WikiDer > Бомба

Bombe

Эта статья об устройстве дешифрования, используемом в Блетчли-парке. Для более раннего польского устройства дешифрования см. Бомба (криптография). Чтобы узнать об одноименном европейском десерте, см. Bombe Glacée. Для использования в других целях см. Бомба (значения).
Фотография военного времени Bletchley Park Бомба

В бомба (Великобритания: /бɒмб/) является электромеханический устройство использовали британцы криптологи чтобы помочь расшифровать немецкий Энигма-машина-зашифрованные секретные сообщения во время Вторая Мировая Война.[1] В ВМС США[2] и Армия Соединенных Штатов[3] позже производили собственные машины с той же функциональной спецификацией, хотя и по-разному спроектированные как друг от друга, так и из польских и британских бомб.

Британская бомба была разработана на основе устройства, известного как "бомба" (Польский: Bomba kryptologiczna), который был разработан в Польше на Biuro Szyfrów (Бюро шифров) от криптолога Мариан Реевски, который взламывал сообщения German Enigma в течение предыдущих семи лет, используя ее и более ранние машины. Первоначальный проект британской бомбы был произведен в 1939 году в Великобритании. Правительственный кодекс и школа шифров (GC&CS) в Bletchley Park от Алан Тьюринг,[4] с важной доработкой, разработанной в 1940 г. Гордон Велчман.[5] Инженерным проектированием и строительством занимались Гарольд Кин из Британская компания по производству табуляторов. Первая бомба под кодовым названием Победа, установлен в марте 1940 г.[6] а вторая версия, Agnus Dei или Агнес, включающий новый дизайн Уэлчмана, работал к августу 1940 года.[7]

Бомба была разработана для обнаружения некоторых повседневных настроек машин Enigma на различных немецких военных сети: в частности, набор роторы в использовании и их положение в машине; начальные положения сердечника ротора для сообщения - сообщения ключ- и один из проводов коммутационная панель.[8][9][10]

Машина Enigma

Основная статья: Энигма машина
Загадка
шифровальная машина
Enigma-logo.svg
Трехроторная Enigma с коммутационной панелью (Steckerbrett)
Изображение серии из трех роторов от машины Enigma

Enigma - это электромеханический роторная машина используется для шифрование и расшифровка секретных сообщений. Он был разработан в Германии в 1920-х годах. Повторяющиеся изменения электрического пути от клавиатуры к ламповой панели вызывают полиалфавитная замена шифр, который превращает простой текст в зашифрованный текст и обратно. Скремблер Enigma содержит роторы с 26 электрическими контактами на каждой стороне, проводка которых отводит ток в другое положение с двух сторон. При нажатии клавиши на клавиатуре электрический ток проходит через входной барабан на правом конце скремблера, а затем через набор роторов в отражающий барабан (или отражатель), который поворачивает его обратно через роторы и входной барабан и выходит наружу для освещения одной из ламп на ламповом щитке.[11]

При каждом нажатии клавиши правый или «быстрый» ротор продвигается на одну позицию, что вызывает изменение шифрования. Кроме того, один раз за оборот правый ротор заставляет средний ротор двигаться вперед; средний ротор аналогичным образом заставляет левый (или «медленный») ротор двигаться вперед. Положение каждого ротора обозначается буквой алфавита, отображаемой через окошко. Оператор Enigma вручную вращает колеса, чтобы установить начальную позицию для шифрования или дешифрования сообщения. Последовательность из трех букв, обозначающая начальное положение роторов, является «ключом сообщения». Всего 263 = 17 576 различных клавиш сообщений и различные положения набора из трех роторов. Открыв крышку станка и отпустив прижимную планку, набор из трех роторов на их шпинделе может быть удален из станка и их последовательность (так называемая «порядок колес» в Блетчли-парке) может быть изменена. Умножение 17 576 на шесть возможных порядков колес дает 105 456 различных способов настройки скремблера.[12]

Коммутационная панель машины Enigma, на которой показаны две пары замененных букв: S – O и A – J. В течение Вторая Мировая Война, выполнено десять подключений коммутационной панели.

Хотя 105 456 - большое число,[13] это не гарантирует безопасности. Возможна атака методом грубой силы: можно представить себе использование 100 клерков кода, каждый из которых пытается расшифровать сообщение, используя 1000 различных настроек ротора. Поляки разработали карточные каталоги, чтобы можно было легко найти положение ротора; Великобритания построила "EINS"(распространенное немецкое слово, означающее номер один). Возможны и менее интенсивные методы. Если весь трафик сообщений в течение дня использовал одну и ту же начальную позицию ротора, то частотный анализ для каждой позиции мог бы восстановить полиалфавитные замены. Если бы другой ротор использовались начальные позиции, затем перекрывающиеся части сообщения можно было найти с помощью индекс совпадения.[14] Многие крупные державы (в том числе немцы) могли нарушить трафик Enigma, если бы знали, как работает ротор. Немецкие военные знали, что Enigma слабая.[15]

В 1930 году немецкая армия представила дополнительный элемент безопасности - коммутационную панель (Steckerbrett на немецком; каждая вилка - это Stecker, и британские криптологи также использовали слово), которое дополнительно шифровало буквы. Шифрование Enigma - это самообратная функция, означающая, что оно заменяет буквы взаимно: если А превращается в р, тогда р превращается в А. Преобразование коммутационной панели сохранило самообратное качество, но разводка коммутационной панели, в отличие от положений ротора, не изменяется во время шифрования. Эта закономерность была использована Велчманом в усовершенствовании бомбы «диагональной доской», что значительно повысило ее эффективность.[16] При использовании шести выводов вилки (оставив 14 букв «незакрепленными») было 100 391 791 500 возможных способов установки коммутационной панели.[17]

Важная особенность машины с точки зрения криптоаналитика, да и вообще Enigma Ахиллесова пята, заключалось в том, что отражатель в скремблере предотвращал шифрование письма как такового. Следовательно, любое предполагаемое решение, которое давало для любого места одну и ту же букву в предлагаемом открытом тексте и зашифрованном тексте, могло быть исключено.[18]

