| bomba | |
|---|---|
| Típusú | visszafejtő gép |
| Gyártó | Kormányzati Kommunikációs Központ |
| Kiadási dátum | 1940. március 18 |
| szerint gyártva | 1944. szeptember |
| processzor | 108 forgó elektromágneses dob |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
A Turing Bombe egy elektronikus-mechanikus gép az Enigma kód megfejtésére .
Az Enigma kód megfejtésére szolgáló első eszközt, a " kriptológiai bombát " lengyel matematikusok alkották meg a második világháború előestéjén . E fejlesztés alapján és angliai alkotóinak közvetlen támogatásával egy „fejlettebb” egységet terveztek [Megjegyzés. 1] .
Bomba fő célja az volt, hogy megtalálja az Enigma gépezet napi beállításait különböző német katonai alakulatoknál: különösen a rotorok helyzetét. A forgórészek helyzete határozza meg a titkosított üzenet kulcsát.
A munka elméleti részét Alan Turing készítette . Az Enigma rejtjelező gépben megvalósított algoritmus kriptográfiai elemzésével kapcsolatos munkája a gép korábbi verzióinak korábbi kriptográfiai elemzésén alapult , amelyet 1938-ban Marian Rejewski lengyel kriptoanalitikus végzett el . A Turing által kifejlesztett dekódoló működési elve az volt, hogy felsorolja a rejtjelkulcs lehetséges változatait és megpróbálja visszafejteni a szöveget, ha ismert volt a visszafejtendő üzenet szerkezete vagy a nyílt szöveg egy része.
Az első bombát 1940. március 18-án bocsátották fel. A Turing Bombe gép 108 forgó elektromágneses dobból és számos egyéb segédegységből állt. 10 láb (3,0 m) hosszú volt, 2,1 méter magas, 0,61 méter széles és 2,5 tonnát nyomott. Sorozatgyártásban 1944 szeptemberéig készültek , amikor is a háború lefolyása szükségtelenné tette számuk növelését. A gép minden egyes lehetséges kulcsértéknél, amelyet a forgórészek pozíciói adtak, ellenőrizte az ismert egyszerű szöveget [Megjegyzés 2] .
Összesen 210 Bombe típusú gépet telepítettek a Bletchley Parkba , amelyek naponta akár 3 ezer üzenet visszafejtését is lehetővé tették. Ez jelentősen hozzájárult a brit háborús erőfeszítésekhez, különösen a tengeralattjárók elleni harcban az Atlanti-óceánon .
Az "Enigmát" a németek csak hadműveleti-taktikai szintű rádiós tárgyalásokra használták. Más kódot használtak a felsővezetői tárgyalások kódolására – „ Lorenz ” [Megjegyzés. 3] . Ez a kód sokkal bonyolultabb volt, és más módszerekre és eszközökre volt szükség a visszafejtéséhez.
A háború után Churchill titoktartási okokból elrendelte az Ultra program minden anyagi nyomának megsemmisítését , beleértve a Bombe gépeket is.
A brit történelem szerelmesei több mint 60 év után helyreállítottak egy Turing Bombét; a részletes rajzok és magyarázatok ellenére (a komplett készletet 2 évig szerelték össze), 10 évet töltöttek rá.
Az Enigma ( más görög szóból: αἴνιγμα - rejtvény) egy hordozható rejtjelező gép, amelyet titkos üzenetek titkosítására és visszafejtésére használnak. Pontosabban, az Enigma az 1920-as évek óta használt elektromechanikus forgógépek egész családja.
Az "Enigma" úgy működött, hogy folyamatosan változtatta az elektromos áramkört a belső forgórészek forgása miatt, amelyeken keresztül az áram folyt. Valahányszor megnyomtak egy betűt a billentyűzeten, a gép kiadott egy titkosított betűt, és a rotorok új pozícióba költöztek. Így működött a többalfabetikus helyettesítési titkosítás. A többalfabetikus rejtjel egyszerű változata a Vigenère-rejtjel . Ez egy meglehetősen kriptográfiailag erős titkosítás a maga idejében – a kulcsszó ismerete nélkül nagyon nehéz volt feltörni.
A gép megfelelő használatával nagyon magas fokú biztonság érhető el. Az Enigma kódoló 3-5 rotorból áll, 26 elektromos érintkezővel. Amikor megnyomtak egy gombot a billentyűzeten, az elektromos áram a scrambler jobb végén lévő felvevő dobon keresztül áramlott, majd egy sor rotoron keresztül egy reflektordobba, amely visszavezette a jelet a rotorokon és a felvevődobon keresztül.
A többi forgógéphez hasonlóan az Enigma is mechanikus és elektromos alrendszerek kombinációjából állt. A mechanikus rész tartalmazott egy billentyűzetet, egy sor forgó lemezt - rotort, amelyek a tengely mentén és mellette helyezkedtek el, valamint egy lépcsős mechanizmust, amely minden billentyűleütéssel egy vagy több rotort mozgatott.
