Enigma (šifrirni stroj): zgodovina, delovanje in razbijanje šifer
Enigma: šifrirni stroj — zgodovina, delovanje in razbijanje šifer. Od Scherbiusa in poljske kriptoanalize do Bletchley Parka, Ultra in vpliva na izid 2. svetovne vojne.
Stroj Enigma je za Nemčijo izdelal Arthur Scherbius med prvo svetovno vojno. Gre za šifrirni stroj: način spreminjanja črk v sporočilu, tako da se zdi, da gre za šifrirane črke (ali naključne črke). Čeprav je v izvorni fazi komercialni model nastal kmalu po prvi svetovni vojni, so ga pozneje nemške vojaške enote prilagodile in dodatno otežile njegovo razbijanje z uvedbo več stopenj nastavitve.
Kako deluje Enigma
Vsakič, ko vnesete črko, se ta prikaže kot druga črka abecede. Izbire niso naključne. O njih odloča vrsta rotorjev, ki so vsak dan nastavljeni na drugačno začetno konfiguracijo. Z vsakim pritiskom na tipko se rotorji postavijo v nov položaj.
- Rotorji (Wheels): notranji rotorji so zaprta električna vezja z določenim ožičenjem; ko elektroda vstopi v rotor, izide na drugem mestu. Kombinacija več rotorjev ustvari zaporedne zamenjave črk.
- Reflektor (Umkehrwalze): vrne signal skozi rotorje, s čimer zagotavlja obratnost procesa (isto nastavitev je mogoče uporabiti za šifriranje in dešifriranje). Ena posledica reflektorja je, da nobena črka ne more biti šifrirana sama vase, kar je pomembna ranljivost.
- Steckerbrett (plugboard): zunanja plošča z zamenjavami parov črk (štiri do deset parov pri vojačnih izvedbah). Plugboard je močno povečal število možnih stanj in bil za dolgo časa glavna dodatna plast varnosti.
- Nastavitve in postopki: za vsak dan je bil določen dnevni ključ (vrsta rotorjev, vrstni red, položaji obročkov – Ringstellung, začetne položaje rotorjev, plugboard povezave). Poleg dnevnega ključa je operativni postopek vključil še način vnašanja ključa sporočila (npr. šifriranje naključnega “ključnega” niza), kar pa je bilo pogosto slabo izvedeno in je kriptoanalitikom odprlo pot do dešifriranja.
Kriptoanaliza in razbijanje Enigme
Nemška vojaška sporočila, napisana na stroju Enigma, je decembra 1932 prvi razbil poljski šifrirni urad. Kasneje so zasnovali mehanske naprave za razbijanje šifer Enigma. Od leta 1938 so strojem Enigma dodajali vse več kompleksnosti, kar je oteževalo dešifriranje.
Poljski uspeh temelji na delu matematikov in kriptologov: predvsem Marian Rejewski, Jerzy Różycki in Henryk Zygalski so s pomočjo teorije permutacij in analize ciklov prišli do spoznanja o notranjem ožičenju rotorjev. Razvili so tudi praktične pripomočke, kot so bile poljske različice bomba kryptologiczna (stroj za iskanje nastavitev) in specialne papirne metode (Zygalski listi), ki so jih uporabljali za sistematično preiskovanje možnih nastavitev.
Poljaki so 25. julija 1939 v Varšavi francoskim in britanskim obveščevalcem pokazali svojo kriptoanalizo Enigme in vsaki delegaciji obljubili poljsko izdelano Enigmo. Predstavitev je bila pomemben začetek za kasnejše britansko delo v Bletchley Parku.
"Hut 6 Ultra ne bi nikoli začela delovati, če ne bi od Poljakov pravočasno izvedeli podrobnosti o nemški vojaški različici komercialnega stroja Enigma in operativnih postopkih, ki so se uporabljali." Gordon Welchman, The Hut Six Story, 1982, str. 289.
Po napadu na Poljsko leta 1939 so mnogi poljski kriptoanalitiki odšli v zavetje zaveznikov; nekateri so v nadaljevanju sodelovali z Britanci v Bletchley Parku. Britanski in poljski doprinosi so se združili: Alan Turing je na podlagi poljskih idej in lastnih konceptov razvil izboljšano različico stroja za avtomatizirano iskanje nastavitev, imenovano Bombe, Gordon Welchman pa je uvedel ključne izboljšave v načinu iskanja in paralelizacije dela. Te strojne in matematične metode so omogočile dešifriranje velikega števila sporočil.
Operativne napake, ujetja in razvoj
Napake nemških operaterjev so pomagale pri kriptoanalizi Luftwaffejevih Enigm, Britanci pa so z ujetjem ključnih tabel in stroja iz nemške podmornice razvozlali mornariške Enigme. Pomemben primer zajema zajem materialov z nemških podmornic, kar je dalo kriptoanalitikom kritične dnevne ključe in tabele za hitrejše razbijanje sporočil—kar je bilo še posebej pomembno pri boju proti območju konvojev in podmornicam.
