Az Enigma rejtjelező gép

1857. augusztus 5-én lefektettek egy 4300 km-es kábelt az Atlanti-óceán fenekén, amivel összekapcsolták Angliát és az amerikai kontinenst, evvel megerősítve a társadalmi és gazdasági kapcsolataikat. Ennek segítségével az információt elektromos jelekké alakítva gyakorlatilag azonnal át lehetett küldeni a világ túlsó felére. Részvényjegyek és pénz utalások: ezek voltak a Western Union által kitalált kereskedelmi alkalmazások, amivel beindult a globális kommunikáció új korszaka. [Rádió] Bejelentés. Németország megszállta Lengyelországot, és több bombatámadást hajtott végre. Általános mozgósítást rendeltek el Angliában és Franciaországban. Ebből következik, hogy országunk háborúban áll Németországgal. ... ami a háború igazi oka, ami ma fenyegeti az emberiség szabadságát. (olaszul kiabál) (japán beszéd) A japánok légitámadást intéztek a hawaii Pearl Harbour ellen, jelentette be Roosevelt elnök. (német kiabálás) A második világháború alatt a német, olasz és japán hadsereg méretét jóval meghaladta a szövetségesek serege. Az egyetlen esélyük a győzelemre az volt, hogy képesek legyenek meglepetésszerű támadásokat indítani különféle helyeken. A titkosítási technológia célja az volt, hogy automatizálják a véletlen átkulcsolást rejtjelező gép segítségével. Ideális esetben a gép egy input betűt kap, azt véletlenszerűen eltolja, és kiadja a kódolt betűt. Azonban minden gép ugyanazon elv szerint működik. Egy kezdeti beállítással indulnak, kapnak egy inputot, amivel elvégeznek egy műveletet majd előállítanak egy outputot. A művelet a kezdőállapottól a végállapotig mindig megjósolható és megismételhető. A cél olyan megegyező gépek készítése volt, ami egy titkos eltolási sorozatot eredményez, és ami csak sokára ismétlődik. (mechanikus kattogás) Alíz és Bob így tudnak azonos eltolási sorozatot generálni: Először is ugyanolyan gépük kell hogy legyen, és meg kell egyezniük egy kiinduló állapotban, ami a kulcsbeállítást jelenti. Majd mindketten ugyanúgy állítják be a gépüket, és ugyanazokat a műveleteket hajtják végre, ami ugyanazt a sorozatot eredményezi. Abban az időben a legmodernebb technológia a forgó kódtárcsás rejtjelező gép volt. Mindannyian ismerjük a kilométeróra mechanikus működési elvét, ami sokára fogja csak ismételni magát. Most képzeld el, hogy összekeverjük a kilométeróra kerekein a számokat. Amikor elmozdul, akkor egy új eltolást generálunk úgy, hogy összeadjuk a kerekeken található számokat Nagyjából ezen elv alapján működik a forgó kódtárcsás rejtjelező gép. Például a „Támadás északnyugaton" üzenetet így kódoljuk be: Figyeld meg, hogy az üzenet minden betűjéhez más eltolást használunk. Három 26 betűs tárcsával az ismétlődés nélküli sorozat hossza 26-szor 26-szor 26. Ez olyan, mintha 17 576 számból álló eltoláslistád lenne. Ez azért van így, mert a tárcsák minden állása ennek a halmaznak egy eleme. A gép kiinduló beállítását kódkulcsnak, az összes lehetséges kulcsbeállítást pedig kulcstérnek hívják. Ez a kulcstér a gép kiinduló beállításainak számával együtt nő. Például ha a tárcsák sorrendjét változtatni lehet, akkor azt hatféleképpen választhatjuk meg. Vizsgáljuk meg közelebbről a kulcsteret! Először kiválasztunk egyet a hat lehetséges tárcsasorrendből, majd választunk egy kiinduló pozíciót a tárcsákhoz. Ez több, mint 100 000 beállítást tartalmazó kulcsteret jelent. Ne feledd, a gép minden lehetséges beállítása ennek a térnek egy elemét jelenti. Amikor kiválasztunk egy kódkulcsot, akkor ennek a térnek választjuk meg a kezdőpontját, ami azután meghatározza az eltolási sorozat többi elemét. Ha a kódkulcs kitudódik, a teljes eltolási sorozatra fény derül. A forgótárcsás rejtjelező biztonsága a kódtér méretétől és a kódkulcsok véletlenszerűségétől függ. A második világháború alatt a német hadsereg által használt legjelentősebb titkosítási eljárás az Enigma