Enigma — Vokietijos šifravimo mašina: veikimas ir istorija

Enigma: Vokietijos šifravimo mašina — kaip veikė rotoriai, jos istorija, Lenkijos ir Bletchley parke nulaužimas bei „Ultra“ įtaka Antrojo pasaulinio karo baigčiai.

"Enigma" mašiną Pirmojo pasaulinio karo metais Vokietijai sukūrė Arthuras Scherbiusas. Tai šifravimo mašina - būdas pakeisti pranešimo raides taip, kad jis atrodytų kaip užšifruotos raidės (arba atsitiktinės raidės).

Kiekvieną kartą įvedus raidę, ji pasirodo kaip kita abėcėlės raidė. Pasirinkimai nėra atsitiktiniai. Juos lemia rotoriai, kurie kiekvieną dieną nustatomi į skirtingą pradinę padėtį. Kiekvieną kartą paspaudus klavišą rotoriai pasukami į naują padėtį.

1932 m. gruodžio mėn. Vokietijos karinius pranešimus, gautus Enigmos aparatu, pirmą kartą nulaužė Lenkijos šifrų biuras. Vėliau jie sukūrė mechaninius prietaisus "Enigma" šiframs laužyti. Nuo 1938 m. "Enigma" mašinos buvo vis sudėtingesnės, todėl iššifruoti jas buvo dar sunkiau.

1939 m. liepos 25 d. Varšuvoje lenkai prancūzų ir britų žvalgybos agentams parodė savo atliktą "Enigmos" kriptoanalizę ir pažadėjo kiekvienai delegacijai po lenkų gamybos "Enigmą". Ši demonstracija buvo labai svarbi pradžia vėlesniam britų darbui Bletchley parke.

"Hut 6 Ultra" niekada nebūtų pradėjusi veikti, jei laiku iš lenkų nebūtume sužinoję detalių apie vokiečių karinę komercinės "Enigma" mašinos versiją ir naudojamą veikimo tvarką". Gordon Welchman, The Hut Six Story, 1982, p. 289.

Per invaziją į Lenkiją (1939 m.) lenkų šifruotojai buvo išsiųsti į Prancūziją. Vėliau jie pabėgo į Didžiąją Britaniją. Atlikę techninius patobulinimus, britų šifruotojai išsprendė daugybę "Enigmos" pranešimų, o atvirąjį tekstą perdavė kariniam štabui. Iš to gauta informacija, kurią britai vadino "Ultra", labai padėjo sąjungininkų karo veiksmams. Į "Ultra" taip pat buvo įtraukti kitų Vokietijos, Italijos ir Japonijos šifrų ir kodų, įskaitant Vokietijos vyriausiosios vadovybės šifrą, iššifravimai.

Vokiečių operatorių klaidos padėjo šifruoti Luftwaffe Enigmas, o britams pavyko iš vokiečių povandeninio laivo paimti pagrindines lenteles ir mašiną, kuri padėjo įveikti laivyno Enigmas.

2011 m. liepos 15 d. karalienė Elžbieta II apsilankė Bletchley parke, kur muziejuje saugoma mašina, ir pagerbė ten dirbusius žmones, nes jie nutraukė karą, nulaužę nacistinės Vokietijos šifrus.

Kaip Enigma veikia – techninis aprašymas

Trumpai: Enigma yra elektromechaninė mašina. Ji susideda iš kelių pagrindinių dalių:

• Klaviatūra – operatorius įveda pranešimą.
• Steckerbrett (jungčių lenta) – leidžia susijungti poras raidžių, kas turi didelę įtaką šifro sudėtingumui.
• Rotoriai (walzen) – keli besisukantys diskai su vidiniais laidais, per kuriuos elektra teka; rotoriai nusileidžia po kiekvieno mygtuko paspaudimo ir keičia laidų jungtis, todėl ta pati įvesta raidė įvairiais laiko momentais virsta skirtingomis raidėmis.
• Reflektorius (UKW) – permuita signalą atgal per rotorius; dėl to tas pats nustatymas gali būti naudojamas tiek šifravimui, tiek dešifravimui (užšifruoti ir dešifruoti reiškia tą pačią operaciją).
• Lempučių lenta (lampboard) – rodo užšifruotą raidę.

Svarbu: dėl reflektoriaus šifravimas yra simetrinis (A→B reiškia, kad esant tokiam pačiam nustatymui B→A), o jungčių lenta ir rotorių spalvos (poslinkiai) lemia kasdien naudojamus "raktus". Rotorių ir jungčių derinių skaičius buvo didžiulis, todėl teorinis saugumas atrodė labai stiprus. Tačiau implementacijos ydos, operacijų tvarkos klaidos ir kartais pasikartojantys pranešimo įpročiai atvėrė spragas.

Polių ir britų indėlis šifrų laužyme

Lenkų kriptoanalitikai – ypač Marian Rejewski, Jerzy Różycki ir Henryk Zygalski – naudojo matematines permutacijų teorijas ir specialius pagalbinius įrenginius (pvz., "cyclometer", "Zygalski" lakštus ir pirmuosius mechaninius "bombas") siekdami atkurti rotorių nustatymus. Svarbu tai, kad lenkai pirmieji suprato tam tikras Enigmos savybes ir sugebėjo praktiškai jas išnaudoti; jų darbai buvo perduoti britams ir prancūzams 1939 m., kas smarkiai pagreitino tolimesnę analizę.

Britai (tarp jų Alan Turing, Gordon Welchman ir kiti Bletchley Park specialistai) išplėtojo lenkų idėjas ir sukūrė „Bombe“ mašinas bei organizacinius sprendimus (pvz., Hut 6), kurie leido sistemingai atrasti dienos raktus ir iššifruoti didelius pranešimų kiekius. Welchmano citata, esanti aukščiau, pabrėžia lenkų indėlio svarbą.

Kokios spragos buvo išnaudotos

• Operatorių klaidos: pasikartojantys sveikinimai, standartinės frazės, neteisingas indikatorius (pradinių rotorių pozicijos) ir kt.
• Praktiniai veiksmai: priešiškos žvalgybos perėmė laivų ir U-jų dokumentus – pavyzdžiui, incidentai, susiję su U-110 (1941) ir U-559 (1942), suteikė sąjungininkams vertingų lentelių ir kodekų kopijų.
• Mechaniniai ir matematiniai metodai: specialios įrangos priemonės (Bombe) ir statistinių nuostatų taikymas.

Ultra ir karo poveikis

Informacija, kurią gaudavo Bletchley Park („Ultra“), buvo itin jautri ir griežtai slaptinama. Ji leido sąjungininkams gerokai efektyviau planuoti jūrų konvojų apsaugą, oro pajėgų reidus ir strateginius žygius, taip sutrumpinant karo eigą ir sumažinant nuostolius. Daug kartų signalų iššifravimai padėjo atgrasyti ar numatyti Vokietijos veiksmus.

Paveldas ir muziejai

Po karo daug Enigmos mašinų pateko į muziejus ir kolekcijas visame pasaulyje. Bletchley parkas tapo vieta, kur atskleista istorija apie kodų laužymą ir pagerbtos tų, kurie ten dirbo, pastangos. Kadenciją 2011 m. vizitas, kai Elžbieta II apsilankė parke, priminė plačiai pripažintą faktą — Enigmos įveikimas turėjo didelę įtaką karo baigčiai.

Išvados

Enigma buvo įspūdinga inžinerinė priemonė ir sudėtingas šifravimo aparatas savo laiku. Tačiau jokia technologija nėra nepralaidi — žmogiškos klaidos, inžinerinės ydos ir nuoseklus priešo darbas gali atskleisti net ir labai saugomas sistemas. Lenkų, britų ir kitų aljansų specialistų darbas kartu rodo, kad kriptografija, matematika ir žvalgyba kartu gali pakeisti istorijos eigą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra Enigmos mašina?

Klausimas: Kas pirmasis iššifravo vokiečių karinius pranešimus, padarytus "Enigma" mašina?

Klausimas: Kaip britų šifruotojai išsprendė daugybę "Enigma" pranešimų?

K: Kokias klaidas darė vokiečių operatoriai, kurios padėjo šifruoti "Luftwaffe Enigma"?

Klausimas: Kaip britų iš vokiečių povandeninių laivų paimtos raktų lentelės ir mašinos padėjo nulaužti karinio jūrų laivyno raktų lenteles ir mašinas?

K: Kada Bletchley parke lankėsi karalienė Elžbieta II?

Paieška pagal raidę