В преддверии Вторая Мировая Война, немцы последовательно улучшали свои военные машины Enigma. К январю 1939 года были введены дополнительные роторы, так что три ротора были выбраны из пяти (следовательно, теперь было 60 возможных заказов на колеса) для армии и ВВС Enigmas, и три из восьми (что дало 336 возможных заказов колес) для машин ВМФ. Кроме того, на коммутационной панели использовалось десять выводов, оставив незакрепленными только шесть букв. Это означало, что ВВС и армия Enigmas могли быть установлены в 1,5 × 1019 способами. В 1941 году немецкий флот представил версию Enigma с вращающимся отражателем (M4 или Четырехроторная Enigma) для связи со своим Подводные лодки. Это может быть установлено в 1,8 × 1020 различные пути.[17]

Четырехроторная Enigma

К концу 1941 года судьба немецкого флота изменилась. Битва за Атлантику, в сочетании с отчетами разведки убедил адмирала Карл Дёниц что союзники могли читать закодированные сообщения ВМФ Германии, а четвертый ротор с неизвестной проводкой был добавлен к Загадкам ВМФ Германии, используемым для связи подводных лодок. Тритон система[сомнительный – обсудить] известный в Блетчли-парке как Акула.[19] Это было связано с более тонкой конструкцией отражателя, чтобы освободить место для дополнительного ротора. Triton был спроектирован таким образом, чтобы при необходимости он оставался совместимым с трехроторными машинами: один из дополнительных «четвертых» роторов, «бета», был спроектирован таким образом, что, когда он был соединен с тонким отражателем «B», а ротор и кольцо были установлены в положение «А», пара действовала как отражатель «В», соединенный с тремя роторами. К счастью для союзников, в декабре 1941 года, до того, как машина поступила в официальную службу, подводная лодка случайно отправила сообщение с четвертым ротором в неправильном положении, а затем повторно передала сообщение с ротором в правильном положении, чтобы подражать трехвинтовому. машина. В феврале 1942 года изменение количества используемых роторов стало официальным, и способность союзников читать сообщения немецких подводных лодок прекратилась до тех пор, пока захват захваченной подводной лодки не показал не только способность четырехвинтовой машины имитировать трехвинтовую. машины, но также и то, что четвертый ротор не двигался во время сообщения. Это вместе с вышеупомянутой ретрансляцией в конечном итоге позволило взломщикам кода выяснить схему подключения четвертых роторов «бета» и «гамма».[нужна цитата]

Первая половина 1942 г. была "Второе счастливое время"для немецких подводных лодок, с новым успехом в нападении на корабли союзников. Это было связано с безопасностью новой Enigma и способностью немцев читать сообщения конвоев союзников, отправленные в военно-морском шифре № 3. С января по март 1942 г. Немецкие подводные лодки потопили 216 кораблей у восточного побережья США. В мае 1942 года США начали использовать систему конвоев и потребовали затемнения прибрежных городов, чтобы корабли не выделялись на фоне их огней, но это дало лишь небольшое улучшение безопасности для судоходства союзников. Неспособность союзников изменить свой шифр в течение трех месяцев вместе с тем фактом, что сообщения союзников никогда не содержали необработанных расшифровок Enigma (или даже упоминалось, что они расшифровывали сообщения), помогли убедить немцев в том, что их сообщения были безопасны. узнал, что немцы взломали военно-морской шифр почти сразу из расшифровок Enigma, но потеряли много кораблей из-за задержки с изменением шифра.[нужна цитата]

Принцип бомбы

Список ключей German Enigma с настройками машины на каждый день месяца
Работающая восстановленная бомба сейчас на Национальный музей вычислительной техники на Bletchley Park. Каждый из вращающихся барабанов имитирует действие ротора Enigma. Имеется 36 эквивалентов Enigma и в правом конце среднего ряда три индикатор ударные. Джон Харпер возглавил команду «Феникс», восстановившую эту бомбу.[20] Он был официально включен герцог Кентский, покровитель Британское компьютерное общество 17 июля 2008 г.

Следующие настройки машины Enigma должны быть обнаружены, чтобы расшифровать немецкие военные сообщения Enigma. Как только они станут известны, все сообщения для этой сети за этот день (или пару дней в случае немецкого флота) могут быть расшифрованы.

Внутренние настройки (для этого нужно было открыть крышку машины Enigma)

  • Выбор роторов, используемых в скремблере Enigma, и их положения на шпинделе (Walzenlage или «порядок колес»). Возможные заказы на колеса составляли 60 (три винта из пяти на выбор) для армейских и военно-воздушных сил и 336 (три винта из восьми на выбор) для военно-морских сетей.
  • Положение выемки для разворота колец алфавита по отношению к сердечнику каждого используемого ротора (Ringstellung или "настройки звонка"). Для каждого ротора имеется 26 возможных настроек кольца.

Внешние настройки (это можно изменить, не открывая машину Enigma)

  • Соединения коммутационной панели (Steckerverbindungen или «значения Штекера»). Десять отведений могут быть расположены в различные комбинации (примерно 151 трлн).[21]
  • Ротор скремблера позиционируется в начале шифрования ключа сообщения ( Grundstellung или «индикатор-установка») - до мая 1940 г .; или после этого начальные положения каждого ротора в начале шифрования сообщения («ключ сообщения»), из которых может быть получена установка индикатора. Существует 17 576 возможных трехбуквенных ключей.

Бомба определила возможные начальные положения сердечников ротора и партнер Stecker указанной буквы для набора колесных заказов. Затем для завершения процесса дешифрования использовались ручные методы.[22] По словам Гордон Велчман, «... задача бомбы заключалась в том, чтобы просто сократить предположения о порядке колес и положениях скремблеров, которые требовали« дальнейшего анализа », до приемлемого числа».[23]

Структура

Барабаны восстановленной бомбы в действии. Все верхние барабаны вращаются непрерывно и синхронно.
Три барабана одного из 36 эквивалентов Enigma и монтажные пластины для другого, демонстрирующие 104 контакта для проволочных щеток на задней стороне барабанов. Верхний барабан соответствует левому ротору Enigma, средний барабан - среднему ротору, а нижний барабан - правому ротору.
Проволочные щетки на задней части барабана от восстановленной бомбы.


Бомба была электромеханическим устройством, которое имитировало действие нескольких Машины Enigma соединены вместе. Стандартная немецкая Enigma одновременно использовала набор из трех роторы, каждый из которых может быть установлен в любое из 26 положений. Стандартная британская бомба содержала 36 эквивалентов Enigma, каждый с тремя барабанами, соединенными проводом для создания того же эффекта скремблирования, что и роторы Enigma. Бомба могла выполнять два или три задания одновременно. меню это должно было быть выполнено с несколькими различными порядками колес. Если в меню было 12 или меньше букв, на одной бомбе можно было запустить три разных порядка колес; если больше 12 букв, только две.

Чтобы имитировать роторы Enigma, каждый барабан ротора бомбы имел два полных набора контактов: один для входа в рефлектор, а другой для выхода из рефлектора, так что отраженный сигнал мог проходить обратно через отдельный набор контактов. Каждый барабан имел 104 проволочных щетки, контактировавших с пластиной, на которую они были загружены. Щетки и соответствующий набор контактов на пластине были расположены в четырех концентрических кругах по 26. Внешняя пара кругов (вход и выход) была эквивалентна току в Enigma, проходящему в одном направлении через скремблер, а внутренняя пара эквивалентен току, текущему в обратном направлении.

Соединения внутри барабанов между двумя наборами входных и выходных контактов были идентичны таковым в соответствующем роторе Enigma. Между двумя внутренними наборами контактов трех входных / выходных плат была постоянная проводка. Оттуда схема продолжилась до коммутационной панели, расположенной на левой торцевой панели, которая была подключена, чтобы имитировать отражатель Enigma, а затем обратно через внешнюю пару контактов. На каждом конце «двусторонней Enigma» были розетки на задней части машины, к которым можно было подключить 26-контактные кабели.

Барабаны бомб были расположены так, что верхний из трех имитировал левый ротор скремблера Enigma, средний - средний ротор, а нижний - правый. Все верхние барабаны синхронно приводились в движение электродвигателем. Для каждого полного вращения верхних барабанов средний барабан увеличивался на одну позицию, а также для среднего и нижнего барабанов, что в сумме дает 26 × 26 × 26 = 17 576 позиций 3-роторного скремблера Enigma.[24][25]

Барабаны имели цветовую кодировку, в соответствии с которой они эмулировали ротор Enigma: I Красный; II Maroon; III зеленый; IV желтый; V Браун; VI Cobalt (синий); VII Jet (черный); VIII Серебро.[26]

В каждом положении роторов электрический ток будет или не течет по каждому из 26 проводов, и это будет проверяться в компараторе бомбы. Для большого количества позиций тест приведет к логическое противоречие, исключая эту настройку. Если тест не приводил к противоречию, машина останавливалась.

Оператор записывал возможное решение, считывая положения индикаторных барабанов и индикаторного блока на правой торцевой панели Bombe. Затем оператор перезапустил цикл. Возможные решения, останавливается как их называли, обрабатывались дальше, чтобы исключить как можно больше ложных остановок. Как правило, было много ложных остановок для бомбы, прежде чем была найдена правильная.

Возможные решения для набора заказов колес были предметом обширной дальнейшей криптоаналитической работы. Это постепенно устраняло ложные остановки, создавало набор соединений коммутационной панели и устанавливало положения буквенных колец ротора.[27] В конце концов результат будет проверен на Typex машина, которая была модифицирована для копирования Enigma, чтобы проверить, расшифровка произведено немецкий язык.[28]

Bombe меню

Буквы детской кроватки и зашифрованный текст, представленные в виде графика, чтобы обеспечить меню который определяет, как настроить запуск бомбы. Этот пример несколько необычен тем, что содержит целых три цикла.
Меню Bombe основано на информационном табло Блетчли-Парка, автор которого - Пегги Эрскин-Таллох.

В ходе бомбардировки криптоаналитик сначала получил детская кроватка - раздел простой текст считалось, что это соответствует зашифрованный текст. Найти кроватки было непросто; для этого требовалось хорошее знание немецкого военного жаргона и коммуникативные навыки операторов. Однако взломщикам кодов помог тот факт, что Enigma никогда не шифровала письмо самому себе. Это помогло в тестировании возможного шпаргалки по зашифрованному тексту, так как это могло исключить ряд шпаргалок и позиций, где одна и та же буква встречалась в одной и той же позиции как в открытом, так и в зашифрованном тексте. Это было названо крушение в Блетчли-парке.

Как только будет выбрана подходящая детская кроватка, криптоаналитик произведет меню для подключения бомбы для проверки шпаргалки на зашифрованный текст. Ниже приводится упрощенное объяснение процесса создания меню. Предположим, что детская кроватка ATTACKATDAWN быть протестированным на определенном участке зашифрованного текста, скажем, WSNPNLKLSTCS. Буквы кроватки и зашифрованного текста сравнивались, чтобы установить пары между зашифрованным текстом и открытым текстом кроватки. Затем они были отображены в виде графика. При этом следует учитывать, что отношения взаимные, так что А в открытом тексте, связанном с W в зашифрованном виде совпадает с W в открытом тексте, связанном с А в зашифрованном тексте. В позиции 1 сравнения открытого текста и зашифрованного текста буква А связан с W, но А также связан с п в позиции 4, K в позиции 7 и Т в позиции 10. Построение этих взаимосвязей в такой диаграмме обеспечило меню, из которого можно было бы настроить соединения бомб и стартовые позиции барабана.

Зашифрованный текстWSNпNLKLSТCS
Открытый текст "кроватка"АТТАCKАТDАWN
Позиция сообщения123456789101112
Установка верхнего барабанаZZZZZZZZZZZZ
Установка среднего барабанаZZZZZZZZZZZZ
Нижняя установка барабанаАBCDEFгЧАСяJKL

На иллюстрации три последовательности букв, образующих петли (или циклы или закрытие), ATLK, TNS и TAWCN. Чем больше петель в меню, тем больше вариантов настройки ротора бомба может отклонить, и, следовательно, тем меньше ложных остановок.

Алан Тьюринг провел очень обстоятельный анализ (без каких-либо электронных средств), чтобы оценить, сколько остановок бомбы можно ожидать в зависимости от количества букв в меню и количества петель. Некоторые из его результатов приведены в следующей таблице.[29] Недавнее моделирование бомбы показало аналогичные результаты.

Расчетное количество остановок бомб на заказ ротора
Количество букв в меню
Петли8910111213141516
32.21.10.420.140.04<0.01<0.01<0.01<0.01
25828113.81.20.300.06<0.01<0.01
11500720280100317.71.60.280.04
040,00019,00073002700820200437.31.0

Ценности Stecker

Немецкая военная Enigma включала в себя коммутационную панель (Steckerbrett на немецком языке), в котором буквы менялись местами (обозначены здесь п) до и после смены основного скремблера (обозначено S). Соединения коммутационной панели были известны криптоаналитикам как значения Штекера. Если бы не было коммутационной панели, было бы относительно просто проверить настройку ротора; а Typex машина, модифицированная для копирования Enigma, может быть настроена, и А зашифрованный на нем и сравниваемый с зашифрованным текстом, W. Если они совпадают, будет предпринята попытка следующей буквы, проверяя, что Т зашифровано в S и так далее по всей длине кроватки. Если в какой-то момент буквы не совпадают, первоначальная настройка ротора будет отклонена; большинство неверных настроек будут исключены после тестирования всего двух букв. Этот тест можно легко механизировать и применить ко всем 17 576 настройкам роторов.

Однако с коммутационной панелью было намного сложнее выполнить пробное шифрование, потому что было неизвестно, во что были преобразованы шифровальные и зашифрованные буквы. Например, в первой позиции П(А) и П(W) были неизвестны, потому что неизвестны настройки коммутационной панели.

Решение Тьюринга для определения значений Stecker (соединений коммутационной панели) заключалось в том, чтобы отметить, что, хотя значения, скажем, для П(А) или П(W), были неизвестны, кроватка по-прежнему обеспечивала известные отношения между этими ценностями; то есть значения после преобразования коммутационной панели. Используя эти отношения, криптоаналитик может рассуждать от одного к другому и, потенциально, вывести логическое противоречие, и в этом случае рассматриваемая настройка ротора может быть исключена.

Рабочий пример такого рассуждения мог бы выглядеть следующим образом: криптоаналитик может предположить, что П(А) = Y. Глядя на позицию 10 шпаргалки: сравнение зашифрованного текста, мы видим, что А шифрует на Т, или, выраженный формулой:

Т = P (S10(П(А)))

Благодаря функции п будучи его собственным обратным, мы можем применить его к обеим сторонам уравнения и получить следующее:

П(Т) = S10(П(А))

Это дает нам связь между П(А) и П(Т). Если П(А) = Y, а для рассматриваемой настройки ротора S10(Y) = Q (скажем), мы можем сделать вывод, что

П(Т) = S10(П(А)) = S10(Y) = Q

Хотя шпаргалка не позволяет нам определить, какие значения находятся после коммутационной панели, она обеспечивает ограничение между ними. В данном случае это показывает, как П(Т) полностью определяется, если П(А) известен.

Точно так же мы можем заметить, что Т шифрует на L в позиции 8. Использование S8, мы можем вывести скошенное значение для L также используя аналогичный аргумент, чтобы получить, скажем,

П(L) = S8(П(Т)) = S8(Q) = г

Аналогично в позиции 6 K шифрует на L. Поскольку машина Enigma является самовзаимодействующей, это означает, что в той же позиции L также будет зашифровать K. Зная это, мы можем применить аргумент еще раз, чтобы вывести значение для П(K), который может быть:

П(K) = S6(П(L)) = S6(г) = F

И снова те же рассуждения применимы к позиции 7, чтобы получить:

П(А) = S7(П(K)) = S7(F) = N

Однако в этом случае мы получили противоречие, поскольку по условию мы предположили, что П(А) = Y в самом начале. Это означает, что первоначальное предположение должно быть неверным, и поэтому (для данной настройки ротора) П(А) ≠ Y (этот тип аргумента называется сокращение до абсурда или «доказательство от противного»).

Шаг удержания, используемый бомбой; в то время как фактические промежуточные значения после панели расширения п - "скомпонованные" значения - неизвестны, если один из них угадывается, то можно использовать шпаргалку для вывода других установленных значений. Здесь предположение, что П(А) = Y можно использовать для вывода, что П(Т) = Q потому что А и Т связаны в 10 позиции кроватки.

Криптоаналитик выдвинул гипотезу о том, что бомба сможет проверить одно соединение на коммутационной панели. Остальные значения Stecker и настройки кольца были определены вручную.

Автоматическое удержание

Чтобы автоматизировать эти логические выводы, бомба приняла форму электрической цепи. Ток протекал по цепи почти мгновенно и представлял все возможные логические выводы, которые можно было сделать в этом месте. Чтобы сформировать эту схему, бомба использовала несколько наборов роторных стеков Enigma, соединенных вместе в соответствии с инструкциями, приведенными в меню, полученном из детской кроватки. Поскольку каждая машина Enigma имела 26 входов и выходов, стеки реплик Enigma соединены друг с другом 26-жильными кабелями. Кроме того, каждая установка ротора стека Enigma смещена на количество мест, определяемое его положением в стойке; например, стопка Enigma, соответствующая пятой букве в кроватке, будет на четыре места дальше, чем стопка, соответствующая первой букве.

На практике

Практические бомбы использовали несколько стопок роторов, вращающихся вместе, чтобы проверить несколько гипотез о возможных настройках машины Enigma, таких как порядок роторов в стопке.

Хотя бомба Тьюринга работала теоретически, для нее требовались непрактично длинные кроватки, чтобы исключить достаточно большое количество настроек. Гордон Велчман придумал способ использования симметрии Stecker Enigma для увеличения мощности бомбы. Его предложение было вложением, называемым диагональная доска что еще больше повысило эффективность бомбы.[5]

Британская бомба

Польская криптология бомба (Польский: Bomba kryptologiczna; множественное число бомба) был полезен только при соблюдении трех условий. Во-первых, форма индикатора должна была включать повторение ключа сообщения; во-вторых, количество доступных роторов должно было быть ограничено тремя, давая шесть различных «порядков колес» (три ротора и их порядок в машине); и в-третьих, количество выводов на плате должно было оставаться относительно небольшим, чтобы большинство букв были незащищенный.[сомнительный – обсудить] Было построено шесть машин, по одной на каждый возможный порядок ротора. В бомба были поставлены в ноябре 1938 года, но буквально через месяц немцы ввели два дополнительных ротора для загрузки в скремблер Enigma, увеличив количество заказов на колеса в десять раз. Строительство еще 54 бомба было за пределами возможностей поляков. Кроме того, 1 января 1939 года количество выводов на плате было увеличено до десяти. Поэтому полякам пришлось вернуться к ручным методам, Зыгальские листы.

Алан Тьюринг разработала британскую бомбу на более общем принципе, допущении наличия текста, называемого детская кроватка, который криптоаналитики могли предсказать, скорее всего, будет присутствовать в определенной точке сообщения. Этот метод называется атака с известным открытым текстом и до некоторой степени использовалась поляками, например, немцы использовали «ANX» - «AN», по-немецки «To», за которым следует «X» в качестве проставки.

Вид сзади на восстановленную Бомбу. Здесь показаны коммутационные панели и 26-контактные кабели, используемые для подключения «меню». Он включает в себя «диагональные доски», которые, несмотря на свое название, физически имеют прямоугольную форму.

Бюджет в размере 100000 фунтов стерлингов на строительство машины Тьюринга был получен, и контракт на создание бомб был присужден Британская компания по производству табуляторов (BTM) в Letchworth.[30] БТМ поставил проект под руководство Гарольд 'Док' Кин. Каждая машина была около 7 футов (2,1 м) в ширину, 6 футов 6 дюймов (1,98 м) в высоту, 2 фута (0,61 м) в глубину и весила около тонны.[31] На передней части каждой бомбы было 108 мест для установки барабанов. Барабаны были в трех группах по 12 троек. Каждый триплет, расположенный вертикально, соответствовал трем роторам скремблера Enigma. Входные и выходные контакты барабанов бомбы были подключены к кабельным разъемам, что позволило подключать бомбу в соответствии с меню. «Быстрый» барабан вращался со скоростью 50,4 об / мин в первых моделях[32] и 120 об / мин в более поздних,[33] когда время на настройку и прохождение всех 17 576 возможных позиций для одного заказа ротора составляло около 20 минут.[34]

Первая бомба получила название «Победа». Он был установлен в «Хижине 1» в Блетчли-парке 18 марта 1940 года. Он был основан на оригинальном дизайне Тьюринга и поэтому не имел диагональной доски.[35] 26 апреля 1940 г. HMSГрифон захватили немецкий траулер (Шифф 26, то Polares) под флагом Нидерландов; В захват были включены некоторые ключи Enigma с 23 по 26 апреля.[36] Блетчли ретроспективно атаковал некоторые сообщения, отправленные в этот период, используя захваченный материал и гениальное меню Bombe, в котором все быстрые роторы Enigma были в одном положении.[37] В мае и июне 1940 года Блетчли удалось прервать шестидневное военно-морское движение с 22 по 27 апреля 1940 года.[38] Эти сообщения были первыми перерывами Кригсмарине сообщения о войне, «[но] хотя этот успех расширил знания Военно-морской секции об организации связи Кригсмаринов, он не повлиял на военно-морские операции и не сделал возможными дальнейшие решения морской загадки».[39] Вторая бомба, названная "Agnus Dei", позже сокращенный до" Agnes "или" Aggie ", был оборудован диагональной доской Велчмана и был установлен 8 августа 1940 года;" Victory "позже был возвращен в Летчворт для установки диагональной доски.[40] Позже бомбы были перенесены из «Хижины 1» в «Хижину 11». Бомба была упомянута капитаном группы Winterbotham как «бронзовую богиню» из-за своего цвета.[41] Операторы более прозаично описывали устройства как «большие металлические книжные шкафы».[42]

В течение 1940 года на двух машинах было разбито 178 сообщений, почти все успешно. Из-за опасности потери бомб в Блетчли-парке в случае бомбардировки, взорвите отдаленные станции[43] были созданы, в Adstock, Gayhurst и Wavendon, все в Бакингемшир.[44] В июне-августе 1941 года в Блетчли-парке было от 4 до 6 бомб, а когда Вейвендон был завершен, у Блетчли, Адстока и Вавендена было всего от 24 до 30 бомб. Когда Гейхерст начал работать, в общей сложности было от 40 до 46 бомб, и ожидалось, что общее количество увеличится примерно до 70 бомб, сброшенных примерно на 700. Wrens (Женская Королевская военно-морская служба). Но в 1942 году с появлением военно-морской четырехвинтовой Enigma потребовалось «гораздо больше семидесяти бомб». Новые станции были открыты в Stanmore и Исткот, и бомбы Wavendon и Adstock были перенесены на них, хотя площадка Gayhurst была сохранена. Несколько бомб, оставшихся в Блетчли-парке, использовались только в демонстрационных и учебных целях.[45]

Основные британские (BTM) типы бомб[46][47]
ТипКоличество эквивалентов EnigmaМеханизмКоличество построенных
Исходный стандарт36 (30 в стадии подготовки)3-роторные эквиваленты Enigma73
Джамбо363-роторные эквиваленты Enigma плюс дополнительный механизм для проверки каждой остановки и печати результатов (прозванный «пулеметом» из-за шума его униселекторы сделанный)14
Мамонт364-роторные эквиваленты Enigma с высокоскоростными реле для определения останова57
Кобра364-роторные эквиваленты Enigma с электронным датчиком, разработанным К. Э. Винн-Уильямс и Томми Флауэрс'команда в Исследовательская станция GPO[48] (эта машина была ненадежной)12
"Новый"[49] стандарт363-роторные эквиваленты Enigma (с высокоскоростными сенсорными реле типа Siemens)68

Производство бомб на БТМ в Летчворте в условиях военного времени было далеко не таким быстрым, как американцы позже достигли в NCR в Дейтоне, штат Огайо.

