暗号化からエニグマへ

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数日前、私はテレビで映画を見ました “模倣ゲーム” https://it.wikipedia.org/wiki/The_Imitation_Game , 私はについての詳細を知りたいと思ったプロットに魅了され、アウトこの記事を来ました.

私たちは、暗号化の基礎からスタート, 暗号 レオン・バッティスタ・アルベルティ, https://it.wikipedia.org/wiki/Disco_cifrante 特別に設計 バチカン市国のために 宅配便へのデータメッセージを送信します, 固定された外側の円の同心円の一対で構成されました, モバイル拡張ながら、. 外側の円上の数字でした 1 A 4 アルファベット, 手紙を除くH, J, Q, WおよびYによる使用の彼らの低周波に確かに暗号を弱体化しているであろうと.

だから外側の円に 24 番号付きのボックス 1 A 4 そして、順番にアルファベット, 内側の円盤にいる​​間, モバイル, 我々 24 暗号文を表す疾患の文字を含むボックス (図を参照してください 1).

操作: あなたは、固定インデックスとして外輪の大文字を選択します. この例では、インデックス B 最初に供されます S モバイル円. アルファベットの変更を指示するには、4桁の番号のいずれかであります.

今エンコーディングは意志

この時点での存在 から, それは数を把握します 2, B下でZを運ぶディスクを移動させる必要性を示します.

暗号化はそう続けます:

テキストはそうなります syamynpfaz ZMH&fohmef もう一つは、援助です
暗号化された文の単語の間の二重の排除とスペース
それがさらに安全なメッセージを作ります.

以下のレオン・バッティスタ・アルベルティの研究は他の研究者によって取り上げられました, その, 混合成功を収めて, 彼らは可能な限り完璧に暗号のpolialfabeticiの素晴らしいアイデアを求めて.

機械暗号

暗号のpolialfabeticiは、最も有名な暗号のマシンに基づいています. 最も有名な今までに作られた暗号機エニグマ. このような電気機械装置は、前の年に第二次世界大戦中に第三帝国によって作られ、使用される暗号のマシンでした. このマシンの目的は、セキュリティのレベルを上げると、権限のない者へのメッセージの意味が理解できない作ることでした, マシンはに加工しました “マスク” 電信オペレータは別のに送信されたメッセージ, cifrandoneコンテンツ. オペレータは、マシンを使用していた場合には, キーボード上のメッセージの点火を介してその内部機構を構成した入力された文字

テキストを変換文字と同等の別の一見不可解に送信します. 復号化は、受信者の処分で、同じマシンを作ります. 議論は、マシンの基本動作から始まり, 歴史的現実の使用に切り替えるには, それらから生じる問題を解決するために考案されたいくつかの技術的な改善とexperiencersまで. この発明

車でした アーサーセルビウス電子リチャード・ナイト で 1918. 最初の, 電気エンジニア, 実際にで得た知識を置きます ハノーバー大学 リッターとハードレオン・バッティスタ・アルベルティによって暗号の電気機械再現で実現.

操作ENIGMA

HTTPS://youtu.be/EVvrSjah9t0

マシンはモジュール構造の原則を持っています, その後、時間をかけて、それは別の継手、その結果、異なる操作の可能性を明らかにしました. デバイスの基本的なバージョンは、電線で互いに接続されたコンポーネントの三つのグループで構成されました:

A) 平文文字を入力するためのキーボード;

B) ディスクシステムによって暗号文の対応する要素の転換点を暗号化ユニットを交換;

C) 文字を点灯、様々な電球とビューアは、対応する暗号文を示しています.

実際には、オペレータは、平文の文字に対応するキーを押します, マシンは、受信した電気パルスを処理し、暗号化された文字に対応する電球を照明します. 機械の最も重要な部分は、単一の交換器であり、, のいずれかで表されます 3 上記交換ユニットを形成ディスク.

このディスクは、ことを特徴としています 26 導電性ノッチ入力と 26 出射導電ノッチ, これは、出力と入力の組み合わせ内部配線の密なネットワークによって交差されます.

