Cryptanalysis "Enigma" - a német "Enigma" titkosítógép kriptoanalízise a második világháború alatt , amelyet a lengyel és a brit titkosszolgálatok erői végeztek. Az üzenetek megfejtése jelentős mértékben hozzájárult a náci Németország legyőzéséhez .
Az Enigma titkosítást először a lengyel " Cipher Bureau "-ban fejtették meg 1932 decemberében . Négy titkosszolgálati tiszt, Marian Rejewski, Jerzy Różycki, Henryk Zygalski és Johann Reuclid francia hírszerzési adatok, matematikai elmélet és reverse engineering módszerek segítségével kifejlesztett egy speciális eszközt a kódolt üzenetek visszafejtésére, amelyet kriptológiai bombának neveztek .
Az "Enigma" elektromos forgó rejtjelező gép története 1917 -ben kezdődik a holland Hugo Koch szabadalommal . A következő évben a szabadalmat Arthur Scherbius vásárolta meg , aki kereskedelmi tevékenységet folytatott azzal, hogy a gép másolatait eladta magánszemélyeknek és a német hadseregnek és haditengerészetnek [1] . Az 1920-as évek közepéig az eladások alacsonyak voltak, részben a magas ár miatt [2] .
1924 júniusában a brit titkosítási szolgálat ( 40. szoba ) érdeklődött a gép tervezése iránt. Erre a célra az Enigmát gyártó német Chiffrier-maschinen AG cégtől egy sorozat gépet vásároltak. Az ügylet egyik feltétele volt a szabadalom bejegyzése a Brit Szabadalmi Hivatalnál, melynek köszönhetően a kriptográfiai szolgálat hozzájutott a kriptográfiai séma leírásához [2] .
1925 - től kezdve , amikor a német hadsereg megkezdte a titkosítógép tömeges beszerzését, és a második világháború végéig körülbelül 200 ezer gépet gyártottak [2] . 1926 óta a német flotta, 1928-tól pedig a szárazföldi erők használja a gépet . A biztonsági szolgálatban és a hírszerzésben is alkalmazták [2] .
Az Enigmával titkosított üzenetek első lehallgatása 1926-ból származik. Ezeket azonban sokáig nem tudták elolvasni. 1929 januárjában véletlenül bekerült a varsói vámhivatalba egy doboz az Enigma kereskedelmi változatával. Németország kérte a doboz visszaszolgáltatását, ami után a lengyelek érdeklődni kezdtek a tartalma iránt. A lengyel Cipher Bureau megbízásából a gépet az AVA szakemberei, köztük annak vezetője, Anthony Palth kriptoanalitikus tanulmányozták, majd a dobozt elküldték a német nagykövetségre. A gép tanulmányozása nem tette lehetővé az üzenetek megfejtését, sőt, a német hadsereg az Enigma saját, továbbfejlesztett változatát használta [2] .
1928-1929-ben Lengyelországban szervezték meg az első kriptográfiai matematikai kurzusokat. A közönség kéttucatnyi német nyelvtudó matematikus volt. A tanulók közül hárman – Marian Rejewski , Henryk Zygalski és Jerzy Rozhitsky – a Cipher Bureau szolgálatába álltak . Ezt követően ők fogják megkapni az első eredményeket az Enigma kód megnyitásakor [2] .
1931-ben a német védelmi minisztérium rejtjelező irodájának alkalmazottja, Hans-Thilo Schmidt , aki már Ashe ügynöke lett, megkezdte az elavult kódok átadását a francia hírszerzésnek, amelyeket hivatalos kötelességei szerint meg kellett semmisítenie. és átadta az Enigma katonai verziójának használati utasításait is. Az okok között, amelyek Hans-Thilót erre késztették, többek között az anyagi jutalmak, a hazája iránti neheztelés, amely nem értékelte az első világháborúban elért sikereit , valamint testvére, Rudolf Schmidt katonai karrierje iránti irigysége [1] . Az első két dokumentum a "Gebrauchsanweisung für die Chiffriermaschine Enigma" [3] és a "Schlüsselanleitung für die Chiffriermaschine Enigma" [4] volt . A francia és a brit hírszerzés azonban nem mutatott érdeklődést a kapott adatok iránt – talán azt hitték, hogy lehetetlen kinyitni az Enigma rejtjelét. Gustave Bertrand francia hírszerző ezredes átadta az anyagokat a lengyel " Cipher Bureau "-nak, és 1939 őszéig folytatta az ügynök további információinak átadását [1] .
