Обе упоминаемые блогеры демонстрируют полное незнание предмета и неспособность провести глубокий анализ информации. Обсуждение квантовых мобильных телефонов следует начинать не с тем, что касается «наушников» и «серверов», а с организаций, занимающихся продажами, которые указывают на официальные анонсы и разработки в данной области.
Как секрет Третьего рейха стал ключом к его поражению? История шифровальной машины «Энигма»
Перед началом Второй мировой войны Германия заняла позицию мирового лидера, обладая передовым оборудованием для разведки, которое включало в себя не только различные шпионские устройства и микрофоны, но и шифровальные машины. Одним из важнейших инструментов немецкой разведки была шифровальная машина под названием «Энигма». Значение успешного взлома этой машины для хода войны сложно переоценить. Огромная ценность информации, получаемой государствами антигитлеровской коалиции благодаря успехам в криптографии, стала решающим фактором в нескольких ключевых сражениях.
По общепринятому мнению, первое устройство, основанное на концепции Enigma, было создано немецким инженером-электриком и доктором Артуром Шербиусом. В период Первой мировой войны, непосредственно перед началом германской имперской традиции, он усовершенствовал криптографический механизм, который базировался на так называемых роторах — вращающихся дисковых устройствах. Первоначальная роторная модель, известная как «Модель А», была довольно громоздкой и весила около 50 килограммов.
Позже доктор Шербиус преобразовал её в более компактную версию, которая была размера с обычную печатную машинку. Третья версия, обозначенная как «С», и последующие модели значительно облегчали использование шифровальной машины.
На изображении представлена трехроторная шифровальная машина «Энигма», видимые компоненты которой включают коммутационный стол (находящийся под клавиатурой) и роторы. Три ротора располагаются вертикально, образуя ключевые элементы шифрования.
Когда Артур Шербиус оформил патент на свое изобретение, он вместе с инженером Эрнстом Р. Риттером основал компанию, которая занялась производством шифровальных машин. Изначально Шербиус и Риттер пытались заключить контракт с военно-морским флотом Германии на разработку шифровального механизма, однако в начале 1920-х годов «Энигма» не вызвала интереса у армии из-за своих затратных характеристик.
Следует отметить, что аналогичные разработки имели место не только в Германии. В 1917 году американский инженер и криптограф Эдвард Хепберн создал свою собственную шифровальную машину, которая представляла собой систему, основанную на двух печатных машинках, соединенных кабелем. Когда одна клавиша первой машинки нажималась, вторая машинка выводила символ шифрования. Несмотря на то что данная система шифрования была достаточно простой, она привлекла внимание американской разведки.
Первые более компактные и недорогие модели шифровальных машин начали поступать на вооружение армии и военно-морского флота Германии в 1926 году. В это же время стартовали работы по модернизации уже имеющихся версий «Энигмы». Два года спустя армия получила новую модель Enigma G, которая активно использовалась во время Второй мировой войны различными подразделениями Вермахта и другими немецкими службами. Одним из ключевых улучшений новой версии «Энигма» стало значительно повышение качества шифрования.
На данном изображении запечатлено немецкое отделение связи, где видно, как шифровальная машина «Энигма» была интегрирована в рабочий процесс.
В 1934 году военно-морские силы приняли на вооружение обновленную модель Enigma M, которая была дополнен новым шифровальным ротором, что значительно увеличило безопасность шифрования этой версии устройства.
В следующем 1935 году шифровальщик был введен и в подразделения Люфтваффе, при этом немецкая военная разведка — Абвер использовала свою собственную модель шифрования. За всю историю было произведено около 100 000 различных устройств «Энигма», большинство из которых немцы уничтожили в целях сохранения секретности.
Конструкция и принцип работы
Шифровальная машина «Энигма» является сложным механизмом, который сочетает в себе как механическую, так и электрическую системы. Основные компоненты, которые участвовали в шифровании и дешифровании, включают вращающиеся диски, роторы, шагающий механизм, отражатели и электрические схемы.
Каждый ротор представлял собой зубчатый диск диаметром около 10 см, причем максимальное количество роторов, которые использовались в немецких машинах, достигало восьми. Каждый ротор имел 26 секций, по одной на каждую букву латинского алфавита, а также 26 контактов, обеспечивающих взаимодействие с другими роторами. Роторы использовались для шифрования при их нормальном вращении. При использовании двух и более роторов надежность шифрования возрастает с увеличением количества задействованных дисков, поскольку происходит многократная замена одних букв на другие. Например, в первом роторе буква «A» может быть заменена на «G», во втором — на «K», а третьем — на «F». В результате загорается лампа с маркировкой «K» на коммутационной панели. Процедура повторяется при каждом нажатии клавиши на клавиатуре, однако замены в каждым раз разные. Движение роторов обеспечивается шаговым механизмом, который отвечает за их последовательное вращение.