実際には、熱交換器の内部配線のスキームは、単純な換字式暗号に使用可能な暗号アルファベットを決定する圧力

ボタンの対応する文字を示す電球の点灯に対応.

セルビウスの考えの次のステップは、各単一文字の暗号化後の位置の熱交換器のディスクを回転させるために設けられました, Polyalphabeticでmonoalphabetic暗号化を変換する各文字の後にこのように暗号アルファベットの変更.

交換ユニットは、によって形成されます 3 ディスク, 彼らはを通じて2つずつ接続されています 26 導電性のノッチ, スタックの3枚のディスクのより上流の順番に持っていたハードディスクがあります 26 キーボードや電球のシステムに接続されたノッチ各, スタックの一番下にありながら、最後のディスクがriflessore言いました, ここでノッチは13本の内部配線を介して2つずつ接続されています。. これは、電気回路は、キーボード文字を戦うたびに閉じられていることを意味します, 様々なディスクの電気接点を介して各文字は、7回暗号化されているように、, riflessoreの機能が戻って信号を反映していることがわかります (図を参照してください 8).

回転の面で他のレコードの運用ルール, 第二は、彼は前者は完全なターンを取った後にのみ、部分的な回転を実行したことでした, 同様に第三第二に基づいていました. このように、マシンはセルビウスは= 26x26x26を持つことができます 17576 交換手順.

私たちは、オペレーションのENIGMAフレーム

指定された最初のパラメータは、メッセージの暗号化を開始する前に、特定の構造に係る熱交換器の配置であります, この設定は、実際の鍵となりました (フィギュア 6). メッセージを暗号化するにはエニグマのオペレータは、毎日のキーに係る熱交換器を置きます, メッセージは、マシンのキーボードでタイプされたと彼は受信機に無線で送信された結果を. これは彼のエニグマのキーボードで暗号化されたメッセージを入力しました, 交換器は、以前に使用したのと同じ毎日のキーに従って配置された上, 彼は明らかにメッセージを取得しました. この操作は正確にriflessoreの導入によるものであったとシンプルさ, これは、このシステムのポイントの急速な普及の一つでした, それは誰に適して作られたので、簡単な使用. エニグマで達成安全性, 彼は機械の複雑さを与えられていませんでした, しかし敵が持っているだろうな組み合わせの数が多いと、初期設定をチェックします. 分にしようとするキーを想定して実際には、1日のキーを発見するために2週間かかるだろう. このすべては、さらに2つの大幅な変更によって改善されました, 最初の変更は、他のまたはそれらの間の交換と交換することができるように、取り外し可能となるように構築された交換についてでした. この措置は倍にキーの数を増加させました 6, なぜなら 3 交換可能な要素を組み合わせることができます 6 さまざまな方法. 2番目の開発は、キーボードと第一ロータとの間の複数のソケットパネルの挿入でした (図を参照してください. 7).

そのようなパネルを介して送信者が交換ユニットを配置する前に2つの文字を交換するためにプラグでいくつかのケーブルを含むことができます, 可能な取引所の数は二十から六文字のうちの6でした, その後、他の20の文字が交換されていません. 我々はできます, それから, そのような機械の計算の複雑さについての概要を作ってみます, ブルートフォース攻撃を動作させるために生成されなければならなかったキーの組み合わせの数の点で: 交換 (ローター) 彼らはそれぞれにを配向可能性 26 MODI, その後、すべての3つの生成26x26x26 = 17576 組み合わせ; 次に、単位ビッティング内部3つの交換器は、異なる相互の位置に配置することができ, 次のように要約: 123, 132, 213, 231, 312, 321. そして、彼らは許されました 6 ローターの異なる相互の位置; の最後に、複数のソケットパネルとの可能な組み合わせ 12 (6×2) 上の文字 26 多くあります (正確には 100.391.791.500). そうキーの総数は、上記の可能性を乗算することによって得られます:

17.576 バツ 6 バツ 100.391.791.500 =年頃 10 百万億.

単純な要素によって形成されているにもかかわらず, 故に, これらの後者の組み合わせは、構造の複雑さの高い計算複雑度を有する暗号機械が高くない生成しました. 最初は、この発明は、大規模な拡散が得られませんでした, 高コストと可能性の無い本当の理解が主な原因でした. 最後に、ドイツ軍は海軍が第二次世界大戦中に自分の暗号化通信の英語傍受していた優位性を防ぐために, 彼らはエニグマを採用することを決定しました. で 1925 これは、大量生産を組織し、二十年以内にドイツ軍はよく彼らの処分で持っていました 30000 標本.

最初の試み解読法: IL暗号オフィス

第一次世界大戦に勝った連合は敗北のコミュニケーションに興味を失いました. 監視活動はほとんどして完全に停止しました 1926, 正確にいつエニグマの使用開始. 唯一のポーランド, ドイツとロシアの間に挟ま, 彼は、一定かつ持続的な通信監視アクションを動作させるために占有されています

ドイツ. 具体的には、特別なオフィスと呼ばれます 暗号ビューロー, ポーランドオフィスフィギュア, 彼は、メッセージの分析を担当し、最初のワーキンググループは、エニグマが運営コーディングに対処するために設立されました. 作品は、いくつかの有望な結果を持っていました, 少なくとも最初, 11月まで 1931, スパイの仕事のおかげでエニグマの軍事バージョンのレプリカを生成することができました. エニグマによって提供されるセキュリティなど、非常に疲れる仕事の始まりは、マシン自体ではない表現されました, しかし、組み合わせの非常に高い数で鍵を見つけるために毎日監視します. これは、後でメッセージごとに新しいキーを採用しました。, そのメッセージキー. この鍵は、メッセージの先頭に一列に毎日繰り返し2倍アライメントキーを使用して送信され、示されました, 敵にエニグマを解読するために使用リピート. だから、メッセージキーは、マシンシングルポストの新しい構成を調整するために使用されました. 例えば、毎日FBKは、キーとVHBのキーメッセージである場合 (両方とも交換器の方向を示します), 送信者のオペレータは明確でメッセージの先頭として入力VHBVHBう. メッセージを暗号化することにより、我々はそれらの文字がGHUBJEなる置きます (エニグマが自動的に各文字の後に熱交換器の構造を変更したので、文字列の最初の半分は、後者とは異なることに留意すべきです). メッセージキーを暗号化した後、オペレータは、VHBの交換および暗号化メッセージ自体を置きます. 受信者は、FBKの上に車をチューニング, 毎日の鍵, そして彼は、受信したメッセージの最初の6つの文字を解読しました, その後、キーメッセージを作りました, 彼はVHBの交換を置くだろうし、テキストを解読できました. 責任者に続き 暗号ビューロー 彼らは、エニグマによって生成されたメッセージを解読するための研究を行うには数学者を募集することにしました. 彼らは、ポズナンの大学でコースを整理し、これらの数学的な暗号化を選択しました, 明るいは間違いなく若かったです マリアン・レイェフスキ (フィギュア 9).

見習いRejewskiの短い期間がエニグマで動作するように設定した後. 驚くべきことは、3ヶ月以内にすることをあなたが最初のメッセージの復号化の上に得ることができた通信キーメッセージの先頭の二重の繰り返しの明るさのおかげであります. メッセージの主な繰り返しは、各通信の始めに連続して2回暗号化されたキーメッセージでした. これは、第一及び第四の文字が交換の位置に密接に関連していたことを意味しました, 同様に2番目と5番目と3番目と6番目. メッセージが傍受されたとしてRejewski新素材は、対応表を完成しなければなりませんでした. 彼らのおかげで、彼は簡単にメッセージを解読するために管理しました. Rejewskiは、計画することができた後, その処分でエニグマコピーの一部を適応, 毎日キーの追求をautomatizzavaデバイスをすばやくチェック 17576 交換機の回転子の位置を見つけるための組み合わせ. これらのデバイスは、「爆弾」と呼ばれていましたし、, 熱交換器は、並列に働いて六つの異なる必要な6つの「​​爆弾」の位置に配置することができるので. エニグマは、暗号化プロセスを自動化表現していたとして、, そうRejewskiの「爆弾は、」自動復号化を表します. の終わり 1938 エニグマのメッセージを解読におけるポーランドの成功は、機械の安全性を高めるために起因する新たな施策の導入に重い打撃を被りました. 実際には、間 1938 と 1939 ドイツ人は、暗号化ルールを変更し、ローターの数を増加させました 3 A 5 ポーランドの方法は、その有効性の多くを失ったように、. 当時オフィスポーランドの数字によってエニグマメッセージの復号化は、時折ました.

