| bombe | |
|---|---|
| Type | dekrypteringsmaskine |
| Fabrikant | Regeringens kommunikationscenter |
| Udgivelses dato | 18. marts 1940 |
| Produceret iflg | september 1944 |
| CPU | 108 roterende elektromagnetiske tromler |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
Turing Bombe er en elektronisk-mekanisk maskine til at dechifrere Enigma -koden .
Den første enhed til at dechifrere Enigma-koden, den " kryptologiske bombe ", blev skabt af polske matematikere på tærsklen til Anden Verdenskrig . På grundlag af denne udvikling og med direkte støtte fra dets skabere i England blev en mere "avanceret" enhed designet [Bemærk. 1] .
Bombas hovedmål var at finde de daglige indstillinger af Enigma-maskinen i forskellige tyske militærformationer: især rotorernes positioner. Rotorernes positioner bestemmer nøglen til den krypterede meddelelse.
Den teoretiske del af arbejdet blev udført af Alan Turing . Hans arbejde med den kryptografiske analyse af algoritmen implementeret i Enigma-krypteringsmaskinen var baseret på tidligere krypteringsanalyse af tidligere versioner af denne maskine, som blev udført i 1938 af den polske kryptoanalytiker Marian Rejewski . Funktionsprincippet for dekryptering udviklet af Turing var at opregne mulige varianter af chiffernøglen og forsøg på at dekryptere teksten, hvis strukturen af den besked, der dekrypteres, eller en del af klarteksten var kendt.
Den første Bombe blev lanceret den 18. marts 1940. Turing Bombe - maskinen bestod af 108 roterende elektromagnetiske tromler og en række andre hjælpeenheder. Hun var 10 fod (3,0 m) lang, 7 fod (2,1 m) høj, 2 fod (0,61 m) bred og vejede 2,5 tons. Serieproduceret indtil september 1944 , hvor krigens gang gjorde det unødvendigt at øge deres antal. For hver mulig nøgleværdi givet af rotorernes positioner udførte maskinen en kontrol mod den kendte klartekst [Bemærk 2] .
I alt blev 210 maskiner af Bombe-typen installeret i Bletchley Park , hvilket gjorde det muligt at dekryptere op til 3 tusinde beskeder dagligt. Dette gav et væsentligt bidrag til den britiske krigsindsats, især i kampen mod ubåde i Atlanterhavet .
"Enigma" blev kun brugt af tyskerne til radioforhandlinger på det operationelt-taktiske niveau. En anden kode blev brugt til at kode seniorledelsens forhandlinger - " Lorenz " [Note. 3] . Denne kode var meget mere kompliceret, og andre metoder og midler var nødvendige for at dekryptere den.
Efter krigen beordrede Churchill af hensyn til hemmeligholdelse ødelæggelsen af alle materielle spor af Ultra-programmet , inklusive Bombe-maskinerne.
Britiske historieinteresserede har restaureret en Turing Bombe efter over 60 år; på trods af tilstedeværelsen af detaljerede tegninger og forklaringer (det komplette sæt blev samlet i 2 år), brugte de 10 år på det.
Enigma (fra andet græsk αἴνιγμα - en gåde) er en bærbar krypteringsmaskine, der bruges til at kryptere og dekryptere hemmelige beskeder. Mere præcist er Enigma en hel familie af elektromekaniske roterende maskiner, der har været brugt siden 1920'erne.
"Enigma" virkede ved konstant at ændre det elektriske kredsløb på grund af rotationen af de indre rotorer, gennem hvilke strømmen gik. Hver gang der blev trykket på et bogstav på tastaturet, uddelte maskinen et chifferbogstav, og rotorerne flyttede til en ny position. Sådan fungerede den polyalfabetiske substitutions-chiffer. En simpel version af det polyalfabetiske ciffer er Vigenère-cifferet . Dette er en ret kryptografisk stærk chiffer for sin tid – uden at kende nøgleordet, var det meget svært at bryde det.
Ved at bruge denne maskine rigtigt kan der opnås en meget høj grad af sikkerhed. Enigma encoder består af 3-5 rotorer med 26 elektriske kontakter. Når der blev trykket på en knap på tastaturet, strømmede elektrisk strøm gennem optagetromlen i højre ende af scrambleren, derefter gennem et sæt rotorer ind i en reflektortromle, som førte signalet tilbage gennem rotorerne og optagetromlen.
Ligesom andre roterende maskiner bestod Enigma af en kombination af mekaniske og elektriske undersystemer. Den mekaniske del omfattede et tastatur, et sæt roterende skiver - rotorer, som var placeret langs akslen og støder op til den, og en trinformet mekanisme, der flyttede en eller flere rotorer med hvert tastetryk.