volt. Ez egy elektromechanikus forgótárcsás gép, amit egy német mérnök készített az első világháború vége felé. A tárcsák mindkét oldalán érintkezők voltak, amikhez bonyolult áramkörök kapcsolódtak. Minden tárcsaálláshoz tartozott egy áramköri útvonal a bemeneti betűtől minden kimeneti betűhöz. Amikor a tárcsa elfordult, minden betűhöz új útvonal létesült. A háború alatt folyamatosan növelték az Enigma kulcsterét, hogy azt még erősebbé tegyék. Ilyen módosítás volt például, hogy hozzáadtak egy negyedik tárcsát, és 60-ra emelték a gépbe betehető tárcsák számát. Ez lényegesen megnövelte a kulcstér méretét. A háború vége felé az Enigmát több, mint 150 millió millió millió módon lehetett beállítani. Egy adott üzenet kulcsbeállításának kitalálására körülbelül annyi volt az esély, mint megjósolni, mit kapunk, ha 26 kockát feldobunk. Ez a németeknek megadta azt a biztonságot, hogy még ha a szövetségeseknek lenne is egy Enigmájuk, akkor se tudnák megvizsgálni az összes beállítási kulcsot. Ahhoz, hogy két fél kommunikálni tudjon az Enigmával, az kellett, hogy előbb egyeztessék a napi kulcsbeállítást. Ez tette lehetővé, hogy egyformán állítsák be készülékeiket. Ez a protokoll a háború során többször megváltozott, de legtöbbször az operátoroknak előre kiosztottak kulcstáblázatokat. Minden nap az operátor levágta a napi beállítást, ami megmutatta a gépek aznapi beállítását, melyik tárcsát és milyen sorrendben kell használni. Ezt a kulcsbeállítást használat után megsemmisítették. Egy fontos lépést viszont az operátorra bíztak. Nekik kellett kiválasztani véletlenszerűen a tárcsák induló pozícióját a kommunikáció megkezdése előtt. Néhány fáradt operátor elkövetett egy egyszerű hibát. Mi ugyanezt a hibát követjük el, amikor beállítunk egy biciklizár kombinációt, mert hajlamosak vagyunk arra, hogy a cilindereket a kiindulóponttól csak kevéssel fordítsuk el, vagy hogy újra felhasználjunk egy gyakori jelszót. Ez elrontotta az eredeti tárcsabeállítás egyenletes eloszlását, és többszöri megfigyelések során a szövetségesek teljesen vissza tudták fejteni a tárcsák huzalozását. A második súlyos hiba a tervezésből eredt, nem az eljárásból. Az Enigmát úgy tervezték, hogy az input betű soha ne egyezzen meg a rejtjelezett betűvel. Ha vesszük a rejtjelezett betűt, mondjuk L-et akkor kizárhatod, hogy az eredeti betű L volt. Amit a rejtjel erősségének gondoltak, tervezési hibának bizonyult. (vízcsöpögés) Ez egy kódtörő géphez vezetett, amit eredetileg a lengyelek dolgoztak ki, és később angol-amerikai összefogással finomítottak. A Bomba több összekapcsolt Enigma tárcsa volt, ami több kulcsbeállítást tudott nagy sebességgel ellenőrizni. Kihasználta azt, hogy bizonyos gyakori szavak benne voltak az eredeti szövegben, például időjárás. Ezeket crib-nek (bölcső) hívták. A crib-et tartalmazó üzenet esetén a Bomba végigellenőrizte az összes lehetséges tárcsa beállítást és sorrendet, hogy megtalálja a lehetséges kulcsot, mindössze percek alatt. Ez a gép lehetővé tette a szövetségeseknek, hogy kibocsátásuk után néhány órával elolvashassák a német parancsokat. Ez végzetes csapást jelentett harci stratégiájukra, mivel a szövetségesek előre látták a következő lépésüket. Egy tény azonban megmarad: A véletlen átkulcsolás automatizálásának első kísérlete megbukott. Ha az operátorok kockadobással döntöttek volna a kezdeti beállításról, a szekvencia kezdőpontja egyenletes eloszlású lett volna. Ez megakadályozta volna a tárcsák huzalozásának visszafejtését. Ha az Enigma lehetővé tette volna, hogy a betűk saját magukra kódolódjanak, a Bomba nem tudta volna kihasználni a crib-eket. Ez arra kényszerítette volna a szövetségeseket, hogy a teljes kódteret vizsgálják meg, ami a leggyorsabb számítógéppel is lehetetlen. Az ismétlődés csökkenti a kódteret. Ellenkező esetben a második világháború kimenete drasztikusan másként alakulhatott volna.