אניגמה
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
| הערך נמצא בשלבי עריכה הנכם מתבקשים שלא לערוך ערך זה בטרם תוסר הודעה זו כדי למנוע התנגשויות עריכה. שימו לב! אם דף זה לא נערך במשך שבוע, רשאי כל ויקיפד להסיר את התבנית ולהמשיך לערוך אותו. |
- ערך זה עוסק במכונת ההצפנה; לערך העוסק בהרכב המוזיקלי, ראו אניגמה (פרויקט מוזיקלי).
| מכונת האניגמה להצפנה |
|
מכונת האניגמה היא מכונה להצפנה ופענוח של מסרים בה השתמשו בעיקר כוחות צבא גרמניים ואיטלקים במלחמת העולם השנייה. האניגמה (תרגום: תעלומה , חידה) הומצאה בשנת 1918 על-ידי הממציא הגרמני ארתור שרביוס (Scherbius). האניגמה היותה פריצת דרך בתחום ההצפנה מכיוון שהייתה האמצעי המכני הראשון ששימש להצפנה. ייחודה של האניגמה על שיטות ההצפנה שקדמו לה היה, שלאחר הצפנת כל אות מפתח ההצפנה השתנתה, דבר שהקשה על פיצוח הצפנים שנוצרו בעזרתה שכן המכונה לעולם לא הצפינה אות מסוימת באותו האופן. שינוי הצופן בוצע על ידי מערכת של דיסקיות מסתובבות שקבעו את הצופן. לאחר הקלדת כל אות לאניגמה הדיסקיות הסתובבו, ושינו את הצופן. האפשרות לשנות את סדר הדיסקיות ואת מצבן ההתחלתי הקשה עוד על האפשרות לפצח את הצופן.
שרביוס ניסה לעניין גורמים רשמיים בגרמניה במכונה החדשה, אבל נדחה. הוא פנה לייצור מסחרי של המכונה, גרסאות שונות של האניגמה נמכרו לחברות ובנקים במדינות רבות באירופה, ואף בארצות הברית וביפן. כל אחת מהגרסאות של המכונה פעלה בעזרת שיטת פענוח שונה במקצת (לגרסה המסחרית הייתה רמת אבטחה נמוכה יותר ולצי הגבוה ביותר). בסוף שנות ה-20 אימצו אותה הצי והצבא הגרמנים. הם ערכו בה מספר שינויים שהקשו על פיצוח הצופן. לקראת מלחמת העולם השניה, הייתה האניגמה אמצעי הצופן העיקרי של הקריגסמרינה (הצי הגרמני) וצי הצוללות שלו, הצבא, הלופטוופה, המפלגה הנאצית, הגסטפו, משרד החוץ והביון של גרמניה הנאצית.
בזכות התקשורת המוצפנת שהאניגמה אפשרה, הצליח הקריגסמרינה ובמיוחד צי הצוללות להטיל מצור אפקטיבי על בריטניה, מצור שמנע הובלת מזון וציוד לחימה לאי. אילו צופן האניגמה לא היה מפוצח, המצור הימי היה ממיט אסון על תושבי האי. פיצוח הצופן הקנה לצי הבריטי יתרון משמעותי במלחמה מול חיל הים הגרמני.
תוכן עניינים |
[עריכה] תאור פעולת המכונה
האניגמה מהווה שילוב של מערכות חשמליות ומכניות. המנגנון המכני מורכב מלוח מקשים המכיל את אותיות האלף-בית; אוסף של דיסקות מסתובבות המכונות רוטורים המסודרות זו לצד זו על ציר; מנגנון פסיעה שמסובב רוטור אחד או יותר כל פעם שנלחץ מקש. המנגנון שונה בין גרסאות שונות של מכונות, אולם במנגנון הנפוץ ביותר הרוטור הימני ביותר פוסע פעם אחת לאחר כל הקשת מקש. הדבר גורר לעיתים תנועה של רוטורים שכנים. התנועה המתמשכת של הרוטורים גוררת התמרה קריפטוגרפית שונה לאחר כל הקשת מקש.
החלקים המכניים פועלים כדי ליצור מעגל חשמלי משתנה; הקידוד של אות בפועל מבוצע באופן חשמלי. כאשר נלחץ אחד המקשים, המעגל נסגר; זרם זורם דרך רכיבים שונים ולבסוף מאיר נורה אחת, משלל הנורות הקיימות, המורה על אות הפלט. לדוגמה, כאשר מקודדים הודעה המתחילה ב ANX..., המפעיל לוחץ קודם על מקש A, ואז הנורה Z עשויה להיות מוארת; Z תהיה האות הראשונה של ההודעה המוצפנת. המפעיל ימשיך על מנת להצפין את N באותו אופן וכך הלאה.
כדי להסביר את האניגמה, נשתמש בדיאגרמת החיווט שמשמאל. כדי לפשט את הדוגמה נדון רק בארבעה רכיבים. במציאות יש 26 נוריות, מפתחות, פלאגים וחיווטים בתוך הרוטורים. הזרם זורם דרך המצבר (1) דרך מתג אותיות דו כיווני הנמצא במצב לחוץ (2) אל לוח הפלאגים (3). לוח הפלאגים מאפשר חיווט מחדש של החיבורים בין לוח המקשים (2) וגלגל האתחול הקבוע (4). לאחר מכן, הזרם ממשיך דרך פלאג (3) ואז דרך גלגל האתחול (4) עובר דרך החיווטים של שלושת הרוטורים (בגרסת הוורמאכט) או של ארבע הרוטורים (בגרסת הצי) (5) ומשם נכנס למשקף (6). המשקף מחזיר את הזרם בנתיב שונה, חזרה דרך הרוטורים (5) וגלגל האתחול (4), וממשיך דרך פלאג 'S' המחובר באמצעות כבל (8) לפלאג 'D', ומשם לעוד מתג דו כיווני (9). כתוצאה מכך נדלקת הנורה.
השינויים התכופים בנתיבים החשמליים, הנובעים מסיבוב הרוטורים (שגורמים למגעי הפינים להשתנות עם כל אות חדשה שמוקלדת), מממשים את צופן פולאלפבתי שיוצר את רמת האבטחה הגבוהה של האניגמה (יחסית לתקופה המדוברת).
[עריכה] הרוטורים
פרק זה לוקה בחסר. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהשלים אותו. ראו פירוט בדף השיחה.
הרוטורים הם הלב של מכונת האניגמה. קוטרם בערך 10 סנטימטרים, וכל רוטור הוא דיסקה העשויה גומי קשיח עם אוסף של פינים מפליז הנטענים על ידי קפיץ המסודרים בצד אחד במעגל. בצד השני יש מספר תואם של מגעים חשמליים. הפינים והמגעים מייצגים את האלף-בית.
| מרכיביו של רוטור באניגמה | שלושה רוטורים ברצף | ||
|---|---|---|---|
|
|||
מכונות האניגמה של הצבא וחיל האוויר הגיעו מצוידים במספר רוטורים; בהתחלה היו רק שלושה. ב 15 לדצמבר 1938, השתנה המספר לחמישה רוטורים. הרוטורים סומנו בספרות רומיות על מנת להבדיל ביניהם : I, II, III, IV וכן V, כולם עם חריץ יחיד הממוקם בנקודות שונות בטבעת האלפבית. ייתכן שזה נועד להיות אמצעי אבטחה נוסף אך לבסוף אפשר את התקפות השעון הפולניות והתקפות הבנבוריסמוס על צופן האניגמה.
הגרסה של הוורמאכט תמיד הכילה יותר רוטורים מיתר השירותים: בתחילה היו ששה ולבסוף המספר גדל לשמונה. הרוטורים הנוספים מוספרו VI, VII and VIII, כולם עם חיווטים שונים והיו להם שני חריצים באותיות 'N' and 'A' דבר שאפשר תדירות שונה.
גרסת ה M4 של הצי, הכילה רוטור רביעי, בנוסף לשלושת הרוטורים. הרוטור הרביעי היה עשוי להיות משני סוגים Beta או Gamma. הרוטור הרביעי לעולם לא פוסע אלא ממוקם ידנית באחד מבין 26 מיקומים אפשריים.
[עריכה] תנועת פסיעה
על מנת להמנע ממימוש גרידא של צופן החלפה פשוט, חלק מהרוטורים מסתובבים עם לחיצות עוקבות של מקש. מנגנון זה מבטיח שהתמרת ההצפנה שונה בכל מצב, וכך נוצר צופן החלפה פוליאלפבתי קשה לפיצוח.
הסידור הנפוץ ביותר עושה שימוש במנגנון תפס וגלגל משונן. לכל רוטור מוצמד גלגל משונן בעל 26 שיניים;קבוצה של תפסים מושכת בשיני גלגל השיניים. התפסים נדחפים קדימה בו זמנית עם כל לחיצת מקש. אם תפס מושך בשיני הגלגל המשונן, הרוטור המתאים מתקדם פסיעה אחת.
באניגמה של הוורמאכט, לכל רוטור מוצמדת טבעת מחורצת ניתנת להתאמה. 5 הרוטורים הבסיסיים (I-V) הם בעלי חריץ אחד לכל רוטור, בעוד הרוטורים הנוספים של הצי VI, VII וכן VIII הם בעלי שני חריצים. בנקודה מסוימת, חריץ של רוטור יהיה מיושר עם התפס, וכך התפס יוכל לאחוז בגלגל המשונן של הרוטור הבא לאחר שיהיו לחיצות מקש עוקבות. כאשר תפס איונו מיושר עם חריץ, הוא מחליק מעל משטח הטבעת מבלי לאחוז בגלגל המשונן. במערכת רוטורים בעלי חריץ יחיד, הרוטור השני מתקדם פסע אחד כל 26 פסיעות של הרוטור השני. הרוטור השני והשלישי מתקדמים גם כן בו זמנית. המשמעות היא שהרוטור השני יכול לפסוע פעמיים לאחר לחיצות מקש עוקבות מה שמכונה — "פסיעה כפולה"— המביאה לידי קיצור זמן המחזור.[1]. <
הפסיעה הכפולה מתרחשת באופ המתואר להלן: הרוטור הראשון פוסע ולוקח את הרוטור השני צעד אחד קדימה. אם הרוטור השני זז עד לתעד זה לתוך מיקום החריץ שלו, התפס השלישי יכול להרפות. בצעד הבא תפס זה דוחף את הגלגל המשונן של הרוטור השלישי ומקדם אותו, אבל הוא גם ידחף לתוך החריץ של הרוטור השני ויקדם את הרוטור השני פעם נוספת ברצף.
כאשר מתבוננים בשלושה גלגלים כאשר בגלגל הראשון והשני יש חריצים בודדים, המכונה היא בעלת מחזור של 26 × 25 × 26 = 16,900 (לא 26 × 26 × 26 בגלל הפסיעה הכפולה. בתחתית העמוד קיים לינק לקובץ PDF המסביר את ה'פסיעה הכפולה').
היסטורית, הודעות הוגבלו למאות אותיות כך שלא הייתה סכנה לחזרה על מיקום כלשהו בהודעה בודדת.
כדי להשתמש ברוטורים "Beta" ו "Gamma" של הצי שהוכנסו לשימוש ב 1942 המשקף שונה לדגם דק והרוטור הרביעי המיוחד הונח כנגדו. המנגנון עצמו לא עבר תמורות. מאחר שיש רק 3 תפסים, הרוטור הרביעי לעולם לא פוסע אבל ניתן לקבוע אותו ידנית לאחד מ 26 המיקומים שלו.
כאשר לוחצים על מקש, הרוטורים פוסעים לפני שהמעגל החשמלי נסגר.
[עריכה] גלגל האתחול
גלגל הכניסה ("Eintrittswalze" בגרמנית) מחבר את לוח הפלאגים, אם קיים, או אם לא את לוח המקשים ולוח הנורות למרכב הרוטורים. בעוד שהחיווט המסוים שבו נעשה שימוש אינו בעל חשיבות באבטחת המידע הוא עדיין היווה מכשול בפני המפענח הפולני מריאן רווסקי. האניגמה המסחרית מחברת את המקשים לפי סדר הופעתם על גבי לוח המקשים :
Q
A, W
B, E
C and so on. However, the military Enigma connects them in straight alphabetical order: A
A, B
B, C
C etc. It took an inspired piece of guesswork for Rejewski to realise the modification, and he was then able to solve the equations.
[עריכה] המשקף
למעט דגמי A ו B המוקדמים, הרוטור האחרון צמוד ל"משקף", תכונה יחודית בקרב מכונות מבוססות רוטורים באותה תקופה. המשקף מחבר את המוצאים של הרוטור האחרון בזוגות ומטה את הזרם חזרה דרך הרוטורים בנתיב שונה. המשקף מוואדא שחוזק ההצפנה כחוזק הפענוח. בנוסף המשקף גורם לכך שאין אות שמקודדת לעצמה. זו הייתה טעות עקרונית שנוצלה לרוב על ידי המפענחים. במודל C המסחרי של האניגמה, ניתן להכניס את המשקף לאחד מ 26 מיקומים, אך הוא לא מש ממקומו בזמן הקידוד. באניגמה של האבווהר, המשקף "פוסע" בזמן ההצפנה בדומה לגלגלים.
[עריכה] לוח הפלאגים
לוח הפלאגים (Steckerbrett בגרמנית) מאפשר חיווט משתנה בהתאם לרצון המפעיל. הלוח הופיע לראשונה בגרסאות של הצבא הגרמני ב 1930 ואומץ עד מהרה בידי הצי הגרמני. לוח הפלאגים תורם משמעותית לחוזק ההצפנה, הרבה מעבר לתרומה שהייתה מעניקה תוספת רוטור יחיד. אניגמה ללא לוח הפלאגים יכולה להפרץ באופן פשוט יחסית באמצעות שיטות ידניות; שיטות אלה אינן מועילות כאשר מוסיפים לוח פלאגים. במקרים אלה יש צורך במכונות מיוחדות על מנת לפרוץ את הצופן.
כבל שמחובר ללוח מחבר זוגות של אותיות. למשל E וQ הוא זוג קביל. ההשפעה של החיבור היא החלפת האותיות לפני ואחרי פעולת הרוטור הראשי של יחידת הערבול. למשל, כאשר מפעיל לוחץ על E, האות מוסת ל Q לפני שנכנס לרוטורים. עד 13 זוגות כאלה יכולים לשמש בו זמנית.
זרם עובר מלוח המקשים אל לוח הפלאגים ואז ממשיך לרוטור-הכניסה. כל אות על לוח הפלאגים היא בעלת שני שקעים. הכנסת פלאג תנתק את השקע העליון (מלוח המקשים) ואת השקע התחתון (מרוטור-הכניסה) של האות. הפלאג בקצה השני של הכבל הדו צדדי מוכנס לשקעים של אות אחרת ובכך ממתג את החיבורים של שתי אותיות.
[עריכה] עזרים
תכונה חשובה שהייתה נחלת דגם M4 הייתה ה "Schreibmax", מדפסת קטנה שיכלה להדפיס על סרט נייר קטן. זה ביטל את הצורך במפעיל נוסף שתפקידו היה לקרוא את הנורות ולכתוב את האותיות. ה "Schreibmax" מוקם מעל האניגמה וחובר ללוח נורות; על מנת להתקין את המדפסת, היה צורך להסיר את כיסוי הנורות וכל הנוריות. מלבד הנוחיות שבדבר, עלתה גם רמת האבטחה: קצין האותות לא היה צריך לראות את הכתב המפוענח. המדפסת הייתה עשויה להיות מותקנת בלשכת הקברניט של צוללת ומלבד להדפיס ולראות את המפתח קצין האותות לעולם לא צבר ידע לגבי המידע שבטקסט המפוענח הסודי שהתקבל.
עזר נוסף היה לוח נורות מרוחק ששימש כאמצעי אבטחה. מעטפת העץ של אניגמה בעלת לוח נוסף הייתה רחבה יותר על מנת להכיל את הלוח. הלוח המרוחק אפשר לקורא לראות את ההודעה המפוענת מבלי לאפשר למפעיל לראות את ההודעה.
ב 1944, הלופטוואפה הכניס לראשונה מתג לוח פלאגים נוסף שנקרא ה "אוהר" (שעון בגרמנית). השעון היה קופסה קנה, שכללה מתג בעל 40 מיקומים. המתג החליף את פלאגי ברירת המחדל. לאחר חיבור הפלאגים, לפי דף המפתחות היומיים, המפעיל יכול היה לשים את המתג באחד מ 40 מיקומים, כל מיקום גרר צירוף שונה של חיווט פלאגים. חיבורים שכאלה היו שונים מחיבורי הפלאגים המקוריים בכך שלא נעשו בזוגות.
[עריכה] תאור מתמטי
ההתמרה שמבצעת האניגמה עבור כל אות יכולה להיות מוגדרת מתמטית כמכפלת הצירופים. בהנחה שהאניגמה היא תלת רוטורית טיפוסית ל חיל האוויר/הצבא הגרמני יהי P מייצגת התמרת לוח הפלאגים וU מייצג המשקף, math>L, M, R</math> מייצגים את הפעולות על הרוטורים הימני,האמצעי והשמאלי בהתאמה אזי ההצפנה E יכולה להיות מבוטאת כ
- E = PRMLUL − 1M − 1R − 1P − 1
לאחר כל לחיצת מקש מסתובבים הרוטורים ומשנים את ההתמרה. למשל, אם הרוטור הימני R מסובב i צעדים, ההתמרה הופכת ל ρiRρ − i, כאשר ρ הוא פרמוטציה ציקלית שממפה את A ל B , B ל C וכך הלאה. באופן דומה, הרוטורים המרכזי והשמאלי ייוצגו על ידי jו k סיבובים של M ו L. פונקציית הקידוד אז תתואר על ידי :
- E = P(ρiRρ − i)(ρjMρ − j)(ρkLρ − k)U(ρkL − 1ρ − k)(ρjM − 1ρ − j)(ρiR − 1ρ − i)P − 1
[עריכה] פענוח הצופן
פיענוח צופן האניגמה מורכב ממספר ארועים שכל אחד מהם בנפרד לא היה בו די, אולם שילובם יחד הביא לפענוח המוצלח של הצופן ולשבירת המצור הימי. בנוסף, יש להבדיל בין פענוח האניגמה הרגילה, ששמשה את כוחות היבשה וחיל האוויר, פענוח שהתרחש במועד מוקדם יותר, לבין פענוח האניגמה של הצי, שהייתה מורכבת יותר וקשה יותר לפענוח. בזמן שהבריטים כבר קראו תשדורות של חיל האוויר, הצוות שהתמודד עם התשדורות של הצי עדין לא הצליח לפענח אותן.
[עריכה] המודיעין הפולני
באווירת הפיוס ששררה באירופה בשנות ה-30, לא עשתה אף אחת מן המעצמות מאמץ רציני להתמודד עם הטכנולוגיה החדשה. מי שחשה את עצמה מאויימת על ידי גרמניה הייתה פולין, ומפצחי הצפנים הפולנים, ובראשם מריאן רייבסקי, שהייתה בידם גרסה מסחרית של המכונה, ניסו תוך העזרות בתורת החבורות, ובפרט בתורת החבורה הסימטרית, לפצח את הצופן, ב - 1933, אחרי שקיבלו את המסמכים שהעביר שמידט למודיעין הצרפתי הצליחו למצוא פרצה במנגנון ההצפנה של האניגמה ולקרוא שדרים מוצפנים. ידע זה הועבר לבריטניה זמן קצר לפני פרוץ המלחמה.
עם הפלישה הגרמנית לפולין (ספטמבר 1939) נמלטו חלק מאנשי צוות הפענוח של האניגמה מפולין דרך רומניה לצרפת, והעמידו עצמם לרשות המודיעין הצרפתי.
[עריכה] המודיעין הצרפתי
בשנת 1931 הצליח השירות החשאי הצרפתי לגייס את הנס תילו שמידט, אחד מעובדי מחלקת ההצפנה במיניסטריון ההגנה הגרמני. הבוגד הנס שמידט העביר מדריך הפעלה חלקי של האניגמה לידי הצרפתים, עותקי מסמך זה הועברו לפולנים ולבריטים, נתונים אלו עזרו לבריטים להגיע ליכולות פיצוח ראשוניות תוך זמן קצר.
[עריכה] יחידת הפענוח בבלצ'לי פארק
עם תחילת המלחמה הוקמה בבריטניה יחידה גדולה לפענוח צפנים. ביחידה, שמקום מושבה היה בפארק בלצ'לי (Bletchley Park), צפון-מערבית ללונדון, הועסקו מומחים רבים למתמטיקה ובלשנות. שם עסקו במהלך המלחמה בפיצוח צופן האניגמה וצפנים נוספים של גרמניה ויפן. בין השאר הצליחו הבריטים לפצח את האניגמה של הצי, שהייתה מורכבת יותר מפני שנוספה לה דיסקית הצפנה נוספת. כמו כן הם התמודדו בהצלחה עם מספר שינויים שעשו הגרמנים במכונות במהלך המלחמה. בין היתר, השתמשו מפצחי הצפנים במחשבים אלקטרו-מכניים שהתבססו על פיתוח של הצוות הפולני, שהיו מראשוני המחשבים בעולם, להאצת תהליך פיצוח הצופן. מחשבים אלו כונו "בומב" (פצצות) בשל התקתוקים אותם השמיעו בפעולתם, גרסה מאוחרת יותר (ויעילה יותר) של מחשבים אלו נקראה "עכביש".
הפעם הראשונה בה הצליחו הבריטים לפענח תשדורת של אניגמה הייתה ב17 בינואר 1940, אבל רק אחרי אפריל 1940 הגיעו ליכולת לקרוא שדרים תוך 24 שעות משידורם.
[עריכה] לכידת מסמכי U-33
ב-12 בפברואר 1940 הצליח הצי הבריטי להטביע את צוללת מספר 33. הצוללת הגיעה לחופי סקוטלנד, על מנת להטמין מוקשים, התגלתה, נפגעה על ידי מטעני עומק, ניטשה וטובעה על ידי צוותה. בכיסיו של אחד המלחים נמצאו גלגלי הצופן של האניגמה, ואלו עזר לאנשי בלצ'לי פארק לכוון את מכשירי הפענוח.
[עריכה] לכידת ה"מינכן"
בתחילת מאי לכדו הבריטים ספינת מכמורת גרמנית בשם "מינכן", ובה נמצאו הצפנים של חודש יוני, אשר אפשרו את קריאת כל התשדורות של חודש יוני.
[עריכה] לכידת מסמכי U-110
ב-9 במאי 1941 הצליח הצי הבריטי ללכוד את הצוללת הגרמנית U-110, כשעל סיפונה מכונת ההצפנה אניגמה והצפנים של חודש מאי. הישג זה, יחד עם המסמכים שנלכדו על ה"מינכן", הביא לכך שבסופו של דבר הצליחה בריטניה לפצח את צופן האניגמה של הצי, דבר שסייע רבות לעמידה של בריטניה בתקופה הקשה של מתקפת הצוללות הגרמניות על שיירות הסיוע מאמריקה, ובעיקר התברר כאחד הגורמים לנצחון בעלות הברית במלחמה. הנאצים לא גילו כי קוד האניגמה פוצח.
[עריכה] לכידת מסמכי U-559
בפברואר 1942 הוסיפו הגרמנים גלגל נוסף לאניגמה, וכתוצאה מכך, הבריטים איבדו את יכולת הפענוח של השדרים.
ב-30 באוקטובר 1942, גילו הבריטים את הצוללת 559 מול חופי ישראל, אורבת לאניות ששטו בין נמל חיפה לנמל פורט סעיד, חמש משחתות שהגיעו לאזור אלצו את הצוללת לעלות לפני הים, צוות השתלטות נכנס לצוללת והצליח, לפני שקיעתה, לחלץ ממנה מסמכים שסייעו לבנות מפתחות לפענוח תשדורות.
בתום המלחמה המשיכו הבריטים לשמור על סוד הפיצוח. בריטניה המליצה למושבותיה לשעבר להשתמש באניגמה בטענה כי צופן המכונה 'אינו בר פיצוח'. הסוד נחשף רק בשנות השבעים המאוחרות.
אחד השותפים העיקריים לפיצוח צופן האניגמה היה אלן טיורינג, מחלוצי מדעי המחשב.
[עריכה] הליכים לשימוש באניגמה
התקשורת הצבאית הגרמנית פוצלה למספר רשתות שונות. כל רשת התאפיינה באיתחול שונה של מכונות האניגמה. רשתות התקשורת הללו כונו "מפתחות" בבלצ'לי פארק, וניתנו להם כינויים כגון "אדום" ו"כריש". כל יחידה שפעלה ברשת הייתה אמונה על רשימה של אפשרויות אתחול עבור האניגמה לפרק זמן עתידי נתון. כדי שהודעה תוצפן ותפוענח כשורה, נדרשו השולח והמקבל לאתחל את האניגמה שברשותם באופן זהה. בחירת הרוטורים וסדרם, נקודת ההתחלה וחיבורי לוח הפלאגים נדרשו להיות זהים.
למצב ההתחלתי של מכונת האניגמה יש מספר היבטים :
- סדר הגלגלים, בחירת הרוטורים וסדר השימוש בהם.
- המיקום ההתחלתי של הרוטורים; נקבע על ידי המפעיל, שונה לכל הודעה.
- תצורת הטבעת; המיקום של טבעת האלפבית ביחס לחיווט החוטים.
- תצורת הפלאגים; החיבורים של הפלאגים בלוח הפלאגים.
האניגמה תוכננה להיות בטוחה אפילו אם החיווט היה ידוע למאזין, למרות שבפעול החיווט נשמר בסוד. חיווט סודי אפשר למספר התצורות האפשריות להיות בערך 10114 כלומר בערך 380 סיביות; במידה ותצורת החיווט ופרמטרים אחרים נחשפים קטן מספר האפשריות לבערך 1023 כלומר 76 סיביות. [2].
משתמשי האניגמה היו בטוחים שהאבטחה שסיפקה האניגמה היא חסרת פשרות בשל המספר הרב של האפשרויות; היה זה בלתי מתקבל על הדעת שאויב יוכל לנסות כל אפשרות בהתקפת ברוט פורס. גם אילו אויב היה מצליח לפענח הודעה בשיטה זו הרי שהזמן שהדבר היה מצריך היה הופך הודעה זו למיושנת ובעלת תועלת מועטה.
[עריכה] אינדיקטורים
רוב המפתחות נותרו קבועים למשך יממה באופן טיפוסי. אולם, מיקום רוטורים התחלתי שונה נבחר עבור כל הודעה. הסיבה לכך טמונה בעובדה ששליחת מקבץ הודעות המוצפנות באותו מפתח מאפשרת למפענח להשתמש בשיטת ניתוח תדירות. המיקום ההתחלתי שודר יחד עם הטקסט המוצפן. שם השיטה היה "הליך האינדיקטור". בגלל שחלק מהאינדיקטורים היו חלשים הצליחו בעלות הברית למצוא פרצה באניגמה.
One of the earliest indicator procedures was exploited to make the initial breaks into the Enigma by Polish cryptanalysts. The procedure was for the operator to set up his machine in accordance with his settings list, which included a global initial position for the rotors (Grundstellung — "ground setting"), AOH, say. The operator would turn his rotors until AOH was visible through the rotor windows. At this point, the operator would choose his own, arbitrary starting position for that particular message. An operator might select EIN, and this became the message settings for that encryption session. The operator would then type EIN into the machine, twice, to allow for detecting transmission errors. The results would be an encrypted indicator — the EIN typed twice might turn into XHTLOA, which would be transmitted along with the message. Finally, the operator would then spin the rotors to his message settings, EIN in this example, and the text of the actual message was typed in.
At the receiving end the operation was reversed. The operator set the machine to the initial settings and typed in the first six letters of the message (XHTLOA). In this example, EINEIN would be produced. By moving his rotors to EIN, the receiving operator would then type in the rest of the ciphertext, deciphering the message.
The weakness came from two factors: the use of a global ground setting — this was later changed so that the operator selected his initial position to encrypt the indicator, and sent the initial position in the clear. The second problem was the repetition of the indicator, which was actually a security flaw. The message key was encoded twice, resulting in a relation between first and fourth, second and fifth, and third and sixth character. This security problem enabled the Polish Cipher Bureau to break the pre-war Enigma messages. However, from 1940 on, the Germans changed the procedures to increase the security.
During the Second World War, German operators used the codebooks only to set up the rotors and ringsettings. For each message, he selected a random startposition, let's say WZA, and random message key, let's say SXT. He moved the rotors in the WZA startposition, and encoded the messagekey SXT. Let us presume that the result was UHL. He sets up the message key SXT as startposition, and encodes the message. Next, he transmits the startposition WZA, the encoded message key UHL together with the message. The receiver sets up the startposition according the first trigram, WZA and decodes the second trigram, UHL, to obtain the SXT message key. Next, he uses this SXT message key as startposition to decode the message. This way, each ground setting was different and the new procedure avoided the security flaw of double encoded message keys.
This procedure was used by Wehrmacht and Luftwaffe only. The Kriegsmarine procedures on sending messages with the Enigma were far more complex and elaborate. Prior to encryption with the Enigma, the message was encoded with the Kurzsignalheft code book. The Kurzsignalheft contained tables that converted sentences into four-letter groups. All kinds of expressions in many different topics were listed. Logistic matters such as refueling and rendez-vous with supply ships, positions and grid lists, names of harbors, countries, weapons, weather conditions, enemy positions and ships, date and time tables. All possible situations and topics were listed. Another codebook contained the Kenngruppen and Spruchschlüssel, resp key identification and message key. More details on Kurzsignale on German U-Boats
[עריכה] קיצורים וקווים מנחים
The Army Enigma machine only used the 26 alphabet characters. Signs were replaced by rare character combinations. A space was omitted or replaced by an X. The X was generally used as point or full stop. Some signs were different in other parts of the armed forces. The Wehrmacht replaced a comma by ZZ and the question sign by FRAGE or FRAQ. The Kriegsmarine however, replaced the comma by Y and the question sign by UD. The combination CH, as in Acht (eight) or Richtung (direction) were replaced by Q (AQT, RIQTUNG). Two, three or four zeros were replaced by CENTA MILLE and MYRIA.
Wehrmacht and Luftwaffe transmitted the messages in groups of five characters. The Kriegsmarine, using the four rotor Enigma, applied four letter groups. Frequently used names or words were to be varied as much as possible. Words like Minensuchboot (minesweeper) could be written as MINENSUCHBOOT, MINBOOT, MMMBOOT or MMM354. To make cryptanalysis harder, more than 250 characters in one message were forbidden. Longer messages were divided in several parts, each using its own message key. For more details see Tony Sale's translations of "General Procedure"[3] and "Officer and Staff procedure"[4].
[עריכה] גלגולים היסטוריים של המכונה
האניגמה הייתה רחוקה מלהיות בעלת תכן יחיד. היו מודלים רבים ווריאציות שונות למשפחת האניגמה. מכונות האניגמה המוקדמות ביותר היו מודלים מסחריים המתוארכים לשנת 1920. החל מאמצע שנות ה-20, ענפים שונים בצבא הגרמני החלו להשתמש באניגמה תוך ביצוע מספר שינויים לצורך הגברת רמת האבטחה. מספר מדינות אחרות אימצו או סיגלו את התכן של האניגמה במכונות ההצפנה שלהם.
[עריכה] אניגמה מסחרית
ב-23 לפברואר, 1918, המהנדס הגרמני ארתור שרביוס הגיש פטנט עבור מכונת הצפנה העושה שימוש ברוטורים ויחד עם ריצ'רד ריטר, הקים את חברת Scherbius & Ritter. הם פנו לצי הגרמני ולמשרד החוץ עם הדגם שלהם אולם אף גוף לא גילה בו עניין מיוחד. לאחר מכם הם הקנו זכויות על הפטנט לחברת Gewerkschaft Securitas.
חברת AG החלה לפרסם מכונות רוטורים בשם אניגמה דגם A שהוצגה בכנס איגוד הדואר העולמי ב 1923 ו 1924. המכונה הייתה מגושמת וכבדה, ושילבה מכונת כתיבה. מידות המכונה היו 65×45×35 סנטימטר והיא שקלה בערך 50 קילוגרם. דגם B הוצג, והיה בעל מבנה דומה.[5]. בעוד שהשם של האניגמה התנוסס על המכונה, שני הדגמים A ו B היו די שונים מגרסאות מאוחרות יותר: שניהם היו שונים בצורה ובגודל פיזי אך מבחינת ההצפנה בשניהם לא היה משקף. המשקף היה רעיון שנהגה על ידי עמיתו של שרביוס ווילי קורן והצג לראשונה בדגם מ 1926 של אניגמה C. המשקף הוא תכונת מפתח במכונות אניגמה.
מודל C היה קטן יותר ויותר קומפקטי מקודמיו. חסרה בו מדפסת, והוא הסתמך במקום על המפעיל שקרא את הנורות; כלומר השם "אניגמה זורחת" שימש כדי להבחין בין דגמים A ו B. אניגמה C הפכה במהרה ארכאית, כאשר דגם אניגמה D תפס את מקומה ב 1927. בגרסה זו נעשה שימוש רחב יותר. עותקי דגם זה הגיעו לשבדיה, הולנד, אנגליה,יפן,איטליה,ספרד,ארצות הברית ופולין.
[עריכה] אניגמה צבאית
The German Navy were the first branch of the German military to adopt Enigma. This version, named Funkschlüssel C (Radio cipher C), had been put into production by 1925 and was introduced into service in 1926[6]. The keyboard and lampboard contained 29 letters — A-Z, Ä, Ö and Ü — which were arranged alphabetically, as opposed to the QWERTZU ordering[7]. The rotors had 28 contacts, with the letter X wired to bypass the rotors unencrypted[8]. Three rotors were chosen from a set of five[9] and the reflector could be inserted in one of four different positions, denoted α, β, γ and δ[10]. The machine was revised slightly in July 1933[11].
By 15 July 1928[12], the German Army (Reichswehr) had introduced their own version of the Enigma — the Enigma G, revised to the Enigma I by June 1930[13]. Enigma I is also known as the Wehrmacht, or Services Enigma, and was used extensively by the German military services and other government organisations, both prior to and during World War II. The major difference between Enigma I and commercial Enigma models was the addition of a plugboard to swap pairs of letters, greatly increasing the cryptographic strength of the machine. Other differences included the use of a fixed reflector, and the relocation of the stepping notches from the rotor body to the movable letter rings[13]. The Navy eventually agreed and in 1934[14] brought into service the Navy version of the Army Enigma, designated Funkschlüssel M or M3. While the Army used only three rotors at that time, for greater security the Navy specified a choice of three from a possible five[15].
In December 1938, the Army issued two extra rotors so that the three rotors were chosen from a set of five[13]. In 1938, the Navy added two more rotors, and then another in 1939 to allow a choice of three rotors from a set of eight[15]. In August 1935, the Air Force also introduced the Wehrmacht Enigma for their communications[13]. A four rotor Enigma was introduced by the Navy for U-boat traffic on 1 February 1942, called M4 (the network was known as Triton, or Shark to the Allies). The extra rotor was fitted in the same space by splitting the reflector into a combination of a thin reflector and a thin fourth rotor.
There was also a large, eight-rotor printing model, the Enigma II. During 1933, Polish codebreakers detected that it was in use for high-level military communications, but that it was soon withdrawn from use after it was found to be unreliable and jam frequently[16].
The Abwehr used the Enigma G (the Abwehr Enigma). This Enigma variant was a four-wheel unsteckered machine with multiple notches on the rotors. This model was equipped with a counter which incremented upon each key press, and so is also known as the counter machine or the Zahlwerk Enigma.
Other countries also used Enigma machines. The Italian Navy adopted the commercial Enigma as "Navy Cipher D"; the Spanish also used commercial Enigma during their Civil War. British codebreakers succeeded in breaking these machines, which lacked a plugboard. The Swiss used a version of Enigma called model K or Swiss K for military and diplomatic use, which was very similar to the commercial Enigma D. The machine was broken by a number of parties, including Poland, France, Britain and the United States (the latter codenamed it INDIGO). An Enigma T model (codenamed Tirpitz) was manufactured for use by the Japanese.
It has been estimated that 100,000 Enigma machines were constructed[17]. After the end of the Second World War, the Allies sold captured Enigma machines, still widely considered secure, to a number of developing countries[17].
[עריכה] מכשירים דמויי אניגמה
[עריכה] מכשירי אניגמה ששרדו
הניסיון לשבור את האניגמה לא נחשף עד לשנות ה-70. מאז, העניין במכונת האניגמה גדל משמעותית ומספר מכונות אף מוצגות לציבור במוזיאונים בארצות-הברית ובאירופה. במוזיאון המדע של מינכן מוצגות מכונות גרמניות צבאיות בנות שלושה וארבעה גלגלים. בנוסף מציג המוזיאון גרסאות אזרחיות ישנות של המכונה. מכונה עובדת מוצגת במוזיאון ההצפנה הלאומי של ה NSA בפורט מאד, שם יכולים מבקרים לנסות להצפין ולפענח הודעות. בנוסף יש דוגמאות המוצגות במוזיאון ההיסטוריה של המחשבים בארצות הברית, בבלצ'לי פארק באנגליה, באנדרטת המלחמה של אוסטרליה בקנברה ובמקומות אחרים בגרמניה, ארצות הברית, אנגליה ואירופה. ישנן אף מספר מכונות בבעלות פרטית.
לעיתים, נמכרות מכונות אניגמה במכירות פומביות; המחיר יכול לעבור את ה 20,000$.
עותקים של המכונה מצויים במגוון צורות כולל עותק מדויק של מודל ה M4 הימי, תוכנת מחשב וסימולטורים.
מכונה נדירה, מדגם G312, נגנבה ממוזיאון בלצ'לי פארק בשנת 2000. בספטמבר, אדם שכינה עצמו "המאסטר" שלח פתק ובו איים להשמיד את המכונה אם לא ישולם לו כופר של כ £25,000. בלצ'לי פארק הכריז שישלם את הכופר אך מועד התשלום חלף והגנב נעלם. לאחר מכן המכונה נשלחה באנונימיות לכתב של ה BBC בשם ג'רמי פקסמן, אבל 3 רוטורים היו חסרים. בנובמבר סוחר עתיקות בשם דניס ייטס נעצר לאחר שטלפן למערכת הסאנדיי טיימס במטרה להסדיר את החזרת החלקים החסרים. מכונת האניגמה הוחזרה לבלצ'לי פארק לאחר התקרית. באוקטובר 2001, ייטס נשפט לעשרה חודשים בכלא לאחר שהודה בסחיטת פארק בלצ'לי, אך הוא טען שהוא פעל כמתוול עבור צד שלישי. לאחר כשלושה חודשים הוא שוחרר מהמאסר.
[עריכה] ספרות
הסופר רוברט האריס כתב ב 1996 את הרומן אניגמה. הרקע הוא מלחמת העולם השנייה והמקום הוא בלצ'לי פארק והמפענחים שעמלים על מנת לפענח את ההודעות של האניגמה. הספר הפך גם לסרט שיצא ב 2001 בכיכובה של קייט וינסלט ו דוגריי סקוט; הסרט ספג ביקורת ערב אי דיוק היסטורי. סרט מוקדם יותר שעסק בהיבטים הפולניים של הנושא היה הסרט Sekret Enigmy (The Enigma Secret)[18].
הרומן של ניל סטפנסון 'קריפטונומיקון כולל נושאי הצפנה ממלחמת העולם השנייה, כולל האניגמה ובלצ'לי פארק.
המשחק האינטראקטיבי ג'יגסו שהמוצא על ידי גראהם נלסון כולל חידה שבו השחקן חייב לפענח הודעה שהיא גרסה פשוטה של אניגמה. החידה עדיין קשה יחסית למשחק וזו אולי אמת מידה לקושי שהיה כרוף בפענוח ההודעות המקוריות של המכונה.
הסרט של ג'ונתן מוסטו משנת 2000 U-571 מתאר מסע בדוי של אנשי צוללת אמריקאיים שהשתלטו על צוללת גרמנית כדי להשיג את האניגמה. המכונה שהוצגה בסרט היא מקורית והושגה מאספן. לכידה של מכונת אניגמה (על ידי הצי המלכותי) התרחשה הרבה לפני הצטרפות האמריקאים למלחמה.
הסרט של וולפגאנג פטרסן מ 1981 Das Boot מציג מכונת אניגמה. המכונה כגירסה בת 4 רוטורים של הצי הגרמני. בסרט מצטייר האופן שבו השתמשו באניגמה ביום יום בתוך צוללת.
[עריכה] לקריאה נוספת
- יו סיבאג-מונטפיורי, אניגמה - סיפור הקרב על הצופן, הוצאת יבנה, 2003.
- סיימון סינג, סודות ההצפנה, הוצאת ידיעות אחרונות, 2003.
[עריכה] מקורות
הערה : חלקים נרחבים מהקטע מסתמכים על התרגום מווקיפדיה אנגלית.
- ^ David Hamer, "Enigma: Actions Involved in the ‘Double-Stepping’ of the Middle Rotor," Cryptologia, 21(1), January 1997, pp. 47–50, Online version (PDF)
- ^ http://www.nsa.gov/publications/publi00004.cfm
- ^ [1]
- ^ [2]
- ^ [3]
- ^ Kahn, 1991, pp. 39-41, 299
- ^ Ulbricht, 2005, p.4
- ^ Stripp, 1993
- ^ Kahn, 1991, pp. 40, 299
- ^ Bauer, 2000, p. 108
- ^ Hinsley and Stripp, 1993, plate 3
- ^ Kahn, 1991, pp. 41, 299
- ^ 13.0 13.1 13.2 13.3 Deavours and Kruh, 1985, p. 97
- ^ Kahn (1991, p. 43) says August 1934. Kruh and Deavours (2002, p. 15) say October 2004.
- ^ 15.0 15.1 Deavours and Kruh, 1985, p. 98
- ^ Kozaczuk, 1984, p. 28
- ^ 17.0 17.1 Bauer, 2000, p. 112
- ^ [4]
- David H. Hamer, Geoff Sullivan and Frode Weierud, "Enigma Variations: an Extended Family of Machines," Cryptologia 22(3), July 1998. Online version (PDF).
- David Kahn, "Seizing the Enigma: The Race to Break the German U-Boats Codes, 1939-1943" (1991)
- Louis Kruh and Cipher Deavours, "The Commercial Enigma: Beginnings of Machine Cryptography," Cryptologia, 26(1), pp. 1–16, 2002. Online version (PDF).
- Christine Large, Hijacking Enigma, 2003, ISBN 0-470-86347-1.
- Philip Marks and Frode Weierud, Recovering the Wiring of Enigma's Umkehrwalze A, Cryptologia 24(1), January 2000, pp55–66.
- Philip Marks, "Umkehrwalze D: Enigma's Rewirable Reflector — Part I", Cryptologia 25(2), April 2001, pp. 101–141.
- Philip Marks, "Umkehrwalze D: Enigma's Rewirable Reflector — Part II", Cryptologia 25(3), July 2001, pp. 177–212.
- Philip Marks, "Umkehrwalze D: Enigma's Rewirable Reflector — Part III", Cryptologia 25(4), October 2001, pp. 296–310.
- Tom Perera, The Story of the ENIGMA: History, Technology and Deciphering, 2nd Edition, CD-ROM, 2004, Artifax Books, ISBN 1-890024-06-6 [5].
- Arturo Quirantes, "Model Z: A Numbers-Only Enigma Version", Cryptologia 28(2), April 2004.
- Alan Stripp, "The Enigma Machine: Its Mechanism and Use", in Hinsley and Stripp (eds.) Codebreakers: The Inside Story of Bletchley Park, 1993, pp. 83–88.
- Heinz Ulbricht, Enigma Uhr, Cryptologia, 23(3), April 1999, pp. 194–205
- תבנית:De icon Heinz Ulbricht, Die Chiffriermaschine Enigma — Trügerische Sicherheit: Ein Beitrag zur Geschichte der Nachrichtendienste, PhD Thesis, 2005 (in German). Online version (PDF).
[עריכה] קישורים חיצוניים
- תמונות של האניגמה
- תמונות מפורטות של האניגמה וחלקיה
- תמונות האניגמה של הצי
- The Enigma cipher machine, by Tony Sale
- Enigma — a very famous story of cryptology by Martin Oberzalek
- מקורות האניגמה/האולטרה
- סימולטורים ועותקים
- פרויקט לייצור עותק מדויק של האניגמה ממודל M-4
- Enigma-E — a DIY electronics kit which simulates an Enigma machine
- סימולטור האניגמה (מקרומדיה פלאש)
- Enigma simulator Wehrmacht, Luftwaffe, Kriegmarine M3 and M4 (Microsoft Windows software)
- סימולטור אניגמה (Java applet)
- סימולטור אניגמה (Java applet)
- סימולטור אניגמה (Paper cut-out)
- סימולטור האניגמה (zip file)
- חיווט הרוטורים של האניגמה: [6], [7]
- שונות
- דפי האניגמה של דייוויד האמר — רשימה של מכונות ששרדו ומחיריהן
- ארכיון כל חוברות ההדרכה של הצבא הנאצי — also for secret manuals of Enigma and Cryptography
- אתגר צופן האניגמה — תחרות פענוח 10 הודעות
- יירוטים ופענוחים של הודעות אניגמה
|
|||
| מכונות רוטורים: CCM | אניגמה | Fialka | Hebern | HX-63 | KL-7 | Lacida | M-325 | Mercury | NEMA | OMI | Portex | SIGABA | SIGCUM | Singlet | Typex | |||
| מכונות מכניות: Bazeries cylinder | C-36 | C-52 | CD-57 | Cipher disk | HC-9 | Kryha | Jefferson disk | M-94 | M-209 | Reihenschieber | Scytale | |||
| מכונות טלפרינטר: 5-UCO | BID 770 | KW-26 | KW-37 | Lorenz SZ 40/42 | Siemens and Halske T52 | |||
| מכונות אבטחת קול: KY-3 | KY-57 | KY-58 | KY-68 | OMNI | SIGSALY | STE | STU-II | STU-III | VINSON | SCIP | Sectéra Secure Module | |||
| שונות: Cryptex | JADE | KG-84 | KL-43 | Noreen | PURPLE | Pinwheel | Rockex |

