Как сделать энигму
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 18.09.2024
Хрусталев Артем Олегович 1 , Замуруев Иван Николаевич 1 , Иванов Вадим Вадимович 1
1 Московский технологический университет (МИРЭА), студент института высоких технологий
Аннотация
В данной статье будут изучены алгоритмы и принцип работы шифровальной машины Энигма.
Актуальность данной темы заключается в изучении основ реализации шифровальных алгоритмов на примере машины Энигма.
В работе рассмотрены принцип работы машины, а также особенности ее шифра.
Hrustalev Artem Olegovich 1 , Zamuruev Ivan Nikolaevich 1 , Ivanov Vadim Vadimovich 1
1 Moscow Technological University (MIREA), student, Institute of High Technologies
Abstract
This article will be studied the algorithms and the principle of the Enigma cipher machine.
The relevance of this topic is to study the foundations of the implementation of cryptographic algorithms on the example of the Enigma machine.
The paper discusses the principle of operation of the machine, as well as the peculiarities of its cipher.
Само создание и использование Энигмы представляло собой историю прорыва в достижениях криптографии, господство самых смелых идей, возвышение долга над человеком, победы и поражения.
История возникновения Энигмы берет свое начало в далеком 1917 году, когда голландец Хьюго Александр Кох оформил патент на электрическую роторную шифровальную машину. В 1927 году Кох передает свои права Артуру Шербиусу. Начиная с 1925 года и вплоть до конца Второй Мировой Войны, было произведено более 100 000 машин. В других странах чертежи Энигмы использовались для создания своих машин.
А теперь рассмотрим принцип работы Энигмы, которая работает на трех роторах. Машина включала в себя четыре отсека: три служат для роторов и один – для расположения в нем рефлектора. По своему строению ротор имел 26 сечений, по одному в соответствии каждой букве латинского алфавита; кроме этого в нем было 26 контактов, которые служат в качестве элементов соединения с другими роторами. В то время как оператор нажимает на кнопку, цепь в шифровальной машине замыкается, после чего появляется зашифрованная буква. Цепь замыкалась также при помощи рефлектора.
После отражения на рефлекторе производятся обратные операции тем, что были проделаны выше. В результате на выходе будет получена зашифрованная буква “V”. Приведенный выше принцип действия Энигмы является достаточно простым. В связи с этим было принято решение по модернизации шифровальной машины. Были приняты меры по внедрению коммутационной панели, назначение которой заключалось в попаренной смене мест букв. Более наглядное представление алгоритма иллюстрировано на Рис. 2.
| 1 | R=R+A | 1 | P=N+C |
| 2 | Y=U+(V-R) | 2 | A=H-(C-V) |
| 3 | V=O+(C-V) | 3 | W=A-(V-R) |
| 4 | K=M-C | 4 | W=N-R |
Как видно, реализация шифровальной машины имеет ряд уникальных свойств:
P – мощность алфавита, N – количество роторов.
По мимо этого на период смены алфавита шифра влияет правила вращения ротора;
© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.
Во время войны он, как и многие другие математики (а также лингвисты, египтологи, шахматисты и даже составители кроссвордов), работал в так называемой Правительственной школе кодов и шифров, расположившейся в имении Блетчли-парк в Англии и являвшейся операционным и интеллектуальным центром работы по перехвату и расшифровке коммуникаций противника.
Мы совершенствуем наши технологии, наращиваем вычислительную мощность день ото дня, но базовые принципы работы с информацией и ее защиты меняются гораздо медленнее, и прошлое по-прежнему несет в себе много полезных уроков.
В закладки
Много было рассказано о гениальности Тьюринга, его беспокойной личной жизни и трагически ранней смерти. В Голливуде даже был снят фильм о нем. Но как много вы знаете о машине, которую он построил, о принципе взлома машины, и о влиянии, которое она оказала на ход войны?
Делимся неизвестными фактами об изобретении Тьюринга.
1. Тьюринг придумал свою машину не сам
На самом деле гениальное изобретение Тьюринга, машина Bombe, является продолжением работы польских математиков Мариана Реевского, Генрика Жигальского и Ежи Розыцкого .
Как работала именно машина Bombe, остаётся загадкой, но при использовании шести таких машин параллельно, важнейший Enigma Ringstellung (порядок расположения кодирующего кольца) мог быть обнаружен всего за пару часов.