For at forklare maskinens arbejdsprincip henvises til diagrammet ovenfor. Diagrammet er forenklet: Faktisk bestod mekanismen af 26 pærer, nøgler, stik og elektriske kredsløb inde i rotorerne. Strømmen gik fra en strømkilde (ofte et batteri) (1) gennem en kontakt (2) til et patchpanel (3). Patchpanelet gjorde det muligt at omskifte forbindelserne mellem tastaturet (2) og det faste inputhjul (4). Derefter gik strømmen gennem stikket (3), der ikke bruges i dette eksempel, indgangshjulet (4) og ledningsdiagrammet for tre (i hærmodellen) eller fire (i flådemodellen) rotorer (5) og indtastet reflektoren (6). Reflektoren returnerede strømmen tilbage gennem rotorerne og indgangshjulet, men ad en anden vej, derefter gennem "S"-stikket forbundet til "D"-stikket, gennem en anden kontakt (9), og pæren blev tændt.
En konstant ændring i det elektriske kredsløb, hvorigennem strømmen flød, på grund af rotorernes rotation, gjorde det således muligt at implementere en polyalfabetisk substitutionsciffer, som gav en høj, for den tid, cifferstabilitet.
Dechifrering af beskederne fra den tyske Enigma-maskine er kun mulig, hvis nøglen er kendt, det vil sige rotorernes position.
"Bombe" gentager handlingerne fra flere Enigma-maskiner forbundet med hinanden. Standard Enigma har tre rotorer, som hver kan indstilles til en hvilken som helst af 26 positioner. Bomb-maskinen svarer til 26 Enigma-maskiner, der hver består af tre hjul. "Bombe" kan samtidigt arbejde på tre hemmelige beskednøgler.
I modsætning til Enigma-rotorerne har Bomba-maskinen tromler med ind- og udgangskontakter. De kan således forbindes i serie. Hver tromle havde 104 stålbørster, der rørte ved pladerne, de var læsset på. Børsterne og det tilsvarende sæt kontakter på pladen var arrangeret i fire koncentriske cirkler af 26. Det ydre par cirkler svarede til strøm, der strømmede gennem Enigma i én retning, mens det indre par svarede til strøm, der strømmede i den modsatte retning .
Under Anden Verdenskrig arbejdede Turing i Bletchley Park, et britisk kryptografisk center, hvor han stod i spidsen for en af de fem grupper - Hut 8, som var engageret i dekryptering af meddelelser kodet af den tyske Enigma chiffermaskine som en del af Project Ultra. Turings bidrag til den kryptografiske analyse af Enigma-algoritmen var baseret på en tidligere krypteringsanalyse af tidligere versioner af chiffermaskinen af den polske kryptoanalytiker Marian Rejewski i 1938.
I begyndelsen af 1940 udviklede han Bomba-dekrypteringsmaskinen, som gjorde det muligt at læse Luftwaffe-beskeder. Funktionsprincippet for "Bomben" var at opregne mulige varianter af chiffernøglen og forsøg på at dekryptere teksten, hvis en del af klarteksten eller strukturen af den besked, der dekrypteres, var kendt. Nøglerne blev sorteret af roterende mekaniske tromler, akkompagneret af en lyd, der ligner et urs tikkende, hvorfor "Bomben" har fået sit navn. For hver mulig nøgleværdi givet af rotorernes positioner (antallet af nøgler var ca. 10 19 for den landbaserede Enigma og 10 22 for chiffermaskinerne brugt i ubåde), udførte Bomba'en en kontrol mod den kendte klartekst, udført elektrisk. Turings første Bletchley-bombe blev opsendt den 18. marts 1940. Designet af Turings "Bombs" var også baseret på designet af Rejewskis maskine af samme navn.
Seks måneder senere blev den stærkere Kriegsmarine-chiffer også knækket. Senere, i 1943, ydede Turing et væsentligt bidrag til skabelsen af en mere avanceret elektronisk dekrypteringscomputer "Colossus", brugt til de samme formål.
