Бомба тьюринга: Эмулятор «Бомбы» Тьюринга на Raspberry Pi и Arduino / Хабр

Содержание

Эмулятор «Бомбы» Тьюринга на Raspberry Pi и Arduino / Хабр

«

Энигма

» — это серия немецких электромеханических роторных шифровальных машин, которые использовались с двадцатых годов прошлого века. В том числе время активной передачи зашифрованных на «Энигме» сообщений попадает на период Второй мировой войны. В связи с этим появилась огромная практическая ценность взлома шифрования «Энигмы».

Для взлома кодов «Энигмы» польское Бюро шифров разработало Криптологическую бомбу, с помощью которой осуществлялся взлом сообщений. Всего было создано шесть машин под шесть комбинаций роторов, которые имели ограниченную сферу применения из-за специфичности условий, предъявляемых к зашифрованному сообщению. Машины быстро потеряли смысл с вводом новых роторов, а создать ещё 54 «бомбы» у польской стороны не было ресурсов. После этого пришлось вернуться к ручным методам — листам Зыгальского. С учётом польских наработок была создана более совершенная Bombe, электромеханическая машина, которую чаще всего связывают с личностью Алана Тьюринга. Всего было построено порядка полутора сотен британских «Бомб». После окончания Второй мировой войны почти все «Бомбы» были уничтожены по соображениям секретности.

Хотя в свободном обращении есть документация по устройству, успешные попытки воссоздать «Бомбу» можно пересчитать по пальцам одной руки. Это, к примеру, работоспособная реконструкция Bombe Rebuild Project команды любителей под руководством Джона Харпера. На создание реплики ушло 13 лет. Вчера в сети свой куда более скромный проект опубликовал любитель из Новой Зеландии. Это эмулятор из трёх роторов. В реальной «Бомбе» было 26 соединённых между собой троек.


В «Энигме» использовался полиалфавитный шифр, наиболее известным примером которого является шифр Вижинера. Можно вкратце описать принцип работы шифра как динамический шифр Цезаря, в котором глубина сдвига меняется по определённому алгоритму. Сердцы «Энигмы» — это три ротора, хотя позднее создавались и экземпляры с четырьмя. На каждом из роторов с двух сторон нанесены 26 контактов, соответствующие буквам алфавита. Электрические соединения дорожек между контактами не идут по прямой, они отличаются от ротора к ротору. Роторы можно вынимать, менять их расположение или вставлять другие роторы из набора. С января 1939 года в сухопутных войсках и авиации набор состоял из 5 роторов, что давало 60 комбинаций, а во флоте — 8 (336 комбинаций).

Дополнительной мерой является использование коммутационной панели. Электрические соединения проводами на панели спереди машины позволяют менять буквы по парам: A может стать R, а R в этом случае станет A. Для чтения сообщения нужно знать положение роторов на шпинделе, какие роторы и отражатель из набора использовались, код шифрования (3 символа латинского алфавита) и положения проводов на коммутационной панели. В некоторых версиях вводились другие меры: отражатель тоже вращался, использовалось большее количество роторов и так далее.

После нажатия на клавишу ток проходил по электрическим дорожкам от клавиши, по контактам на коммутационной панели, через три ротора с различным положением дорожек, возвращался через отражатель и повторно через три ротора. Затем зажигалась лампочка на панели с соответствующей буквой шифра. Как минимум один ротор совершал движение, меняя комбинацию для шифрования следующей буквы. Роторы вращались подобно секундной, минутной и часовой стрелке в механических часах: быстрый правый ротор совершал полный оборот, а затем движение в 1/26 оборота совершал средний. После полного оборота среднего движение в 1/26 оборота совершал самый медленный левый.

«Бомба» помогала установить возможные настройки «Энигм» в немецких войсках. Она не выдавала готовые сообщения. Для завершения работы требовался всё тот же ручной труд. «Бомбы» помогали сократить число возможных решений до допустимого и доступного для обработки.

Чтобы расшифровывать сообщения требовались так называемые «подсказки». Осуществлялась атака на основе открытых текстов (known-plaintext attack): зашифрованный текст проверялся на возможность содержания знакомых слов и фраз. Нахождение «подсказок» требовало знания немецкого военного слэнга и стиля общения операторов связи. Немалую роль сыграла конструкция отражателя: буква никогда не могла быть зашифрована сама в себя. После выбора подсказки составлялось так называемое «меню», программа поиска возможных решений. Прогон «меню» прерывался остановками с решениями-кандидатами, которые затем проверялись. Обычно до нахождения правильного случалось много остановок с неправильными решениями.

Любитель из Новой Зеландии воссоздал «Бомбу». Вернее было бы сказать, что он воссоздал эмулятор одного из 26 блоков дешифровальной машины. Созданное устройство компактно — его можно поставить на стол. Вычисления выполняются на Raspberry Pi 2. Устойство даже не скрывает этого: результат выводится до окончания движения роторов. Три барабана одинакового цвета (в оригинале они имели специальные цвета по выполняемой задаче) вращаются сугубо для косметического эффекта. Но они делают это очень убедительно и с той же скоростью, что и оригинал. За процессом приятно наблюдать.