Одной из ключевых особенностей машины «Энигма» является рефлектор. Он замыкает электрическую цепь таким образом, что ток проходит через все роторы в противоположных направлениях. Однако при этом роторы, двигаясь, обращают сигнал, тем самым возвращая его в обратную сторону. Этот механизм имел важный недостаток, который позднее помог взломать код «Энигмы»: отражатель не позволяет зашифровать одну и ту же букву. Таким образом, например, буква «E» замещалась на букву, отличную от «E».
На диаграмме показан путь электрического импульса. Когда нажимается клавиша ‘A’, она преобразуется в букву ‘G’. На диаграмме отмечены разные возможные варианты шифрования, представленные серым цветом.
Более сложное шифрование осуществлялось за счет добавления дополнительных роторов или соединительных таблиц. «Энигма» с ремонтными панелями требовала наличия специального вычислительного устройства и считалась крайне сложной для взлома вручную. Коммутационная панель являлась еще одной защитой — операторы могли заменять сигналы одной буквы на сигналы другой буквы. Например, сигнал с клавиши «C» мог передаваться как «Y», если соответствующий кабель был подключен к ними. Только после того, как электрический импульс проходил через букву «Y», сигнал отправлялся к ротору, что позволило многократно изменять зашифрованный текст.
Здесь мы видим трехроторную шифровальную машину. Слева располагается отражатель с обозначением «C», а на кольце алфавита расположен ротор. Весь механизм этого устройства дает возможность производить сложные шифровки.
Благодаря такой конструкции общее число возможных конфигураций Enigma с пятью роторами и таблицей переключений доходило до цифры, состоящей из 18 нулей. Для успешной расшифровки сообщений потребовались специальные ключи шифрования. Эти ключи состояли из схем, указывающих повороты и позиции каждого ротора на момент передачи, а также настроек коммутационной панели. Однако с точки зрения современных методов шифрования, сама система «Энигма» считается достаточно простой.
Польская школа криптоанализа
В январе 1929 года польской разведке попалась коммерческая модель шифровальной машины «Энигма». После обнаружения неизвестной немцами системы шифрования, польская военная разведка, известная как Криптологическое управление, начала расследование настройке шифровального устройства. Однако у взломщиков не было достаточно времени для полноценного изучения шифра. В результате требования Германии потребовали вернуть образцы.
С этого момента Польша значительно усилила интерес к криптоанализу, и в течение нескольких лет польские криптоаналитики и криптографы стала считаться одними из лучших в мире. Первые успехи в расшифровке «Энигмы» были достигнуты благодаря студентам-математикам Генрику Зигальскому, Ежи Рожицкому и Мариану Реевскому.
На изображении представлен ключ «Энигмы» от октября 1944 года, где латинские цифры обозначают роторы в том порядке, в котором они были установлены. Как оператор, так и приемник имели одинаковые ключи. Чтобы расшифровать сообщение, получатель помещал роторы в то же самое положение, что и оператор.
Это стало возможным благодаря агенту французской разведки «Assc» Гансу Шмидту, который работал в немецком шифровальном бюро и имел доступ к недействительному коду Enigma I. Материалы, перехваченные французами, были затем переданы в Польшу. Польские криптографы приобрели знания о компоновке шифровальных ключей.
Имея на руках кодовую книгу, содержащую ежедневные ключи, польские криптоаналитики могли восстановить роторную систему и даже воссоздать военную модель «Энигмы». Анализируя ежедневные ключи, они сумели выявить определенные закономерности, что позволило создать корреляционные таблицы. Информация о конфигурации роторов Enigma I и их начальных установках, предоставленная агентом Эшем, помогла им рассчитать общее количество возможных комбинаций, которое составило порядка 100 000. Используя разработанные шифры, Мариан Реевский смог составить список всех возможных цепочек.
На фото польские криптоаналитики Генрик Зигальский, Мариан Реевский и Ежи Рожицкий, стоящие на переднем плане своего взаимопонимания и знаний.
В 1938 году немцы, опасаясь утечек информации, изменили процесс шифрования. В ответ польские криптоаналитики разработали «криптобомбу» — устройство, состоящее из двух шифровальных машин, с помощью которого еще было возможно анализировать коды, составляемые немцами.