Polske kolleger forsøgte at bryde et hul i kodningen ved at bruge tyske kryptografers fejl - som dog hurtigt blev rettet - og forsøgte en fuldstændig opregning af alle mulige kombinationer, hvilket krævede ganske enkelt urealistiske udgifter til tid og kræfter. Alan Turing foreslog en mere effektiv måde: at gentage karaktersekvenser baseret på den valgte klartekst. Kort sagt var det nok at genkende eller gætte en lille passage fra beskeden hver dag - hvilket ikke var så svært, da det tyske militær på trods af alle hemmeligheder og koder kommunikerede med hinanden i temmelig stereotype sætninger - og en mekanisk opremsning af seksogtyve tegn i det latinske alfabet bestemmer den nøjagtige placering af denne passage i den fulde chiffertekst. Turing kom op med den sidste procedure at implementere baseret på princippet om udelukkelse: Et velkendt træk ved Enigma var, at når den blev krypteret, erstattede den hvert bogstav med et hvilket som helst andet, men ikke med det samme bogstav.
For eksempel begyndte vejrudsigten altid med ordene:
WETTERVORHERSAGEBISKAYA
Lad os sige, at chifferteksten ser sådan ud:
…QFZWRWIVTYRESXBFOGKUHQBAISEZ…
For at finde ud af korrespondancen af breve er det nødvendigt at matche disse tekster på en sådan måde, at brevet ikke er krypteret i sig selv.
| Q | F | Z | W | R | W | jeg | V | T | Y | R | E | S | x | B | F | O | G | K | U | H | Q | B | EN | jeg | S | E | Z |
| W | E | T | T | E | R | V | O | R | H | E | R | S | EN | G | E | B | jeg | S | K | EN | Y | EN |
Dette eksempel viser, at bogstavet S er krypteret i sig selv.
| Q | F | Z | W | R | W | jeg | V | T | Y | R | E | S | x | B | F | O | G | K | U | H | Q | B | EN | jeg | S | E | Z |
| W | E | T | T | E | R | V | O | R | H | E | R | S | EN | G | E | B | jeg | S | K | EN | Y | EN |
Hvis teksterne er korrekt sammensat, ved vi, at R står for W i den første position, og så videre.
| R | W | jeg | V | T | Y | R | E | S | x | B | F | O | G | K | U | H | Q | B | EN | jeg | S | E |
| W | E | T | T | E | R | V | O | R | H | E | R | S | EN | G | E | B | jeg | S | K | EN | Y | EN |
Forholdet mellem krypterede bogstaver kan afspejles i diagrammet.
Under driften af Bomb-maskinen roterer tromlerne på den øverste række med en hastighed på 120 omdrejninger i minuttet. Når de har fuldført en fuld rotation, roterer den midterste række af hjul til den næste position. Ved opregning ændrer alle tre rækker hjul sekventielt deres tilstand. Dette fortsætter, indtil maskinen giver et stopsignal, eller hjulene vender tilbage til deres oprindelige position.
Stopsignalet genereres, når rotorernes position indtager samme position som under kryptering. Spørgsmålet er, under hvilke forhold opstår tilfældigheder?
Testregisteret tilsluttes et af de kabler, der svarer til det hyppigst forekommende bogstav i menuen. Hvert bogstav svarer til en ledning, som er karakteriseret ved to tilstande. Og samtidig er testregisteret i stand til at bestemme antallet af ledninger, som strømmen løber igennem.
Under starten af Enigma-maskinen tilføres spænding til en vilkårlig ledning. For eksempel er ledning A tildelt kabel E, det vil sige, vi antager, at bogstavet A er forbundet med bogstavet E og omvendt. Hver ledning forbundet til ledning A i kabel E og ledning E i kabel A vil føre en strøm. Men antag, at den anden ledning H er blevet aktiv. Desuden betyder det, at bogstavet H matcher bogstavet E, og omvendt. Men E kan ikke matches med to bogstaver i alfabetet på samme tid. Den oprindelige hypotese er således forkert.
Et andet spørgsmål opstår: skal vi kontrollere ledning B i kabel E for at kontrollere forbindelsen mellem bogstaverne B og E? Intet behov. En fuld søgning ville tage ret lang tid. Det er værd at bemærke, at nøglen skiftede hver dag. Bomba-maskinen kunne genkende nøglen på et par timers arbejde. I vores eksempel kan vi observere, at strømmen vil passere gennem encoderen forbundet til A, E, H kablerne til ledningerne forbundet til de andre kabler.
Lad os overveje to tilfælde. Antag, at efter at have kørt hele chifferteksten, er rotorernes position korrekt, og hypoteserne er korrekte. Denne sag er vist i figuren nedenfor. I dette tilfælde genereres et stopsignal.
| Kryptografi af Anden Verdenskrig | |
|---|---|
| Organisationer |
|
| Personligheder | |
| Krypteringsenheder og krypteringsenheder | |
| Kryptoanalytiske enheder | |
| Tidlige computere | |
|---|---|
| |