Количество доступных 3-роторных бомб[50]
ГодМесяцЧисло
1941Декабрь12
1942Декабрь40
1943Июнь72
1943Декабрь87
1944Декабрь152
1945май155

Сержанту Джонсу была поручена общая ответственность за обслуживание Бомбы. Эдвард Трэвис. Позже командир эскадрильи и не путать с Эрик Джонс, он был одним из первых инженеров по обслуживанию бомб и имел опыт BTM техники. Уэлчман сказал, что позже, во время войны, когда другие люди пытались их поддерживать, они осознали, насколько им повезло, что он был им. Около 15 миллионов тонких проволочных щеток на барабанах должны были обеспечить надежный контакт с выводами на шаблоне. Было 104 щетки на барабан, 720 барабанов на бомбу и, в конечном итоге, около 200 бомб.[51]

После Второй мировой войны около пятидесяти бомб хранились в РАФ Исткот, а остальные были уничтожены. Уцелевшие бомбы были задействованы, возможно, на Восточный блок шифры. Смит цитирует официальную историю бомбы, говоря, что «некоторые из этих машин должны были храниться отдельно, а другие требовались для выполнения новых заданий, а шестнадцать машин были относительно заняты в меню». и «Интересно отметить, что большинство рабочих мест выполнялось, а время работы, проверки и другое техническое обслуживание было быстрее, чем в лучшие времена во время войны».[52]

Ответ на четырехроторную Enigma

Блетчли Парк инициировал программу по разработке гораздо более быстрых бомб, которые могли бы расшифровать четырехроторную систему за разумное время. Было два потока разработки. Один под кодовым названием Cobra с электронным датчиком был произведен компанией Чарльз Винн-Вильямс из Учреждение телекоммуникационных исследований (TRE) в Малверне и Томми Флауэрс из Главное почтовое отделение (GPO).[53] Другой, под кодовым названием Mammoth, был разработан Гарольд Кин в BTM, Летчворт. Первая поставка была запланирована на август или сентябрь 1942 года.[46] Проекты двойной разработки вызвали значительную напряженность между двумя командами, которые ставили под сомнение жизнеспособность машины противостоящей команды. После значительного внутреннего соперничества и споров, Гордон Велчман (к тому времени заместитель директора Блетчли-Парка по механизации) был вынужден вмешаться, чтобы разрешить ситуацию. В конце концов, Cobra оказалась ненадежной, и Mammoth пошел в серийное производство.[54]

В отличие от ситуации в Блетчли-парке, у вооруженных сил США не было совместной криптоаналитической службы. Действительно, между Армии США объект, Служба разведки сигналов (SIS), и что из ВМС США известный как ОП-20-Г.[55] До того, как США присоединились к войне, они сотрудничали с Великобританией, хотя и с большой осторожностью со стороны Великобритании из-за чрезвычайной важности того, что Германия и ее союзники не узнали о том, что ее коды нарушаются. Несмотря на некоторое полезное сотрудничество между криптоаналитиками, их начальству потребовалось некоторое время, чтобы установить доверительные отношения, в которых британские и американские бомбы использовались для взаимной выгоды.

В феврале 1941 года капитан Абэ Синков и лейтенант Лео Розен из армии США, а также лейтенанты ВМС США Роберт Уикс и Прескотт Карриер прибыли в Блетчли-Парк, привезя, среди прочего, копию `` Фиолетовая '' шифровальная машина для японской секции Bletchley Park в Хижина 7.[56] Все четверо вернулись в Америку через десять недель с военно-морским радио. пеленгование единица и множество документов[57] включая «бумажную Enigma».[58]

Позднее Карриер писал:

Было полное сотрудничество. Мы побывали везде, в том числе и в Хижине 6. Мы наблюдали за всей операцией и подробно объяснили все техники. Нас подробно проинформировали о последних технологиях решения Enigma и действиях с бомбами. У нас была возможность делать сколько угодно заметок и воочию наблюдать за всеми задействованными операциями.[59]

Основным ответом на «Энигму» с четырьмя винтами стала бомба ВМС США, которая производилась на гораздо менее ограниченных производственных мощностях, чем в Великобритании во время войны.

Количество доступных 4-роторных бомб (Великобритания и США)[50]
ГодМесяцЧисло
1943Июнь4
1943Декабрь95
1944Декабрь160
1945май180

Бомба ВМС США

Полковник Джон Тилтман, который позже стал заместителем директора Блетчли-парка, посетил офис криптоанализа ВМС США (ОП-20-Г) в апреле 1942 года и признал жизненный интерес Америки к расшифровке движения подводных лодок. Срочная необходимость, сомнения относительно загруженности британских инженеров и медленный прогресс, побудили США начать исследования конструкции бомбы для ВМФ, основанной на полной чертежи и электрические схемы, полученные лейтенантами ВМС США Робертом Эли и Джозефом Эксиусом в Блетчли-парке в июле 1942 года.[60][16][61] 3 сентября 1942 года было запрошено финансирование в размере 2 миллионов долларов на развитие военно-морского флота, которое было одобрено на следующий день.

Бомба ВМС США содержала 16 четырехроторных аналогов Enigma и была намного быстрее британских трехвинтовых бомб.[62]

Командир Эдвард Трэвис, Заместитель директора и Фрэнк Берч, Начальник Военно-морского отделения Германии совершил поездку из Блетчли-парка в Вашингтон в сентябре 1942 года. Карл Фредерик Холден, Директором военно-морских коммуникаций США, 2 октября 1942 г. они заключили соглашение Великобритания: США, которое может иметь «более веские претензии, чем БРУСА быть предшественником Соглашение UKUSA, «являясь первым соглашением» об установлении специальных Сигинт отношения между двумя странами », и« это установило образец для UKUSA, поскольку Соединенные Штаты были главным партнером в альянсе ».[63] Он установил отношения «полного сотрудничества» между Bletchley Park и OP-20-G.[16]

Было рассмотрено полностью электронное решение проблемы быстрой бомбы.[16] но отклонили по прагматическим причинам, и контракт был заключен с Национальная кассовая корпорация (NCR) в Дейтон, Огайо. Это установило Лаборатория вычислительных машин ВМС США.[3] Инженерными разработками руководили специалисты NCR Джозеф Деш.

Алан Тьюринг, который написал меморандум к ОП-20-Г (вероятно, в 1941 г.),[64] был откомандирован в британскую объединенную штабную миссию в Вашингтоне в декабре 1942 года из-за его исключительно обширных знаний о бомбах и методах их использования. Его попросили взглянуть на бомбы, которые производились NCR, и на безопасность определенного оборудования для шифрования речи, разрабатываемого Bell Labs.[65] Он посетил OP-20-G и 21 декабря отправился в NCR в Дейтоне. Он смог показать, что нет необходимости строить 336 бомб, по одной для каждого возможного порядка ротора, используя такие методы, как Банбуризм.[16] Первоначальный заказ был уменьшен до 96 машин.