新しい交換器との組み合わせの数が渡されます 6 A 60 これは必要他の建設 54 「爆弾」, Biuro Szyfrowの予算のために不可能だった何か. 可能なキーの数を、複数のソケットパネルへの追加と交換手紙はの20に12から行ってきました-20持ち込みます 159 億億. Biuro Szyfrowはエニグマの進捗状況を開示することを決定した後、その後ためのイベントの圧力の戦争はますます一定になったとき, これまで秘密, フランスとイギリスのような、より強力かつ豊富な同盟国を可能にするように、, 作業を継続するために模索, どのように成功を見つけるためにドイツを防止, 彼はブレッチリー・パーク・グループの暗号解読に生まれました.

ブレッチリー・パーク

中旬には 1939 暗号解読の研究では、中の滞留にイギリスに移住しました。 バッキンガムシャー 命名 ブレッチリー・パーク. この町では、本部を置きました。 政府コードとサイファー学校 (GC&CS).

組織 インテリアは、トピックを扱って、単一のオフィスに基づいていました, その後、部門は「小屋」で呼ばれていました. 各小屋には、番号と異なるタスクを対応しました, シャックで例えば 6 彼はエニグマのメッセージを解読競っ. サービスに採用する人の数は200を通過しました 1939 およそ7000紛争の終わりの. Capannaの研究 6 不可欠でした, ブリテンの戦いの際に暗号解読は、多くの場合、RAFは、場所やドイツの襲撃の時にコマンドを提供することができましたことを考慮すると、. ポーランドの暗号解読によって送信概念からスタート, 英語の同僚は、キー日々の発見を容易にし、他の抜け穴を見つけることができました, これは、彼らはいわゆる「cillies」. 「cilly」エニグマは、マシンの建設に関連していない欠陥ました, しかし、間違った使用にそれがあった場合に. 多くのオペレータは、キーボード上の3つの隣接する文字のキーメッセージとして使用していました, それは、簡単にキー自体を推測するために作られました. その他のエラーが予測するキーを困難にしようとしている暗号の編集責任者の仕事でした, 同じキーの数に制限を課し. 彼らは、誰もが2日連続で同じ位置を占めると、各文字が先行し、および/または以下の1と混同されるべきではないと交換することができなかったことを確立しました. これらの措置は、の50％以上の削減につながりました 熱交換器の英語cryptoanalystsのためのかなりの円滑化への配置数. 最も危機的な状況は、その使用中のマシンを持っていた連続進化にエニグマ解読法を作られて, CGのすべての従業員による巨大な努力がありました&CSとエニグマの敗北に最も重要な貢献をしてました従業員の間で アラン・チューリング, 最高の決定不能な問題の彼の研究とその普遍的なアルゴリズムのソルバーのために知られています, 現代のコンピュータの理論を見越し.

チューリングは、傍受されたメッセージの多くは、むしろ剛性構造を持っていたし、それが頻繁に起こっているという事実上解読の新しい方法を確立するための素晴らしい洞察力を持っていたことを定期的に送信されたメッセージ (そのような天気予報など) 彼らは、固定位置で同じ言葉を持っていました. 例えば、メッセージのいくつかのタイプの2行目の最初の6つの文字は、単語「湿潤」に対応しました (天気). これは、暗号解読の専門用語では「ベビーベッド」と呼ばれていたもので構成しました, すなわち暗号解読ないの考察に基づいて控除することができ平文のフラグメント.

チューリングは、特定のベビーベッドに焦点を当てて、再びチェーンに発見します, しかし、彼らはベビーベッドで平文の文字と暗号化されたテキストを懸念しました.