Vojaška uporaba Enigme je postajala vedno bolj kompleksna (npr. večji izbor rotorjev, spremembe v postopkih, uvedba dodatnih rotorjev za nekatere enote, vključno z M4 različico za nemške podmornice). Ključna so bila tudi ponavljanja in predvidljivi deli sporočil (npr. vremenska poročila, formalni uvodi ali stalne fraze), ki so omogočili statistične in strukturne napade.
Ultra in vpliv na potek vojne
Med delovanjem Bletchley Parka so britanski šifrerji s tehničnimi izboljšavami rešili veliko število sporočil iz Enigme in odprto besedilo posredovali vojaškemu osebju. Tako pridobljene informacije, ki so jih Britanci imenovali "Ultra", so bile v veliko pomoč zavezniškim vojnim prizadevanjem. Ultra je vključevala tudi dešifriranje drugih nemških, italijanskih in japonskih šifer in kod, vključno s šifro nemškega vrhovnega poveljstva.
Stroke, kot so informacije o premikih konvojev, načrtovanih napadih ali logističnih potezah, so zaveznikom omogočale odločnejše in ciljno usmerjene operacije. Številne ocene kažejo, da so bili ti priklici izjemno pomembni in so verjetno skrajšali vojno za nekaj let, čeprav točno merjenje vpliva ni enostavno.
Dediščina in muzeji
Kraljica Elizabeta II. je 15. julija 2011 obiskala Bletchley Park, kjer je stroj shranjen v muzeju, da bi se poklonila tistim, ki so tam delali, saj so z razbijanjem šifer nacistične Nemčije skrajšali vojno.
Po vojni je bilo delo na Enigmi dolgo časa tajno. Šele desetletja pozneje so zgodbe, arhivi in stroji postali javno dostopni, kar je spodbudilo tako strokovno kot širšo javno razpravo o vlogi kriptologije v vojni in etičnih vprašanjih obvladovanja z obveščevalnimi viri. Danes je več ohranjenih primerkov stroja Enigma v muzejih po svetu, raziskovalci pa še naprej proučujejo tehnične podrobnosti, operativne postopke in zgodovinske posledice razbijanja šifer.
Enigma je pomembna stran zgodovine računalništva, kriptografije in vohunskega dela: predstavlja tehnološki izziv, primer, kako lahko matematična analiza in sistematično sodelovanje premagata navidezno nepremagljive kode, ter opozorilo o pomenu varnih operativnih postopkov pri rabi kakršnekoli kriptografije.
Vojaški stroj Enigma
Trije rotorji stroja enigma
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je stroj Enigma?
O: Stroj Enigma je šifrirni stroj, ki ga je med prvo svetovno vojno za Nemčijo izdelal Arthur Scherbius. Gre za način spreminjanja črk v sporočilu, tako da se zdi, da gre za šifrirane črke (ali naključne črke). Vsakič, ko je črka vnesena, se prikaže kot druga črka abecede, izbire pa niso naključne, temveč jih določi vrsta rotorjev, ki so vsak dan nastavljeni na drugačno začetno konfiguracijo.
V: Kdo je prvi razbral nemška vojaška sporočila, ki so bila napisana na stroju Enigma?
O: Poljski šifrirni urad je bil prvi, ki je decembra 1932 razbil nemška vojaška sporočila, napisana na stroju Enigma.
V: Kako so britanski šifrerji razvozlali ogromno število sporočil s stroja Enigma?
O: Britanski šifrirniki so rešili veliko število sporočil iz Enigme s tehničnimi izboljšavami in posredovanjem informacij o odprtem besedilu vojaškemu osebju. Britanci so to imenovali "Ultra" in je bilo zelo koristno za zavezniška vojna prizadevanja.
V: Katere napake, ki so jih delali nemški operaterji, so pomagale pri kriptoanalizi Enigme Luftwaffe?
O: Napake nemških operaterjev so pomagale pri kriptoanalizi Luftwaffe Enigmas.
V: Kako je britanski zajem ključnih tabel in strojev z nemških podmornic pomagal pri razbijanju mornariških?
O: Britanski ulov ključnih tabel in strojev iz nemških podmornic je pomagal pri razbijanju mornariških, saj je zagotovil dodatne informacije o delovanju teh sistemov.
V: Kdaj je Bletchley Park obiskala kraljica Elizabeta II.
O: Kraljica Elizabeta II. je park Bletchley obiskala 15. julija 2011, da bi se poklonila tistim, ki so tam delali, saj so z razbijanjem šifrantov nacistične Nemčije skrajšali vojno.
Iskati