В бомбах ВМС США использовались барабаны для роторов Enigma почти так же, как в британских бомбах. У них было восемь эквивалентов Enigma спереди и восемь сзади. Быстрый барабан вращался со скоростью 1,725 об / мин, В 34 раза превышающую скорость ранних британских бомб. «Остановки» были обнаружены электронным способом с помощью термоэмиссионные клапаны (электронные лампы) - в основном тиратроны- для скоростных цепей. Когда была найдена остановка[66] машина перебегала при замедлении, возвращалась в найденное положение и распечатывала его перед перезапуском. Время работы для работы с 4 роторами составляло около 20 минут, а для запуска с 3 роторами - около 50 секунд.[67] Каждая машина была 10 футов (3,0 м) в ширину, 7 футов (2,1 м) в высоту, 2 фута (0,61 м) в глубину и весила 2,5 тонны.

Первая машина была закончена и испытана 3 мая 1943 года. К 22 июня первые две машины, названные «Адам» и «Ева», взломали особенно сложный немецкий военно-морской шифр - Офицер настройки на 9 и 10 июня.[68] П. Махон, вступивший в военно-морскую секцию в Хижине 8 в 1941 году, писал в своей официальной «Истории Хижины 8 1939-1945» за 1945 год:

Американская бомба по своей сути была такой же, как и английская бомба, хотя работала она гораздо лучше, поскольку им не мешало создавать ее, как Кин был вынужден сделать из-за производственных трудностей, на базе трехколесной машины. К концу осени [1943 года] новые американские машины вступали в строй примерно по 2 машины в неделю, при этом общее количество машин составляло около 125.[69]

Эти бомбы были быстрее и вскоре стали доступнее, чем британские бомбы в Блетчли-парке и его окраинах. Следовательно, они были использованы для работы в Хижине 6, а также в Хижине 8.[70] В своей «Криптографической истории работы над немецкой военно-морской загадкой» Александр написал следующее.

Когда американцы начали массово выпускать бомбы, происходил постоянный обмен сигналами - шпаргалки, ключи, тексты сообщений, криптографический чат и так далее. Все это происходило по кабелю, который был впервые зашифрован на объединенной англо-американской шифровальной машине, C.C.M. Большинство детских кроваток было оперативно срочно, быстрая и эффективная связь была необходима, и в этом были достигнуты высокие стандарты; аварийный сигнал приоритета, состоящий из длинной кроватки с кроваткой и текста сообщения, повторяемого в качестве защиты от коррупции, займет менее часа с момента начала записи сигнала в хижине 8 до завершения его расшифровки в соч. 20 G. В результате мы смогли использовать Op. Бомбы 20 G почти так же удобно, как если бы они были на одной из наших окраин в 20 или 30 милях от нас.[71] Гл. VIII пункт. 11

Производство было остановлено в сентябре 1944 г. после того, как была изготовлена ​​121 бомба.[67] Последняя изготовленная бомба ВМС США выставлена ​​на обозрение в США. Национальный криптологический музей. Джек Ингрэм, бывший куратор музея, описывает, как ему рассказали о существовании второй бомбы и он искал ее, но не нашел целиком. Остается ли он на складе по частям, ожидая обнаружения, или больше не существует, неизвестно.

Бомба армии США

Бомба армии США физически сильно отличалась от бомб Великобритании и ВМС США. Контракт на его создание подписан с Bell Labs 30 сентября 1942 г.[72] Машина была разработана для анализа движения с 3, а не с 4 роторами. Он был известен как «003» или «Мадам X».[73][74] В нем не использовались барабаны для представления роторов Enigma, вместо этого использовались реле телефонного типа. Однако он мог решить одну проблему, которую не могли решить бомбы с барабанами.[67][70] Набор из десяти бомб состоял из 144 эквивалентов Enigma, каждая из которых была установлена ​​на стойке длиной примерно 7 футов (2,1 м), высотой 8 футов (2,4 м) и шириной 6 дюймов (150 мм). Было 12 станций управления, которые могли с помощью коммутационных панелей преобразовать любой из эквивалентов Enigma в желаемую конфигурацию. Изменение порядка ротора не требовало механического процесса смены барабанов, но происходило примерно за полминуты с помощью кнопок.[66] Обгон 3-х ротора занял около 10 минут.[67]

Бомба перестроить

В 1994 году группа во главе с Джон Харпер из BCS Computer Conservation Society начал проект по созданию действующей копии бомбы.[75] Проект требовал подробных исследований, и потребовалось 13 лет усилий, прежде чем была завершена копия, которая затем была выставлена ​​в музее Блетчли-Парка. В марте 2009 года он получил награду за инженерное наследие.[76] Реконструкция Бомбы была перенесена в Национальный музей вычислительной техники на Блетчли-парке в мае 2018 года,[77] новая галерея официально откроется 23 июня 2018 г.[78]