A gép működési elvének magyarázatához kérjük, tekintse meg a fenti ábrát. A diagram leegyszerűsített: valójában a mechanizmus 26 izzóból, kulcsokból, csatlakozókból és a rotorokon belüli elektromos áramkörökből állt. Az áram áramforrásból (gyakran akkumulátorból) (1) egy kapcsolón (2) keresztül a patch panelre (3) ment. A patch panel lehetővé tette a billentyűzet (2) és a rögzített beviteli kerék (4) közötti kapcsolatok újrakapcsolását. Ezután az áram áthaladt a jelen példában nem használt csatlakozón (3), a bemeneti keréken (4) és három (hadsereg modellben) vagy négy (haditengerészeti modellben) rotor kapcsolási rajzán (5) és belépett. a reflektort (6). A reflektor visszavezette az áramot, a rotorokon és a bemeneti keréken keresztül, de más úton, majd a „D” csatlakozóhoz csatlakoztatott „S” csatlakozón, egy másik kapcsolón (9) keresztül, és a villanykörte kigyulladt.
Így az elektromos áramkör állandó változása, amelyen az áram átfolyt, a forgórészek forgása miatt lehetővé tette egy polialfabetikus helyettesítő titkosítás megvalósítását, amely akkoriban magas titkosítási stabilitást adott.
A német Enigma gép üzeneteinek megfejtése csak akkor lehetséges, ha ismerjük a kulcsot, vagyis a rotorok helyzetét.
A "bomba" megismétli több egymáshoz kapcsolt Enigma gép működését. A standard Enigma három rotorral rendelkezik, amelyek mindegyike 26 pozíció bármelyikébe állítható. A Bomb gép 26 Enigma gépnek felel meg, amelyek mindegyike három tekercsből áll. A "bomba" egyidejűleg három titkos üzenetkulcson tud működni.
Az Enigma rotorokkal ellentétben a Bomba gép dobokkal rendelkezik bemeneti és kimeneti érintkezőkkel. Így sorba köthetők. Minden dobban 104 drótkefe volt, amelyek hozzáértek a betöltött lemezekhez. A kefék és a megfelelő érintkezőkészlet a lemezen négy koncentrikus, 26-os körben voltak elhelyezve. A külső körpár az Enigmán átfolyó árammal egyenértékű volt, míg a belső pár az ellenkező irányú árammal. .
A második világháború alatt Turing a Bletchley Parkban, egy brit kriptográfiai központban dolgozott, ahol az öt csoport egyikének vezetője volt – a Hut 8-nak, amelyek a Project Ultra részeként a német Enigma titkosítógép által kódolt üzenetek visszafejtésével foglalkoztak. Turing hozzájárulása az Enigma algoritmus kriptográfiai elemzéséhez a titkosítógép korábbi verzióinak korábbi kriptoanalízisén alapult, amelyet a lengyel kriptoanalitikus, Marian Rejewski készített 1938-ban.
1940 elején kifejlesztette a Bomba visszafejtő gépet, amely lehetővé tette a Luftwaffe üzeneteinek olvasását. A "Bomba" működési elve az volt, hogy felsorolja a rejtjelkulcs lehetséges változatait, és megpróbálja visszafejteni a szöveget, ha a nyílt szöveg egy része vagy a visszafejtendő üzenet szerkezete ismert volt. A billentyűket forgó mechanikus dobok válogatták szét, amit egy óra ketyegéséhez hasonló hang kísért, ezért kapta a "Bomba" a nevét. A forgórészek helyzete által adott lehetséges kulcsértékeknél (a kulcsok száma körülbelül 10 19 volt a szárazföldi Enigmánál és 10 22 a tengeralattjárókban használt rejtjelező gépeknél) a Bomba ellenőrzést hajtott végre az ismert egyszerű szöveggel szemben, elektromosan. Turing első Bletchley bombáját 1940. március 18-án bocsátották fel. A Turing-féle „Bombák” tervezése is Rejewski azonos nevű gépének tervezésén alapult.
Hat hónappal később az erősebb Kriegsmarine titkosítást is feltörték. Később, 1943-ra Turing jelentősen hozzájárult egy fejlettebb dekódoló elektronikus számítógép, a „Colossus” létrehozásához, amelyet ugyanerre a célra használnak.