A beérkezett dokumentumoknak köszönhetően a kriptoanalitikusok tudták, hogy az üzenet titkosításához a gépkezelőnek ki kell választania a kódkönyvből az úgynevezett napkulcsot , amely a következőkből állt: [5] :
Az operátornak azonban nem kellett volna a nap kulcsot használnia az üzenetek titkosításához. Ehelyett az operátor egy új hárombetűs kulcsot talált ki ( németül: Spruchschlüssel ), és kétszer titkosította a napi kulcs segítségével. Ezt követően a forgórészek beállításai a kitalált kulcsnak megfelelően módosultak, és az üzenetet titkosították [6] .
1932 decemberében Rejewski kódkönyveket kapott napi kulcsokkal 1932 szeptemberére és októberére. Ezek az anyagok lehetővé tették a rotorok belső elektromos vezetékeinek helyreállítását és az Enigma katonai változatának megépítését (volt már kereskedelmi forgalomban is, de ennek a rotorok elektromos vezetéke eltérő volt) [7] . Sem ő, sem kollégái nem fértek hozzá a kódkönyvekhez, bár "Ashe" ügynök sikeresen szállította őket. Ez valószínűleg annak volt köszönhető, hogy a hatóságok rá akarták kényszeríteni a kriptoanalitikusokat, hogy találjanak egy napi kulcsot kódkönyvek nélkül, hogy felkészüljenek arra a pillanatra, amikor az ügynök már nem tudja ellátni őket [6] .
Marian erőfeszítései az üzenetküldési protokoll sérülékenységének, nevezetesen az üzenetkulcs ismétlődésének elemzésére irányultak. A napi üzenetekből az első hat betűt választották ki, és ezek alapján egy megfelelési táblázatot állítottak össze (a példák Singh [6] könyvéből származnak ):
1. üzenet | L | O | K | R | G | M | … | |
2. üzenet | M | V | T | x | Z | E | … | |
3. üzenet | J | K | T | M | P | E | … | |
4. üzenet | D | V | Y | P | Z | x | … |
1. levél | A | B | C | D | E | F | G | H | én | J | K | L | M | N | O | P | K | R | S | T | U | V | W | x | Y | Z |
4. levél | P | M | R | x |
Ha volt elég üzenet, akkor a táblázat teljesen megtelt.
1. levél | A | B | C | D | E | F | G | H | én | J | K | L | M | N | O | P | K | R | S | T | U | V | W | x | Y | Z |
4. levél | F | K | H | P | L | W | O | G | B | M | V | R | x | U | Y | C | Z | én | T | N | J | E | A | S | D | K |
A táblázat teljes verziójának sajátossága az volt, hogy miközben a napi kulcs változatlan, a táblázat tartalma sem változik. És nagy valószínűséggel fordítva. Lehetne egy katalógust összeállítani a táblázatokból ... de ezek száma 26!, ami ezt a munkát belátható időn belül lehetetlenné teszi. Reevsky megpróbált elkülöníteni néhány mintát a táblázatokból, vagy találni néhány szerkezeti mintát. És sikerült neki. Elkezdett gondolkodni a következő formájú levélláncokon [6] :
1. levél | A | B | C | D | E | F | G | H | én | J | K | L | M | N | O | P | K | R | S | T | U | V | W | x | Y | Z |
A→F→W→A | ↓ | ↓ | ↓ | |||||||||||||||||||||||
4. levél | F | K | H | P | L | W | O | G | B | M | V | R | x | U | Y | C | Z | én | T | N | J | E | A | S | D | K |
A teljes táblázat példájában 4 ilyen lánc található fent:
Marian következő felfedezése az volt, hogy bár az egyes betűk teljes mértékben a napi Enigma beállításától függtek, a láncok és betűk számát csak a rotorok beállításai határozták meg. Mivel a rotorok száma 3 volt (de tetszőleges sorrendben lehetnek), és a kezdeti beállítás a latin ábécé három betűjéből állt, a lehetőségek száma . Ez lényegesen kevesebb volt, mint , ami lehetővé tette az épített (vagy ellopott) Enigma gépek felhasználásával az összes lehetséges láncot tartalmazó katalógus összeállítását. Ez a munka csaknem egy évig tartott, de ennek eredményeként sikerült elolvasni a német levelezést [6] .