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Велчман 2005С. 138–145.
  2. ^ Уилкокс 2001, п. 33.
  3. ^ а б Венгер 1945.
  4. ^ Смит 2007, п. 60.
  5. ^ а б Велчман 2005, п. 77.
  6. ^ Джон Фицджеральд, Питер Горм Ларсен, Пол Мукерджи, Нико Плат, Марсель Верхоф (6 декабря 2005 г.). Проверенные проекты для объектно-ориентированных систем. ISBN 9781846281075.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  7. ^ Саймон Сингх (26 января 2011 г.). Книга кодов: наука секретности от Древнего Египта до квантовой криптографии. ISBN 9780307787842.
  8. ^ Будянский 2000, п. 195.
  9. ^ Себаг-Монтефиоре 2004, п. 375.
  10. ^ Картер, п. 1.
  11. ^ Картер 2010.
  12. ^ Продажа, Тони. «Военное использование Enigma: Сложность машины Enigma». www.codesandciphers.org.uk. Получено 10 ноября 2019.
  13. ^ Кан 1991, п. 40 заявляет, что ранняя Enigma использовала 3 ротора в машине, но было доступно 5 роторов. Это даст около 1 миллиона возможных стартовых позиций. Вместо 26 позиций в ранней морской Enigma было 29, потому что в нее входили 3 символа с умляутами.
  14. ^ Кан 1991, п. 40 описывает опасения Германии по поводу атаки наложения.
  15. ^ Кан (1991, п. 43), заявив: «В частности, он принял неудобные выводы исследования лейтенанта Хенно Лукана, второго офицера радиосвязи линкора. Эльзасс, что ни в физической, ни в криптологической безопасности Enigma не отвечает современным требованиям ».
  16. ^ а б c d е Будянский 2000С. 238–242.
  17. ^ а б Продажа, Тони, Быстрая ревизия машины Enigma, ее физических и рабочих характеристик, получено 9 июн 2011
  18. ^ Продажа, Тони, «Принцип загадки», Шифровальная машина Enigma, получено 4 февраля 2010
  19. ^ "Enigma M4: Морская 4-колесная Enigma". Крипто-музей. Получено 18 сентября 2020.
  20. ^ Харпер 2007.
  21. ^ Продажа, Тони, Военное использование Enigma: сложность машины Enigma, получено 4 января 2014
  22. ^ Махон 1945, п. 24.
  23. ^ Велчман 2005, п. 120.
  24. ^ Продажа, Тони, Виртуальный военный парк Блетчли: Алан Тьюринг, загадка и бомба, получено 28 февраля 2010
  25. ^ Продажа, Тони, Бомба Тьюринга / Велчмана, Помните, что верхний быстрый барабан на Bombe соответствует медленному левому барабану на машине Enigma.
  26. ^ 6812-й отряд службы безопасности армии США (1945 г.), Отчет о бомбардировке US 6812 (PDF), получено 4 февраля 2010
  27. ^ Картер, п. 4.
  28. ^ Продажа, Тони, Виртуальный военный парк Блетчли: Бомба и проблема звонков, получено 30 июн 2011
  29. ^ Картер, п. 3.
  30. ^ Смит 2007.
  31. ^ Эллсбери 1988, Гл. 2 Описание бомбы.
  32. ^ Уилкокс 2001, п. 12.
  33. ^ Эллсбери 1988, Гл. 4 Как работала бомба.
  34. ^ Александр c. 1945 г., Гл. I пункт. 44.
  35. ^ Хинсли, Рэнсом и Найт 1988, п. 954.
  36. ^ Кан 1991, п. 116–117.
  37. ^ Райт 2016.
  38. ^ Эрскин, Ральф. "Союзники ломают военно-морскую загадку". uboat.net. Получено 6 февраля 2017.
  39. ^ Кан 1991С. 117–118.
  40. ^ «Загородные станции - Краткая история», Блетчли Парк Джевелс, заархивировано из оригинал 14 июня 2011 г., получено 1 мая 2010
  41. ^ Винтерботэм 2001, п. 15.
  42. ^ Мэри Стюарт, оператор "Бомбы", дала интервью в "Люди, разгадавшие загадку", Документальный сериал UKTV History Channel"Герои Второй мировой войны", 2003
  43. ^ «Загородные места из парка», Блетчли Парк Джевелс, заархивировано из оригинал 13 декабря 2009 г., получено 16 апреля 2010
  44. ^ Томс, Сьюзан (2005), Enigma и связь Eastcote, заархивировано из оригинал 4 декабря 2008 г., получено 16 апреля 2010
  45. ^ Велчман 2005, с. 139, 141.
  46. ^ а б Будянский 2000С. 359–360.
  47. ^ Харпер, Джон, изд. (2007), "Типы бомб", Британская бомба CANTAB
  48. ^ Коупленд, Б. Джек, изд. (2006), Колосс: Секреты компьютеров для взлома кода в Блетчли-парке, Oxford: Oxford University Press, стр. 285, г. ISBN 978-0-19-284055-4
  49. ^ Харпер, Джон, изд. (2007), "Определения", Британская бомба CANTAB
  50. ^ а б Александр c. 1945 г., Гл. V пункт. 3.
  51. ^ Велчман 2005, п. 147
  52. ^ Смит 2007, п. 206.
  53. ^ Смит 2014, п. 213.
  54. ^ Смит 2014С. 213–214.
  55. ^ Будянский 2000, п. 87.
  56. ^ Будянский 2000, п. 176.
  57. ^ Будянский 2000, п. 179.
  58. ^ Якобсен, Филип Х. (2000), Предоставление Британией информации о немецкой морской Enigma, заархивировано из оригинал 11 июля 2011 г., получено 26 марта 2010
  59. ^ Смит 2007, п. 134.
  60. ^ Дебросс и Берк 2004, п. 74.
  61. ^ Уилкокс 2001, п. 21.
  62. ^ ДеБрос, Джим (2015), Фильм оскорбляет роль жителей Огайо, разрушающих Enigma, Cincinnati.com: часть сети USA Today
  63. ^ Эрскин, Ральф (лето 1999 г.), "Соглашение Холдена о военно-морской безопасности: первая BRUSA?", Разведка и национальная безопасность, 14 (2): 187–197, Дои:10.1080/02684529908432545
  64. ^ Тьюринг, Алан (ок. 1941 г.), «Меморандум к OP-20-G по Naval Enigma», в Коупленд, Б. Джек (ред.), The Essential Turing: основные труды по вычислениям, логике, философии, искусственному интеллекту и искусственной жизни плюс Секреты Enigma, Oxford: Oxford University Press, стр. 341–352, ISBN 0-19-825080-0
  65. ^ Коупленд, Б. Джек (2012), Тьюринг: пионер информационной эпохи, Oxford: Oxford University Press, стр. 81–84, ISBN 978-0-19-963979-3
  66. ^ а б Венгер 1945, п. 51.
  67. ^ а б c d Венгер 1945, п. 52.
  68. ^ Будянский 2000С. 294–295.
  69. ^ Махон 1945, п. 89.
  70. ^ а б Велчман 2005, п. 135.
  71. ^ Александр c. 1945 г..
  72. ^ Себаг-Монтефиоре 2004, п. 254.
  73. ^ Фарли 1990, п. 12.
  74. ^ Берк 2002, п. 136.
  75. ^ "Bombe возглавляет опрос инженеров". Общество сохранения компьютеров. Получено 6 февраля 2017.
  76. ^ Британское компьютерное общество (2009), Команда бомбардировщиков BCS получила награду (опубликовано 31 марта 2009 г.), получено 22 мая 2009
  77. ^ "Бомба прибывает". Национальный музей вычислительной техники. 1 мая 2018. Архивировано с оригинал 22 июня 2018 г.. Получено 22 июн 2018.
  78. ^ "Галерея Бомбе открывается 23 июня". Национальный музей вычислительной техники. 7 июн 2018. Получено 22 июн 2018.

использованная литература

внешние ссылки