Циклометр

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Приблизительный внешний вид Циклометра, созданного Реевским в середине 1930-х годов для каталогизации (англ.)русск. перестановок Энигмы.
1. Закрытая крышка первого набора роторов
2. Открытая крышка второго набора роторов
3. Реостат
4. Набор ламп
5. Набор переключателей
6. Буквы латинского алфавита[1]

Циклометр — устройство, разработанное, вероятнее всего, в период с 1934 года по 1935 год польским криптологом Марианом Реевским — сотрудником польского Бюро шифров секции BS-4, которая занималась криптоанализом немецких систем шифрования. Данное устройство позволяло значительно облегчить расшифровку текста, зашифрованного немецкой портативной шифровальной машиной Энигмой.

История[править | править исходный текст]

В октябре 1932 года, в рамках секретной операции, Реевский в одиночку был направлен на работу над расшифровкой новой немецкой шифровальной машины «Энигма I», которая получила широкое распространение у немецких войск.

Разгадав схему внутренней электропроводки роторов с помощью разведданных, предоставленных французскими шпионами, несколько позже Реевский понял, что, хотя конкретные буквы полностью зависели от дневной настройки «Энигмы», но количество цепочек и букв в них задавалось только настройками роторов.

Циклометр, созданный в 1934 или 1935 году, использовался для определения длины и количества циклов перестановок, создаваемых Энигмой.

Реевский писал, что полезность каталога характеристик зависела от количества контактов, которые использовали немцы на своих машинах Энигма, и от воссоздания ключей сообщений. Подготовка каталога была трудоемким процессом и заняла более года, но когда он был полностью готов, то в 1935 году дневные ключи можно было получать в течение примерно пятнадцати минут.

С 1 ноября 1937 года немцы изменили «реверсивный барабан» или «рефлектор», что вынудило Бюро шифров начать работу над новым каталогом характеристик. Реевский писал, что задача, решенная благодаря нашему большому опыту, вероятно, могла быть решена несколько быстрее, чем за год.

15 сентября 1938 года немцы полностью изменили процедуру шифрования ключей сообщения, сделав каталог характеристик совершенно бесполезным, поэтому польские криптографы были вынуждены искать другие методы для расшифровки Энигмы, что привело к созданию «Криптологической бомбы» Реевского и перфорированных листов Зыгальского.

Предпосылки создания[править | править исходный текст]

Следующие инструкции расшифровки, прилагаемые к шифровальной машине Энигма, использовались немецкими военными формированиями до 15 сентября 1938 года, а немецкой службой безопасности вплоть до 1 июля 1939 года.

Энигма эксплуатировалась для расшифровки сообщений следующим образом. Первым делом оператор устанавливал роторы в первоначальную позицию, определенную для текущего дня. Потом он менял положение соединительных проводов на коммутационной панели, вставляя их в соответствующие разъемы. Затем он независимо выбирал уникальный ключ для данного сообщения, представляющий из себя три буквы, зашифрованные дважды. В результате чего он получал шесть букв, которые ставил в начало сообщения. Исходя из этого, можно сделать вывод, что уникальные ключи текущего дня имели две отличительные особенности:

  1. Шифрование всех ключей сообщений начиналось с одной и той первоначальной позиции, которая был неизвестна криптологу.
  2. Каждый ключ был зашифрован дважды, поэтому первая буква совпадала с четвертой, вторая с пятой, а третья с шестой.

Таким образом, если иметь достаточное количество сообщений для данного дня (около 80), то все буквы алфавита встретятся в начале сообщений во всех шести позициях. В каждом месте они образуют взаимно уникальный набор букв, меняясь друг с другом местами, то есть они являются перестановками. Эти перестановки, обозначенные соответственно буквами от «А» до «F», криптолог не знает, но переходы от первых букв к четвертым, от вторых к пятым и от третьих к шестым также образуют перестановки, известные ему. Они являются результатом предыдущих AD, BE и СF перестановок, которые могут быть представлены в виде дизъюнктивных продуктов циклов, а затем записаны в характерной форме, как правило, различной для каждого дня.

Например:

  • AD = (dvpfkxgzyo) (eijmunqlht) (bc) (rr) (a) (s)
  • BE = (blfqveoum) (hjpswizrn) (axt) (cgy) (dl) (k)
  • CF = (abviktjgfcqny) (duzrehlrrpsmo)

Это множество перестановок, полученных из начала перехваченных сообщений, представляло отправную точку для расшифровки Энигмы. Тем не менее, реконструкция самой машины была необходимым, но недостаточным условием для овладения шифром Энигмы и непрерывного «взлома» в течение длительного периода времени. Также нужно было разработать методы для быстрого восстановления ежедневных ключей.