A lengyel kollégák a német kriptográfusok hibáival – amelyeket azonban gyorsan kijavítottak – próbáltak meg lyukat törni a kódoláson, és megpróbálták az összes lehetséges kombináció teljes felsorolását, ami egyszerűen irreális idő- és erőfeszítést igényelt. Alan Turing egy hatékonyabb módszert javasolt: a karaktersorozatok iterációját a választott egyszerű szöveg alapján. Egyszerűen fogalmazva: elég volt minden nap felismerni vagy kitalálni az üzenetből egy-egy kis részt - ami nem is volt olyan nehéz, hiszen a német katonaság minden titok és kód ellenére meglehetősen sztereotip frázisokban kommunikált egymással - és egy mechanikus felsorolás. A latin ábécé huszonhat karakteréből álló rész határozza meg ennek a résznek a pontos helyét a teljes rejtjelezett szövegben. Turing találta ki az utolsó, a kizárás elve alapján megvalósítandó eljárást: az Enigma jól ismert sajátossága volt, hogy titkosításkor minden betűt bármilyen másikra cserélt, de nem ugyanazzal a betűvel.
Például az időjárás-előrejelzés mindig a következő szavakkal kezdődött:
WETTERVORHERSAGEBISKAYA
Tegyük fel, hogy a rejtjelezett szöveg így néz ki:
…QFZWRWIVTYRESXBFOGKUHQBAISEZ…
A betűk megfelelésének kiderítéséhez ezeket a szövegeket úgy kell párosítani, hogy a levél ne legyen titkosítva önmagába.
| K | F | Z | W | R | W | én | V | T | Y | R | E | S | x | B | F | O | G | K | U | H | K | B | A | én | S | E | Z |
| W | E | T | T | E | R | V | O | R | H | E | R | S | A | G | E | B | én | S | K | A | Y | A |
Ez a példa azt mutatja, hogy az S betű önmagába van titkosítva.
| K | F | Z | W | R | W | én | V | T | Y | R | E | S | x | B | F | O | G | K | U | H | K | B | A | én | S | E | Z |
| W | E | T | T | E | R | V | O | R | H | E | R | S | A | G | E | B | én | S | K | A | Y | A |
Így, ha a szövegek helyesen vannak leválogatva, tudjuk, hogy R az első pozícióban lévő W-t jelenti, és így tovább.
| R | W | én | V | T | Y | R | E | S | x | B | F | O | G | K | U | H | K | B | A | én | S | E |
| W | E | T | T | E | R | V | O | R | H | E | R | S | A | G | E | B | én | S | K | A | Y | A |
A titkosított betűk kapcsolatát a diagram tükrözi.
A Bomb gép működése közben a legfelső sorban elhelyezett dobok percenként 120 fordulattal forognak. Miután befejezték a teljes körforgást, a középső orsósor a következő pozícióba fordul. Így a felsorolással mindhárom orsósor egymás után megváltoztatja állapotát. Ez addig folytatódik, amíg a gép Stop jelet nem ad, vagy az orsók vissza nem térnek eredeti helyzetükbe.
A Stop jel akkor jön létre, amikor a rotorok pozíciója ugyanazt a pozíciót veszi fel, mint a titkosítás során. A kérdés az, hogy milyen feltételek mellett történnek véletlenek?
A tesztregiszter a menüben leggyakrabban megjelenő betűnek megfelelő kábelek egyikéhez csatlakozik. Minden betű egy vezetéknek felel meg, amelyet két állapot jellemez. És ugyanakkor a tesztregiszter képes meghatározni azon vezetékek számát, amelyeken keresztül az áram folyik.
Az Enigma gép indításakor feszültséget kapcsolnak egy tetszőleges vezetékre. Például az A vezeték az E kábelhez van hozzárendelve, vagyis feltételezzük, hogy az A betűhöz az E betű tartozik, és fordítva. Minden vezeték, amely az E kábel A vezetékéhez és az A kábel E vezetékéhez csatlakozik, áramot vezet. De tegyük fel, hogy a másik H vezeték aktívvá vált. Sőt, ez azt jelenti, hogy a H betű megegyezik az E betűvel, és fordítva. De az E nem illeszthető az ábécé két betűjéhez egyszerre. Így az eredeti hipotézis téves.
Felmerül egy másik kérdés: ellenőriznünk kell-e a B vezetéket az E kábelben, hogy ellenőrizzük a B és E betűk közötti kapcsolatot? Nincs szükség. A teljes keresés sok időt vesz igénybe. Érdemes megjegyezni, hogy a kulcs minden nap cserélődött. A Bomba gép néhány óra munka alatt felismerte a kulcsot. Példánkban megfigyelhetjük, hogy az áram az A, E, H kábelekhez csatlakoztatott jeladón keresztül a többi kábelhez csatlakoztatott vezetékekig fog haladni.
Vegyünk két esetet. Tételezzük fel, hogy a teljes rejtjelezett szöveg futtatása után a rotorok helyzete helyes, és a hipotézisek helyesek. Ez az eset az alábbi ábrán látható. Ebben az esetben egy stop jel keletkezik.
| A második világháború kriptográfiája | |
|---|---|
| Szervezetek |
|
| Személyiségek | |
| Rejtjelek és titkosító eszközök | |
| Kriptanalitikai eszközök | |
| Korai számítógépek | |
|---|---|
| |