2. Немцы усовершенствовали Enigma
В какой-то момент немецкие шифровальщики обнаружили и устранили слабость двойного шифрования. Тогда британцам потребовалось более продвинутое решение, и к работе подключился Тьюринг и его команда.
Другой любопытной подсказкой для Тьюринга была неспособность Enigma закодировать букву как саму себя. То есть S никогда не могла быть S.
3. Enigma стала практически идеальной
Даже с учётом всех минусов Enigma, взломать код было практически нереально. Не хватало времени или рабочей силы для проработки всех возможных комбинаций. Это связано с тем, что каждое письмо в момент ввода в машину Enigma, каждый раз шифровались по-разному.
Таким образом, даже если угадать одно ключевое слово, предлагающее подсказки, для взлома кода потребовалось сократить шансы 158 962 555 217 826 360 000 к 1 – точное число способов настройки машин Enigma.
Мало того, каждый день нужно было взламывать новый код, чтобы учесть изменение настроек немцами в полночь.
4. Команда Тьюринга пошла от обратного
С помощью проверочной машины процесс повторялся до тех пор, пока не был найден правильный ответ.
Это дало взломщикам часть ключа, но не весь. Затем приходилось использовать полученные знания и выяснить остальную часть ключа.
5. Машина Тьюринга сегодня стоит 320 миллионов рублей
Прототип декодера был построен за 100 000 фунтов стерлингов, что сегодня составляет около 4 миллионов фунтов стерлингов. Почти 320 миллионов рублей по текущему курсу!
По сути, бомба Тьюринга представляла собой электромеханическую машину, состоящую из 36 различных машин Enigma, каждая из которых содержала точную внутреннюю проводку немецкого аналога.
Каждый из трёх роторов движется со скоростью, имитирующей саму Enigma, проверяя приблизительно 17 500 возможных позиций, пока не находится совпадение.
6. Гений Тьюринга повлиял на исход войны
После того, как машина Enigma была взломана, 211 машин Bombe были построены и работали круглосуточно. Они были размещены в разных местах по всей Британии, на случай возможных взрывов, которые могли уничтожить эти очень сложные и дорогие образцы.
Из-за нехватки захваченных машин Enigma британские шифровальные машины Typex были преобразованы в работающие машины Enigma.
По мнению многих экспертов, изобретение Тьюринга позволило сократить войну на два года.
Банк Англии выпустит купюру номиналом 50 фунтов в честь Тьюринга
За заслуги Алана Тьюринга Национальный банк Англии к концу 2021 года выпустит купюру с лицом ученого. Номинал — 50 фунтов стерлингов.
Также на банкноте разместят цитату математика и ленту с его датой рождения, записанные в двоичном коде.
В закладки
История декодирования этой немецкой шифровальной машины стала легендой и триумфом Алана Тьюринга. При этом до сих пор не все понимают, в чем именно состоял подвиг британца.
В 1928 году военные специалисты по заказу Вермахта переработали конструкцию гражданских шифровальных машин, сконструировав модель Enigma-G, которую двумя годами позже модифицировали в версию Enigma-I. Именно этот аппарат 1930 года стал основой для множества версий, которые во время Второй Мировой использовали самые разные военные службы. Существовали варианты Enigma с количеством роторов от 3 до 8. Правда, восьмироторная версия, созданная специально для высших армейских структур, довольно быстро была выведена из эксплуатации из-за ненадежности.
Благодаря Реевскому стало понятно, что количество кодовых цепочек в 3 824 262 831 196 002 461 538 раз меньше, чем предполагалось ранее.
Видимо, догадавшись о том, что их шифры могут быть прочитаны, немецкие криптографы начали гораздо чаще менять конфигурацию положения роторов машины. А осенью 1938 года принцип шифрования был изменен, что сделало невозможным распознавание шифрограмм на основе прежних методов. Однако Реевский со своими коллегами раскусил эту уловку, состоявшую в так называемом удвоении ключа и являвшуюся, по сути, криптографической ошибкой.
Погоня за ошибками и перебор вариантов
Гений, которого оценили слишком поздно
И тем не менее: сегодня имя Тьюринга знакомо большинству людей. В честь гения назван принцип полноты по Тьюрингу, тест Тьюринга и машина Тьюринга, а также одна из самых престижных премий в области информатики. В кино Алана сыграл жутко модный Бенедикт Камбербэтч, а в Манчестере ему поставлен памятник.
Читайте также: