Enigma (znaczenie tajemnica, zagadka), to niemiecka elektromechaniczna maszyna szyfrująca z okresu II wojny światowej, której opis wyjaśniający jej budowę i zasadę działania na poziomie popularno-naukowym zamieszczony jest w Wikipedii , https://pl.wikipedia.org/wiki/Enigma.
Enigma działa na zasadzie szyfru polialfabetycznego, który wykorzystuje podstawienia wieloalfabetowe tzn szyfr taki składa się z n przekształceń, takich że pierwszą literę szyfruje się pierwszym przekształceniem, drugą drugim itd. Następnie przekształcenia są powtarzane, począwszy od litery n+1. Przykładami szyfrów polialfabetycznych są szyfr Vigenere’a i szyfr Beauforta. W przypadku Enigmy tych podstawień dokonują wirniki elektromechaniczne zawierające krosowane pozycje 26 liter alfabetu łacińskiego po obu ich stronach, w liczbie od 3 do 5.
Wirniki są ze sobą sprzężone mechanicznie co pozwala na realizacje podstawień liter kodowanej informacji przez obracające się wirniki, każdorazowo w innej kombinacji połączeń, podczas wprowadzania kolejnych liter. Maszyna szyfrująca będąca protoplasta sławnej Enigmy została opracowana i opatentowana przez Artura Schrebiusa w roku 1918, której idea przedstawia opis patentowy DE416219A Chiffrierapparat .
Istota wynalazku polegała na zastosowaniu wirników szyfrujących obracanych na wspólnej osi, które zapewniały realizacje szyfrowania wprowadzanych liter alfabetu według zdefiniowanego systemu. Sposób szyfrowania i deszyfracji ilustrują rysunki opisu (6, 7 ), które dla uproszczenia zagadnienia przyjmują zastosowanie jedynie dwóch wirników szyfrujących w obwodzie elektrycznym, zasilanym z napięcia baterii, który tworzony jest również przez klawisze przełączników kodowanych liter alfabetu oraz lampki podświetlające zaszyfrowanych symboli liter. Podczas szyfrowania (rys.6 ) litera d jest zamieniana na F przez krosowane wirniki 2a, 2b ., natomiast podczas deszyfrowania (rys.7) litera F zamieniana jest z powrotem na d po dokonaniu zmiany kierunku przepływu prądu w obwodzie elektrycznym na przeciwny. Oznacza to, że do przeprowadzenia procesu deszyfracji należy zastosować przełącznice obwodów elektrycznych, która zapewni odwrotny kierunek przepływu prądu przez wirniki 2b i 2a.
Wersja handlowa Enigmy zgodnie z patentem US1657411 CIPHERING MACHINE z roku 1928 (aplikacja patentowa 1923 roku) posiadała postać maszyny do pisania oraz urządzenia do szyfrowania i i deszyfracji danych w postaci alfabetu łacińskiego wprowadzanych z klawiatury maszyny do pisania;.
W tej wersji Enigma mogła pracować w trzech trybach:
– maszyny do pisania, sprzężonej z dalekopisem, do wysyłania tekstów jawnych;
– szyfratora danych literowych wysyłanych następnie dalekopisem;
– deszyfratora odebranych zakodowanych danych literowych.
Wersja ta posiadała cztery wirniki kodujące, które były zamontowane obrotowo na stałej osi oraz specjalny cyfrowy licznik mechaniczny rejestrujący liczbę wysłanych danych kodu literowego. Do przełączania trybów pracy Enigmy zastosowano specjalny przycisk szyfrator / deszyfrator, który zapewniał odpowiednie krosowanie obwodów elektrycznych tzn.: podczas szyfrowania, kierunek przepływu sygnałów elektrycznych odpowiadających kodowanym literom był od wirnika 6 do 9.; podczas gdy podczas deszyfrowania kierunek przepływu sygnałów elektrycznych był odwrotny – od wirnika 9 do 6.
W podstawowej wersji wojskowej Enigmy, wyposażonej w 3 wirniki szyfrujące, zastosowano bęben odwracający, który realizował powrót sygnału z ostatniego wirnika szyfrującego z powrotem do wirnika początkowego. W ten sposób Enigma realizowała 7 kolejnych podstawień tzn.: przez 3 wirniki szyfrujące, bęben odwracający oraz 3 wirniki w kierunku odwrotnym. Powodem dodania bębna powrotnego była realizacja wymagań technicznych dotyczących zwiększenia złożoności kodu oraz wyeliminowania przełącznika szyfr/deszyfr, który stanowił skomplikowany element maszyny oraz był źródłem błędów w przypadku gdy operator zapomniał o w/w przełączniku podczas deszyfracji w warunkach wojskowych.
Dodatkowo dodano do tej wersji Enigmy łącznice wtyczkową, której przeznaczenie można porównać do dodatkowego bębna szyfrującego mieszającego zarówno połączenia pomiędzy klawiaturą a wejściowym wirnikiem szyfrującym jak i pomiędzy wejściowym wirnikiem szyfrującym a panelem z lampkami. Obsługa łącznicy polegała na łączeniu par liter alfabetu za pomocą kabli połączeniowych, co w efekcie umożliwiało wykonanie 13 połączeń krosujących ( w praktyce liczba ta wahała się w zakresie od 6 do 10 par).
Schemat funkcjonalny okablowania Enigmy https://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Enigma_wiring_kleur.svg wskazujący przepływ prądu podczas naciskania litery ‘A’, która kodowana jest jako ‘D’. Litera ‘D’ daje także ‘A’ w wyniku, ale ‘A’ nigdy nie jest ‘A’.
Według danych literaturowych dodanie bębna odwracającego paradoksalnie uprościło system kodowania Enigmy z powodów błędów kryptologicznych, które polegały na tym, że :- bęben odwracający spowodował, że Enigma stał się maszyną odwracającą tzn przykładowo dla danej konfiguracji wirników szyfrujących litera A jest zaszyfrowana w F , lecz przy tej samej kombinacji wirników litera F zostanie zaszyfrowana w A; -zastosowanie bębna uprościło dodatkowo kod z powodu faktu, że żadnej litery alfabetu nie można było zaszyfrować w nią samą.
Zasada szyfrowania meldunków za pomocą Enigmy polegała na wprowadzeniu po obu stronach jednakowych kluczy dziennych lub nawet jednorazowych dla danej transmisji kodu informacji. W skład klucza Enigmy wchodziła definicja numeru oraz kolejności wirników szyfrujących ( przykładowo wybór 3 pośród 5 a nawet 9 wirników będących na wyposażeniu), ustawienie początkowe wirników, oraz sposób połączeń krosujących na łącznicy kablowej.W przypadku długich szyfrogramów przekraczających 250 znaków meldunek był dzielony, a każda część wysyłana była przy użyciu innego klucza.
Wywiady angielski i francuski znały zasadę działania Enigmy, ale z uwagi na liczbę możliwych kluczy dziennych rzędu 10 do potęgi 16 uznał że jej szyfr jest niemożliwy do złamania. Zadanie deszyfracji Enigmy powierzono zespołowi trzech polskich matematyków w składzie: Marian Rajewski Henryk Zygalski oraz Jerzy Różycki, którzy dokonali rzeczy niemożliwej tzn. opracowali metody matematyczne deszyfracji różnych kodów Enigmy wojskowej w latach 30-tych XX wieku, które następnie zostały przekazane Francuzom i Anglikom, przed wybuchem II wojny światowej.
Przedstawiona analiza patentowa stanowi próbę odtajnienia danych Enigmy, która podlegała mutacji z wersji handlowej do wersji wojskowej szeroko stosowanej podczas II wojny światowej oraz przyczynek do podkreślenia geniuszu polskich matematyków, którzy złamali kod Enigmy.
Zostaw odpowiedź