Взлом кода Энигмы
В фильме Майкла Аптеда "Энигма", вышедшего в 2001 году, рассказывается история математика Тома Джерико, которому предстоит всего за четыре дня разгадать обновленный код немецкой шифровальной машинки. 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.
Его работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в шифровальной машине «Энигма», основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий этой машины, которые были выполнены в 1938 году польским криптоаналитиком Марианом Реевским. Принцип работы разработанного Тьюрингом дешифратора состоял в переборе возможных вариантов ключа шифра и попыток расшифровки текста, если была известна структура дешифруемого сообщения или часть открытого текста. Вскоре немцы добавили в конструкцию Энигмы коммутирующее устройство, существенно расширив этим количество вариантов кода.
Эту задачу решил Гордон Уэлчман, предложив конструкцию «диагональной доски». Метод диагональной доски Серьезная трудность с прототипом «Bombe» состояла в том, что для того, чтобы проводить одновременное сканирование, необходимо, чтобы используемые меню содержали, по меньшей мере, три петли. Это весьма трудновыполнимое условие и лишь небольшая часть перехваченных сообщений соответствовали ему. Следовательно, область применения Bombe была бы весьма ограниченна, если бы не был найден способ существенно улучшить её производительность.
Гордон Уэлчман заметил, что, исходя из свойства взаимности электрических контактов если W соединяется с Q, то это значит, что Q также соединяется с W , можно получить принципиально новый способ поиска начального расположения контактов, не требующего присутствия петель в меню. Эта идея привела к появлению дополнительной схемы, известной как метод диагональной доски, включенной во вторую версию прототипа.
Реевский стал пытаться выделить из таблиц некоторые шаблоны или найти некоторые структурные закономерности. И это ему удалось.
Настоящим прорывом в 1925 году стала модель С — с рефлектором, гораздо более компактная, чем ее предшественники. Enigma C весила всего лишь 12 кг при размере 28 на 34 на 15 см, тогда как предыдущие модели весили около 50 кг, имея габариты 65 на 45 на 35 сантиметров. Модель С практически сразу стали использовать на судах немецкого флота.
Enigma С. Изображение: Crypto Museum В 1928 году военные специалисты по заказу Вермахта переработали конструкцию гражданских шифровальных машин, сконструировав модель Enigma-G, которую двумя годами позже модифицировали в версию Enigma-I. Существовали варианты Enigma с количеством роторов от 3 до 8. Лист с кодами шифрования «Энигмы». Фото: Telenet К информации «агента Аше» французская разведка отнеслась довольно прохладно.
Криптоанализ «Энигмы»
| Была ли расшифрована энигма. Криптоанализ «Энигмы | Всё это значительно затруднило будущий криптоанализ Энигмы. С началом войны и падением Польши исследователи успели передать свои успехи французам, которые попытались развить. |
| Тьюринг против Гитлера, или Как гики два раза хакнули немецкие «Энигмы» | Сами исследователи пишут, что данный случай сопоставим только "с криптоанализом Энигмы во время Второй Мировой". |
| «Бомба» Алана Тьюринга, или как взломали шифромашину «Энигма» [1] - Конференция | В Третьем рейхе считали, что «Энигму» невозможно взломать, поскольку она предполагала 2×10 в 145-й степени вариантов кодирования. |
| Криптоанализ - это наука изучения шифров | Во многом именно поляки первыми поняли важность привлечения специалистов-математиков для криптоанализа вражеских шифров. |
Последнее искушение Тьюринга. Гения науки погубила любовь к строителю
Это означает, что при шифровании одного и того же символа, получаемая в результате последовательность начинает повторяться через 26 шагов. Для увеличения периода последовательности можно использовать несколько роторов, соединенных последовательно. При совершении полного оборота одного из дисков, следующий диск сдвигается на одну позицию. Это увеличивает длину последовательности до 26n, где n — количество соединенных последовательно роторов. В качестве примера рассмотрим следующее изображение упрощенной роторной машины: Приведенная машина состоит из клавиатуры для ввода символа , трех дисков, индикатора для отображения криптотекста и реализует шифрование 4 символов: A, B, C, D. При нажатии буквы B на клавиатуре замыкается электрическая цепь, зависящая от текущего положения роторов, и на индикаторе загорается лампочка. В приведенном выше примере буква B будет зашифрована в C. После чего первый ротор сдвинется на одну позицию и настройки машины приобретут следующий вид: Энигма Энигма является наиболее популярным представителем мира шифровальных роторных машин. Она использовалась германскими войсками во время второй мировой войны и считалась практически не взламываемой. Процедура шифрования Энигмы реализована как в приведенном выше примере за исключением некоторых дополнительных штрихов.
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.
Таким образом, уже на этом этапе можно было получить шестьдесят вариантов настроек. Рядом с каждым ротором расположено кольцо с буквами алфавита в некоторых вариантах машины — соответствующие им числа.
Настройки для этих колец — в третьем столбце. Самый широкий столбец — это уже изобретение немецких криптографов, которого в изначальной «Энигме» не было. Здесь приведены настройки, которые задаются при помощи штекерной панели попарным соединением букв. Это запутывает всю схему и превращает ее в непростой пазл. Если посмотреть на нижнюю строку нашей таблицы первое число месяца , то настройки будут такими: в машину слева направо ставятся роторы III, I и IV, кольца рядом с ними выставляются в 18, 24 и 15, а затем на панели штекерами соединяются буквы N и P, J и V и так далее. С учетом всех этих факторов получается около 107 458 687 327 300 000 000 000 возможных комбинаций — больше, чем прошло секунд с Большого взрыва. Неудивительно, что немцы считали эту машину крайне надежной. Существовало множество вариантов «Энигмы», в частности на подводных лодках использовался вариант с четырьмя роторами. Взлом «Энигмы» Взломать шифр, как водится, позволила ненадежность людей, их ошибки и предсказуемость.
Руководство к «Энигме» говорит, что нужно выбрать три из пяти роторов. Каждая из трех горизонтальных секций «бомбы» может проверять одно возможное положение, то есть одна машина единовременно может прогнать три из шестидесяти возможных комбинаций. Чтобы проверить все, нужно либо двадцать «бомб», либо двадцать последовательных проверок. Однако немцы сделали приятный сюрприз английским криптографам. Они ввели правило, по которому одинаковое положение роторов не должно повторяться в течение месяца, а также в течение двух дней подряд. Звучит так, будто это должно было повысить надежность, но в реальности привело к обратному эффекту. Получилось, что к концу месяца количество комбинаций, которые нужно было проверять, значительно уменьшалось. Вторая вещь, которая помогла в расшифровке, — это анализ трафика. Англичане слушали и записывали шифрованные сообщения армии Гитлера с самого начала войны.
О расшифровке тогда речь не шла, но иногда бывает важен сам факт коммуникации плюс такие характеристики, как частота, на которой передавалось сообщение, его длина, время дня и так далее. Также при помощи триангуляции можно было определить, откуда было отправлено сообщение. Хороший пример — передачи, которые поступали с Северного моря каждый день из одних и тех же локаций, в одно и то же время, на одной и той же частоте. Что это могло быть? Оказалось, что это метеорологические суда, ежедневно славшие данные о погоде. Какие слова могут содержаться в такой передаче? Конечно, «прогноз погоды»! Такие догадки открывают дорогу для метода, который сегодня мы называем атакой на основе открытых текстов, а в те времена окрестили «подсказками» cribs. Поскольку мы знаем, что «Энигма» никогда не дает на выходе те же буквы, что были в исходном сообщении, нужно последовательно сопоставить «подсказку» с каждой подстрокой той же длины и посмотреть, нет ли совпадений.
Если нет, то это строка-кандидат. Например, если мы проверяем подсказку «погода в Бискайском заливе» Wettervorhersage Biskaya , то сначала выписываем ее напротив шифрованной строки.
Обычно два сообщения никогда не используют один и тот же флаг, но может случиться так, что в течение одного сообщения положение роторов станет идентичным начальному положению роторов другого сообщения. Выдержки из двух сообщений, которые таким образом перекрываются, затем оказываются «углубленными». Принцип банбуризма прост, он напоминает атаку по признаку совпадения. Если две фазы написаны одна над другой, считается, сколько раз одна буква в одном сообщении совпадает с соответствующей буквой в другом; совпадений будет больше, чем если бы предложения были просто случайными сериями букв. В случайной последовательности ожидаемая частота повторения одной буквы составляет 1 из 26. В сообщениях Naval Enigma частота составляет 1 из 17.
Если оба сообщения являются подробными, то совпадения происходят точно так же, как в обычном тексте. Однако, если сообщения не были подробными, то два зашифрованных текста сравниваются, как если бы они были случайными, их частота повторения составляет примерно 1 из 26. Это позволяет дешифратору принимать два сообщения, индикаторы которых различаются только их третьей буквой и слайдом. Два сообщения легче сравнить, если их расшифровать на полосах перфорированного картона шириной 25 см и длиной в несколько метров, в зависимости от длины сообщения. В верхней части столбца карты отверстие представляет собой букву A в этой позиции, другое отверстие в основании представляет букву Z. Две карты накладываются поверх световой панели. Когда свет проходит, происходит повторение. Метод упрощает обнаружение и подсчет повторов.
Отпечатанные в Банбери карты криптоаналитики называют «банбурией», а процедуру - «банбуризмом». Детские кроватки В речи английских школьников шпаргалки - это те коммерчески доступные переводы, которые помогают облегчить утомительную работу с версиями и темами. Метеорологи в море пишут сообщения, которые они отправляют в Германию после шифрования с помощью Enigma. Эти сообщения затем транслируются по всей Кригсмарине, часто с использованием второстепенных кодов.
Метод Перехват радиосообщений противника выполняли десятки приемных станций, имевших кодовое название « Y-station ». Ежедневно в Блетчли-парк поступали тысячи таких сообщений. Блетчли-парк имел в своем распоряжении точную копию «Энигмы», поэтому расшифровка сообщений сводилась к подбору установки дисков и, для более поздних моделей, — штекерного коммутатора. Сложность задачи усугублялась тем, что установки роторов менялись ежедневно, поэтому службы дешифровки работали круглосуточно в три смены [Прим. Конструкция «Энигмы» при правильном использовании обеспечивала практически полную секретность [Прим. На практике, однако, со стороны немецких пользователей «Энигмы» зачастую допускались небрежные действия, дававшие подсказки британским аналитикам такие подсказки на сленге английских студентов назывались cribs. Именно на использовании и систематизации таких погрешностей и был основан метод дешифровки. Подсказками служили любые часто повторяющиеся тексты, такие как приветствия, цифры кодировались по произношению: «один», «два» и т. Все подсказки заносились в картотеку Index вместе с контекстом: почерком радиста, местом и временем передачи и т. При отсутствии необходимого количества подсказок, особенно накануне крупных операций, проводились специальные мероприятия по их получению. Этот прием получил кодовое название « садоводство » англ. Например, перед выходом очередного полярного конвоя проводилось демонстративное минирование определённого участка моря. Если противник докладывал результаты разминирования с указанием заранее известных координат, это давало искомую подсказку. Тьюринг Одним из основных теоретиков Блетчли-парка был Алан Тьюринг. После изучения польских материалов Тьюринг пришёл к выводу, что использовать прежний подход с полным перебором сообщений уже не получится.