Тем не менее, перед началом войны немецкие шифровальные машины получили дополнительные ротора и увеличенное число соединений коммутационной панели. Это обуславливало впечатляющий рост вариантов возможного кода. Несмотря на все усилия польских криптоаналитиков, их методы стали неэффективны, так как новые германские коды были слишком сложны для анализа. Накануне Второй мировой войны Криптологическое бюро обладало всей необходимой информацией о намерениях Германии в отношении Польши и передало эту информацию своим союзникам, включая Великобританию и Францию.
Интересно отметить, что методы компьютерного шифрования по своей структуре и основным принципам подстановки и перестановки символов работают по аналогии с тем, как это делала «Энигма» в своих электрических машинах.
Первые методы шифрования сообщений
В древности способ сокрытия секретной информации ограничивался простым письмом. Одна из причин заключалась в том, что уровень грамотности среди населения был низким, и лишь немногие могли прочесть написанное. Таким образом, информация оставалась скрытой от большинства. Однако с течением времени грамотность начала возрастать, и возникла необходимость в более сложных системах шифрования. Первоначально, особенно армии, важные данные скрывали, заменяя буквы на другие в алфавите. В частности, в 100 году до нашей эры шифровка Цезаря стала популярной. Согласно этому методу, каждая буква оригинального текста заменялась другой, находящейся на определенном месте в алфавите.
На данной иллюстрации показан метод шифрования Цезаря с сдвигом в три символа.
С начала 20 века начали появляться первые устройства для автоматической замены одного символа на другой. Самое известное из таких устройств — шифровальная машина «Энигма».
Шифровальная машина «Энигма», предназначенная для шифрования секретных сообщений, становится важным инструментом в информационном обмене.
Кто изобрел шифровальную машину «Энигма»?
Шифровальная машина «Энигма» была изобретена немецким инженером Артуром Шербиусом. На ранних этапах своей карьеры он занимался созданием асинхронных двигателей, электрических соединений, керамических нагревательных элементов и других электронных устройств. В 1918 году он подал заявку на патент на свою шифровальную машину, в начальном варианте напоминавшую по форме кассовый аппарат весом 50 килограммов. Позже он разработал более компактные и усовершенствованные версии, которые по размеру напоминали печатные машинки. Изначально интереса к таким устройствам для шифрования не проявлялось, однако с 1926 года военно-морские силы Германии начали проявлять к ним активный интерес. Это событие можно считать началом их военного использования.
На изображении представлен немецкий инженер Артур Шербиус, создатель шифровальной машины «Энигма».
Важно отметить, что во время Второй мировой войны «Энигма» была признана одним из наиболее надежных шифров в мире. Артур Шербиус трагически скончался в результате несчастного случая с лошадью в 1929 году, и только после его смерти он смог получить широкое признание за свое изобретение.
Не следует удивляться, что шифровальные машины использовались в военных целях. Секретность информации всегда была необходимым условием для успешного ведения войны. Шифрование позволяло войскам и командирам поддерживать связь. В случае перехвата сообщения вражескими силами, оно не имело бы никакой ценности, так как прочитать его могли только те, кто знал, как его расшифровать.
Принцип работы шифровальной машины «Энигма»
Текст, который подлежал шифрованию, вводился непосредственно на шифровальной машине «Энигма». Перед ее использованием оператор открывал крышку машины и фиксировал ее настройки — три числа, которые впоследствии были необходимы для расшифровки сообщения. Затем он вводил секретный текст, который представлял собой замену каждой буквы на другую, в результате чего финальное сообщение выглядело как случайный набор символов. Механизм смены символов использовал различные алгоритмы, которые зависели от установленных внутри шестеренок.
После написания сообщения автор передавал три заранее выставленные цифры радисту, который затем передавал их получателю с использованием азбуки Морзе. Человек на другой стороне, имеющий аналогичную машину «Энигма», настраивал свою конструкцию в те же параметры и вводил набор неразборчивых символов. В результате этого он получал расшифрованный текст.
Следует отметить, что данное описание работы «Энигмы» является весьма упрощенным. Я нашел очень хорошее видео, в котором подробно описаны все нюансы. Оно длится всего 12 минут и наглядно демонстрирует функционирование устройства. Я настоятельно рекомендую посмотреть его — вы не будете разочарованы.
Когда Артур Шербиус оформил патент на свое изобретение, он вместе с инженером Эрнстом Р. Риттером основал компанию для производства шифровальных машин. Первоначально Шербиус и Риттер стремились заключить контракт с военно-морским флотом Германии на разработку шифровального механизма, но в начале 1920-х годов «Энигма» не была интересна армии ввиду ее высокой стоимости.
«Энигма»: описание, составные части
«Энигма» является переносным и компактным механизмом для шифрования.