Amint Singh megjegyzi, a probléma két komponensre (rotor-beállítások és dugaszolólap-beállítások) való felosztása tette lehetővé Rejewski számára, hogy megbirkózzon ezzel a feladattal, valamint a Cipher Bureau matematikusai és Schmidt [6] segítsége is :
Ashe iratai a mennyből mannává váltak – minden ajtó ugyanabban a pillanatban kinyílt.
Eredeti szöveg (angol)[ showelrejt] Asche iratait úgy fogadták, mint a mennyei mannát, és minden ajtó azonnal kinyílt. – Marian Rejewski [6]A nappali forgórész beállításainak visszaállítása után maradt a dugaszolólap beállításainak kiderítése. Titkosítási szempontból ez egy egyszerű monoalfabetikus rejtjel volt , amely ráadásul csak 6 pár betűcserére korlátozódott. A szöveget gyakran nem is frekvencia-kriptoanalízisnek kellett alávetni, hanem csak olyan sorokat kellett megnézni, mint az „alliveinbelrin” ( Berlinbe érkezik az R ↔ L helyettesítővel) és más, „szemmel” helyreállítható sorokat [6] .
1934-ben Németország elkezdte újrakonfigurálni a rotorok helyzetét minden hónapban, nem pedig minden negyedévben. Marian Rejewski erre válaszul tervezett egy "ciklométer" nevű eszközt, amely lehetővé teszi a ciklusok katalógusának gyors újraalkotását [8] .
1938. szeptember 15- én Németország megváltoztatta a titkosítási eljárást, lehetetlenné téve a ciklométerrel összeállított katalógusok használatát. A lengyel kriptográfusok kénytelenek voltak más módszereket keresni a visszafejtéshez. Ilyen volt a bombagépek és a Zygalski-féle perforált lapok alkalmazása [7] .
1938. december 15-én Németország hozzáadta a 4. és 5. rotort, 1939. január 1-jén pedig 6-ról 10-re növelte a csatlakozók számát. Mindez jelentősen megnehezítette az Enigma kriptoanalízisét [6] [7] .
1939 nyarán , amikor nyilvánvalóvá vált a lengyelországi invázió elkerülhetetlensége, az iroda átadta munkája eredményét a brit és francia hírszerző szolgálatoknak. Bár a lengyel matematikusok soha nem tudták feltörni a titkosítást, az eredmények között szerepeltek a gép "élő" másolatai, és az elektromechanikus "Bomba", amely két páros Enigmából állt és segített a visszafejtésben, valamint egyedi kriptoanalízis technikák [1]. .
Az Enigma feltörésének további munkája a Station X-ben, egy titkos brit hírszerző központban, később Bletchley Park néven zajlott .
Alistair Denniston veterán katonai hírszerző tisztet nevezték ki a projekt vezetőjének . A megfejtő munkát Denniston kollégája , a neves nyelvész és kriptoanalitikus, Alfred Knox ( " Dilly" Knox ) vezette a 40-es szobában . A munka általános megszervezéséért Gordon Welchman matematikaprofesszor volt felelős . Denniston intelligencia alapján kezdett kriptoanalitikusokat toborozni: nyelvészeket, matematikusokat, sakkozókat, bajnok keresztrejtvényfejtőket , egyiptológusokat és még paleontológusokat is . 1] . Különösen a híres sakkmester, Stuart Milner-Barry volt az egyik első , akit elfogadtak . A matematikusok között volt egy fiatal cambridge-i logikaprofesszor, Alan Turing [1] [Megjegyzés. 2] .