Формулы для перестановок AD, BE и CF показывали, что так называемая S-перестановка влияет исключительно на буквы внутри циклов, включающих в себя перестановки AD, BE и CF, но не изменяет фактическую конфигурацию этих циклов. В Энигме находятся три ротора, которые могут быть размещены на оси в шести различных позициях. Роторы могут содержать 26*26*26 = 17 576 различных позиций, а можно составить лишь шесть их уникальных последовательностей, поэтому каталог характеристик содержал 6*17575 = 1055456 записей. Если бы существовала машина, которые могла бы сосчитать длину и количество циклов, то эти каталогизированные данные для перестановок AD, BE и CF можно было бы сравнивать каждый день с другими перестановками подобной конфигурации. Такое устройство было разработано и создано.

Строение и принцип работы[править | править исходный текст]

Циклометр стал первой машиной, созданной из компонентов Энигмы. Он использовался для взлома зашифрованных сообщений, однако позволял лишь составлять необходимые таблицы заранее, вместо того, чтобы непосредственно расшифровывать информацию, перехваченную в конкретные дни.

Циклометр содержал в себе копии соответствующих рефлекторов в закрытой электрической цепи. Он также состоял из двух комплектов роторов Энигмы, связанных друг с другом и расположенных так, чтобы первый ротор в каждом наборе отстоял на три позиции от роторов в двух других. Данное устройство имело эбонитовую панель, на которой располагались наборы ламп и переключателей, а также буквы латинского алфавита. Все компоненты были подключены к 26 проводам, которые соединяли между собой наборы роторов. Переключатель не гасил лампу, соответствующую ей.

Электрическая проводка, проходящая через роторы циклометра и связывающая их расположение, давала характеристики, соответствующие уникальному, буквенному циклу, который создавался с помощью имитации дневного ключа. Они могли быть выведены на панель циклометра с помощью лампового интерфейса.

Положения роторов менялись вручную шаг за шагом. Для каждой позиции нужно было нажимать кнопку и записывать количество зажженных лампочек. Затем нужно было нажимать кнопку, соответствующую лампочке, которая еще не зажглась для текущей позиции. Такие действия необходимо было повторять до тех пор, пока все сообщения не разбивались на группы разных размеров. Пройдясь по всем положениям, можно было получить соответствующие определенным настройкам роторов характеристики, которые впоследствии были бы каталогизированы.

Созданная таким образом таблица использовалась тогда, когда индикаторы Энигмы показывали результат двойного шифрования в соответствии с первоначальными настройками машины в течение всего определенного дня.

Из перехваченных сообщений можно было составить алфавит, основанный на показаниях индикатора Энигмы. Поскольку первоначальные настройки были всегда одинаковыми, то, если первая буква настроек выбиралась оператором как «A», то два следующих алфавита использовали бы те же самые первоначальные настройки и имели бы ту же позицию для следующих трех букв. Поэтому, если индикаторы показывали замену X—Q для одного сообщения, то во всех остальных сообщения, в которых «A» была первой буквой стартовых настроек, сохранялась бы замена X—Q. Таким образом можно было составить алфавит, в котором буква «X» становилась буквой «Q» и так далее.

Особенность этого алфавита заключалась в том, что он обладал свойством циклического разложения — он оставался бы прежним при изменении коммутационной панели. То есть алфавит мог быть составлен следующим образом: три буквы, которые оставались бы таким же; две пары букв, которые менялись бы местами друг с другом; и одна группа из трех букв, в которой каждая была бы заменена следующей.

Характеристики трех алфавитов, созданных на основе дневных показаний индикатора Энигмы, соответствовали бы трем последовательным алфавитам в таблице, получаемой с помощью циклометра до тех пор, пока основные настройки выбирались так, что средний ротор проходил по первым шести буквам.

Но, начиная с 15 сентября 1938 года, циклометр, перестал выполнять свою задачу. Немцы стали использовать совершенно новые правила шифрования ключей сообщения. Отныне оператор Энигмы мог сам выбирать основную позицию для каждого зашифрованного ключа, имея при этом возможность каждый раз её менять. Ключ, как и прежде, зашифровывался дважды. К несчастью, основная позиция, известная криптологам, теперь различалась для каждого сообщения, следовательно, больше не было циклов перестановок AD, BE и CF в ежедневных характеристиках, чьи конфигурации могли быть найдены в каталоге.

См. также[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

  • Marian Rejewski (1981). How Polish Mathematicians Deciphered the Enigma. Пер. с польского Christopher Kasparek. Online version (PDF)  (англ.)
  • Marian Rejewski (1982) Mathematical Solution Of The Enigma Cipher.Online version (PDF)  (англ.)

Примечания[править | править исходный текст]

  1. U-571 - BREAKING the CODE at BLETCHLEY PARK (англ.). awesomestories.com. Проверено 18 ноября 2013.