- панель механических клавиш;
- три, пять или более вращающихся роторных дисков;
- рефлектор;
- электронные схемы;
- коммуникационная панель;
- индикаторная панель (лабораторные лампочки).
Суть шифрования заключается в передачи текстов в запутанном виде, состоящем из случайных символов. Когда это сообщение проходит обработку через шифровальный механизм, беспроводной приемник получает данные, которые легко воспринимаются.
Обращение с «Энигмой» достаточно просто. Текст, который необходимо зашифровать, вводится в устройство. Для кодирования нужных слов применяется электрическая стимуляция. «Энигма» получает текст и осуществляет его расшифровку с помощью постоянно изменяющегося ключа. В конечном итоге, радиостанция получает понятный текст.
Шифровальная машина «Энигма» использует алгоритм обменного шифрования, который представляет собой один из простейших способов кодирования текста. Система также достаточно просто расшифровывается. Однако запоминание использования конструкции «Энигма» считается одной из самых сложных задач в истории криптографии.
Шифр «Энигмы»
Центральный шифр «Энигмы» можно рассматривать как динамическую версию шифров Цезаря. Суть этого принципа состоит в замене букв символами клавиатуры, которые расположены на уровне справа или слева от них. Это подразумевает, что при наборе текстового сообщения, машина меняет одну букву на другую. Например, буква «R» может быть заменена на букву «M».
Тем не менее, наряду с простым шифрованием по методике Цезаря, «Энигма» также использует дополнительный способ шифрования обменом, который осуществляется совместно:
При каждом нажатии кнопки на клавиатуре ротор смещается, устраивая направление электрического сигнала к другой букве. В самом начале, при нажатии одной и той же буквы, создается код, и затем нажимается вторая величина. По мере написания сообщения данный код непрерывно изменяется и может быть расшифрован исключительно ключом.
Каждый день беспроводная связь при получении сообщения включала книгу с ключем, который должен был применяться в определенный день. Немцы использовали 26 букв в кодировке. Каждому сообщению следовали пять дополнительных букв. Весь текст разделялся на разнообразные части, каждая из которых расшифровывалась с использованием своего уникального ключа.
Схема шифрования
Система шифрования «Энигмы» напоминала одновременные системы телефонной связи. К столу подводилось десять кабелей, которые имели по два конца, позволяющие подключить их к розеткам.
Эти кабели соединяли клавишу, отвечающую за одну букву, с кодовым символом на другом конце. Таким образом, образовывались пары букв, которые заменяли друг друга, создавая дополнительный уровень шифрования.
Кодирование сообщений
Таким образом, каждый ротор в машине имел 26 посадочных мест (что соответствует количеству букв в латинском алфавите). В одно время можно было использовать три ротора, каждый из которых имел уникальное соединение между парами букв и отличающуюся скорость вращения. Например, после кодирования одной буквы один из роторов может переместиться на три шага вперед, а другой — только на два. Кроме того, эти роторы имели возможность заменяться, используя различные принадлежности. В результате могут возникать тысячи вариантов шифрования.
Ключ для расшифровки основывался на различных наборах роторов с уникальными связями между различными символами и буквами, появляющимися после нажатия клавиши. Например, определенный набор роторов может производить движение слева направо. Расшифровывая букву «A», роторы по-разному меняют её: от третьего ротора кодированная буква «A» передается на «A», которая превращается в «B», что дальше проходит через второй ротор «B», превращая её в «J». Далее, первый ротор ‘J’ преобразует её до «Z».
Следующим этапом шифрования служит прохождение информации через отражатель. В рефлекторе текстовые символы подвергаются дополнительному обмену.
Заключительным шагом в шифровании сообщений является их обратная передача от роторов.
Подобные сообщения могли быть расшифрованы только на том же устройстве «Энигма» и с такими же настройками, что и у отправителя.
Недостатки шифрования сообщений на «Энигме»
Главный недостаток механизма шифрования «Энигмы» заключался в трудности кодировки. При шифровании букв фактически не существует реальной замены. Так, буква «R» никогда не станет буквой «P». Зная этот факт, другая сторона могла получить части информации, необходимые для расшифровки.
Вторым существенным недостатком стало то, что «Энигма» перекодировала первые три буквы, что дало возможность определить закономерности в шифровании.
Также существует недостаток из-за беспечности немецких операторов. В процессе написания они зачастую начинали сообщения с неприметных слов о погоде и заканчивали традиционными приветствиями. Эти элементы позволяли криптографам угадать одно или два слова, основываясь на этом знании, что валидировало получение ключа шифрования.