Az ellenséges rádióüzenetek lehallgatását több tucat vevőállomás végezte, amelyek kódneve „ Y-station ” volt. A Bletchley Park naponta több ezer ilyen üzenetet kapott. A Bletchley Parknak az Enigma pontos másolata állt a rendelkezésére, így az üzenetek megfejtése a lemezek telepítésének és a későbbi modelleknél a plug-in kapcsoló kiválasztására szorítkozott. A feladat bonyolultságát nehezítette, hogy a rotorok beállításai naponta változtak, így a dekódoló szolgáltatások éjjel-nappal, három műszakban működtek [Megjegyzés. 3] .
Az Enigma kialakítása helyes használat esetén szinte teljes titoktartást biztosított [Megjegyzés. 4] . A gyakorlatban azonban az Enigma német használói gyakran hanyagul viselkedtek, és támpontokat adtak a brit elemzőknek (az ilyen nyomokat az angol diákszlengben bölcsőnek nevezték ). Az ilyen hibák felhasználásán és rendszerezésén alapult a visszafejtési módszer.
Tippek bármilyen gyakran ismétlődő szöveg, például üdvözlet, számok (kiejtés szerint kódolva: „egy”, „kettő” stb. [5. megjegyzés] ). Minden nyom bekerült egy kartotékba (Index) a kontextussal együtt: a rádiós kézírása, az adás helye és ideje stb.
A szükséges számú nyom hiányában, különösen a nagyobb hadműveletek előestéjén, különleges intézkedéseket tettek azok megszerzésére. Ennek a technikának a kódneve " kertészet " ( angolul gardening ) volt. Például a következő sarki konvoj indulása előtt demonstratív bányászatot hajtottak végre a tenger egy bizonyos szakaszán. Ha az ellenség közölte az aknamentesítés eredményeit, megjelölve a korábban ismert koordinátákat, ez megadta a kívánt támpontot.
A Bletchley Park egyik fő teoretikusa Alan Turing volt . A lengyel anyagok tanulmányozása után Turing arra a következtetésre jutott, hogy az üzenetek teljes felsorolásával a korábbi megközelítést többé nem lehet alkalmazni. Egyrészt több mint 30 lengyel típusú gép megalkotására lenne szükség, ami sokszorosa az "X állomás éves költségvetésének", másrészt várható volt, hogy Németország ki tudja javítani azt a tervezési hibát, amelyen a lengyel módszer alapult. . Ezért kidolgozta saját módszerét, amely a forrásszöveg karaktersorozatainak felsorolásán alapul.
Hamarosan a németek egy kapcsolókészülékkel egészítették ki az Enigma tervezését, ezzel jelentősen bővítve a kódopciók számát. A briteknél felmerült problémát Gordon Welchman oldotta meg , javaslatot téve az "átlós tábla" kialakítására. E munka eredményeként 1940 augusztusában megépült a Bombe kriptoanalitikus gép [Megjegyzés. 6] . Idővel több mint 200 gépet [1] telepítettek a Bletchley Parkba , ami lehetővé tette a visszafejtési arány napi két-háromezer üzenetre való növelését [9] [Megjegyzés. 7] .
Bár a Bombe részleteiben némi változáson ment keresztül, általános megjelenése változatlan maradt: egy körülbelül egy tonnás szekrény, két-három méteres előlap és rajta 36 rotorcsoport, mindegyikben három. A gép használata különleges készségeket igényelt, és nagymértékben függött a kísérők – a Haditengerészet Női Kisegítő Szolgálatának önkéntes női – képzettségétől [Megjegyzés. 8] . Ezt követően, amikor a munka egy része az Egyesült Államokba került, a technológiákkal együtt az alkalmazottak egy részét elküldték [1] .
Németország időről időre szerkezeti változtatásokat hajtott végre a gépen, vagy valamilyen módon megerősítette a kriptográfiai védelmet. Ilyen esetekben a Bletchley Park kriptanalitikusai tehetetlenek voltak, és sürgősen további munkára volt szükség, hogy megtalálják a változások leírását, vagy legalább az Enigma utasításainak és gépeinek új másolatait [1] .