図では 13 それは可能ベビーベッドとその連結を示しています. 図中の連結を分析することnell'assetto「A」を識別することが可能です, 「E」としてエニグマ暗号「W」, しばらくnell'assetto "A + 1", エニグマ暗号「と」どのように「T」, 最後に "A + 3" nell'assetto, エニグマcifra "t" は "W" 来ます. この単純な例からチューリングマシンの入力と次の次の出力との間に敷設されたケーブルで三エニグママシンを接続し、ループ内の関係のすべての意味を開発し、これに基づいて電気回路を設計しました同図に示す論理図 14.

このスキームは、正しい構造が見つかったときにオンされるバルブを介して自動検証プロセスを実現しました. 図中の複数のソケットパネルに課せられる特定の接続の回路図を示していることに注意してください, 暗号解読の時点でどの, それは知られていない問題です, その後、回路は、複数のソケットへのパネルの効果を無効にするように構成されなければなりません, L1における第2グループの入力と熱交換器の第1グループの出力を接続するだけでよいので. この値が知られていなかったのでリンクする必要がありました 26 第一のグループとの出力 26 形成する第2の入力 26 回路, 各クロージャを強調するためにバルブを備えました. 終わりに, 熱交換器の正しい方向を発見, 回路の一方は、バルブの点火を引き起こす閉じられます. しかし、今まで、私たちはまだローター交換の可能性を考慮されていません. 我々は仮説を立て、その交換mutasseroオリエンテーション毎秒, すべての方向の操作を完了するために5時間の制御がかかったでしょう, より多くの我々は、特定の並列処理が必要になり、この制御を達成するために. だから、ローターは使用している場合でのみ3を含む、5と暗号機使用可能でした 60 組み合わせ, それはすべての条項を制御することが推定されました

それが必要でした 60 3台のマシンのグループが並行して作業します. 考慮すべき別の態様は、複数のソケットパネルの構造を決定するために、部分的に復号化された暗号文で動作する必要があったということです. 私たちは「チューリング爆弾」と呼ばれたかの主な特徴を概説しています, このようなマシンは、平均費用を持っていました 100000 ポンドは完全に開始のために初めて実現されました 1940. それぞれの爆弾は、電気的に接続されている交換機エニグマの12グループから構成されていました. 最初のプロトタイプは非常によく動作しませんでしたし、建物の完成は、エニグマの使用におけるいくつかの注目すべき変化と一致しました, 主に彼がメッセージキーを繰り返し停止しました, これは爆弾「アニュス・デイ」と呼ばれる改良版の構築につながりました.

チューリング爆弾のこのバージョンでは、最大60分に戻って、毎日のキーに行く機会がありました, しかし、その動作が完全に自律的かつ使用スタッフの独立していませんでした. 車の主な問題は、「ベビーベッド」からスタートする必要でした, それは暗号解読をした仮説にだけでした, 特定の単語が明確に特定の位置にあるであろうことを想像. イベントではベビーベッドの予測に誤りがあったこと, 仮定の平文と暗号文を解析することにより、そのエラーに気づくことができました. プロセスを理解するために、我々は例を作ります, 暗号文のプレーンテキスト部分の次のベビーベッドではなく、あなたはそれが正しい文字に接続されたのセキュリティを持っています.

予測が間違っていたことを理解するのに役立つ可能性があり事, 文字間の位置合わせをしました, riflessoreエニグマは手紙が彼女自身として暗号化することはできませんでした, その後、考慮される例は、間違ってアライメントがなければなりません, 重複明らかで「E」と「E」、暗号化以来、. 物事は左に位置の最初の行を移動することで変更しないでください, しかし、右へのシフトを作ることは許さアライメントされ、その後、自動的にキー毎日の検索に使用することができました.

REFERENCES

• エニグマ教授の博物館. トム・ペレラのPh. D. http://w1tp.com/enigma

• マリアン・レイェフスキ – エニグマ暗号を破るにおける順列の理論の応用 - 1977: HTTP://www.impan.gov.pl/Great/Rejewski/article.html

• アラン・チューリングの人生: HTTP://www.turing.org.uk/

• エニグマとその復号化のための方法には: HTTP://www.cs.miami.edu/home/harald/enigma/