1940 -ben a német haditengerészet néhány változtatást hajtott végre az autón. A brit kriptaelemzők csak az U-110 tengeralattjáró 1941. május 9-i elfogása után tudták megérteni a változásokat [1] .
1942- ben , egy négyrotoros gép üzembe helyezése után a Bletchley Park hat hónapig nem tudta megfejteni az üzeneteket. Csak 1942. október 30-án a Petard tengeralattjáró-elhárító hajó , két tengerész élete árán, elfoglalta a modernizált Enigmát az U-559- es tengeralattjáróról [1] .
1944. június 4-én az amerikai haditengerészet elfogott egy Enigma titkosítógépet kódokkal az U-505 tengeralattjárón .
Ez az én piszkos tyúkom, aki aranytojást toj, de nem kacsint.
Winston Churchill a Bletchley ParkbanA brit kormány mindent megtett annak érdekében, hogy elrejtse a német titkosítások megfejtésében elért sikerét mind az ellenség, mind a Szovjetunió vezetése elől. Ennek érdekében az Ultra program adatain alapuló minden tevékenységet elfedő műveleteknek kellett kísérniük, elfedve a valódi információforrást [Megjegyzés. 9] . Tehát az Ultra-tól a Szovjetunióba történő információtovábbításhoz a svájci Lucy szervezetet használták, amelynek a legenda szerint a német vezetés csúcsán volt egy forrása. A Lucytól kapott információkat a szovjet hírszerzés svájci rezidense, Rado Sándor továbbította a Szovjetuniónak [Megjegyzés. 10] .
Fiktív felderítő repüléseket, rádiójátékokat stb. használtak az Ultra álcázására .
Az Ultra program létezését szigorúan korlátozott kör ismerte, létszáma körülbelül tíz fő volt. A szükséges információkat a hadsereg és a haditengerészet parancsnokainak főhadiszállására kirendelt hírszerző egységek hálózata juttatta el rendeltetési helyére. Ugyanakkor az információ forrását nem hozták nyilvánosságra, ami néha oda vezetett, hogy a brit parancsnokság alábecsülte az Ultra meglehetősen megbízható információit, és nagy veszteségeket szenvedett (lásd: A Glories repülőgép-hordozó halála ).
A Nagy-Britannia által kapott információk között szerepelt a Szovjetunió megszállásának előkészületeiről szóló információ is . A forrás felfedésének kockázata ellenére az információt továbbították a szovjet kormánynak [10] . Sztálin azonban azt követelte, hogy az információ három független forrásból származzon [11] [12] [Megjegyzés. 11] .
Annak ellenére, hogy féltek attól, hogy Németország képes hallgatni a szovjet rádiókommunikációt, Churchill 1941. július 24-én elrendelte, hogy az Ultra-hadművelet eredményeként megszerzett információkat osszák meg a Szovjetunióval , feltéve, hogy a forrás kompromittálásának veszélyét teljesen kizárják [13]. [Jegyzet. 12] .
Egyes szerzők rámutatnak arra, hogy modern szemmel nézve az Enigma titkosítás nem volt túl megbízható [1] . Abszolút megbízhatósága azonban egy időben nem ébresztett kétséget a német szakemberekben: a háború legvégéig a német parancsnokság bárhol kereste a minősített információk kiszivárogtatásának okát, de nem az Enigma nyilvánosságra hozatalában. Ezért vált a brit kódtörők sikere különösen értékes hozzájárulás a nácizmus feletti győzelemhez.
A háború vége után szinte az összes megfejtő gép megsemmisült. A 21. század elején brit rajongók egy csoportja újraalkotta a Colossus gépet [Megjegyzés. 13] , ami körülbelül 10 évig tartott [9] .
A második világháború kriptográfiája | |
---|---|
Szervezetek |
|
Személyiségek | |
Rejtjelek és titkosító eszközök | |
Kriptanalitikai eszközök |