В видеоролике запускается то самое «меню» с докладом о погоде, которое использовали для демонстрации реальной «Бомбы». Легко понять, почему: оно наглядно.

Проекту помогали руководитель команды по созданию полноценной реплики Джон Харпер и несколько других экспертов. До этого любитель создал часы-бомбу — полнофункциональную версию машины для взлома «Энигмы», которую можно носить на запястье.

Внутри настольной «Бомбы» находится плата Raspeberry Pi 2, Arduino, свинцово-кислотный аккумулятор на 12 вольт и вольтметр. Эмулятор потребляет немало энергии и легко вытягивает по 1,5—2 ампера. Изначально софт для работы писался на Basic, но позднее его портировали на С++. Raspberry Pi 2 соединяется с Arduino и управляет тремя шаговыми электродвигателями. Arduino сообщает плате Raspeberry Pi 2 позицию двигателей в виде серии импульсов, чтобы их можно было остановить в нужный момент. На боку расположен жидкокристаллический дисплей, который играет роль механического индикатора оригинальной «Бомбы». Кнопки начала работы и прерывания расположены спереди как у реального образца.

Корпус выполнен из стали толщиной 0,8 мм, а барабаны в масштабе 3/4 — из обычных консервных банок. Все части устройства сделаны вручную. Масса составляет порядка 10 килограммов. Файлы с «меню» подгружаются с флэшки, которую можно вставить, открыв крышку сзади. Также сбоку расположен сетевой порт для мониторинга работы эмулятора, он закрыт крышкой. В работе устройство шумит двигателями, пусть и громкость не сравнить с шумом реальной «Бомбы».

Автор обещает опубликовать исходный код программы устройства, хотя без существующего в единственном экземпляре «железа» его не на чем запускать. Остаётся пожелать автору не приносить его творение в школу и уж тем более не объяснять при аресте, что это такое.

Страница проекта с фотографиями
Онлайн-симулятор «Бомбы» Тьюринга

Был ли преувеличен вклад Блетчли-парк в победу над Гитлером?

Автор фото, PA Media

Подпись к фото,

Правительственная школа кодов и шифров в годы войны находилась в загородном поместье Блетчли-парк

Легендарный британский дешифровальный центр в годы Второй мировой войны сыграл важную роль, но меньшую, чем принято думать, утверждает канадский историк Джон Феррис.

Его книга «За кулисами «Энигмы», основанная на рассекреченных документах Центра правительственной связи Соединенного Королевства, поступает в продажу во вторник.

«Блетчли-парк не выигрывал войну, как привыкли считать многие британцы, — заявил Би-би-си Феррис, профессор университета Калгари. — Разведка не может победить сама по себе».

Существующий доныне Центр правительственной связи был создан 1 ноября 1919 года. Тогда он назывался Правительственной школой кодов и шифров.

Во время Второй мировой войны организация переместилась в загородный особняк в Блетчли-парк, графство Букингемшир, и занималась, помимо прочего, радиоперехватом и расшифровкой секретных кодов нацистской Германии.

Самым известным ее достижением является раскрытие принципа работы немецкой шифровальной машины «Энигма», что позволило заранее узнавать планы противника.

Автор фото, PA Media

Подпись к фото,

Turing Bombe, машина для расшифровки кода «Энигмы», была уничтожена после войны по соображениям секретности и полностью воссоздана энтузиастами спустя 60 лет

В официальной истории британской разведки говорится, что взлом «Энигмы» приблизил победу как минимум на два года, и что без него исход войны вообще был бы непредсказуем.

Истории с «Энигмой» посвящены целых три художественных фильма.

Сейчас Центр находится в Челтнеме в графстве Глостершир. Но слово «Блетчли-парк» известно в Британии практически каждому и является предметом национальной гордости.

Культ Блэтчли

Капитальная работа Джона Ферриса посвящена не только Второй мировой войне, но всей истории Центра правительственной связи [Government Communications Headquarters, или GCHQ].

«Центр правительственной связи — это обращенная лицом к гражданам организация в сфере разведки и безопасности, всемирно известный бренд с общепризнанной репутацией. Мы обязаны этим нашим предшественникам», — написал в предисловии к ней директор спецслужбы Джереми Флеминг.

Автор фото, PA Media

Подпись к фото,

Блэтчли-парк, где размещена экспозиция, посвященная взлому «Энигмы», ежегодно принимает десятки тысяч посетителей

«На сегодня GCHQ является наиболее ценным стратегическим ресурсом Британии и, вероятно, останется таковым на десятилетия, — заявил Би-би-си автор книги. — По моему мнению, Британия многое выигрывает, сохраняя эту службу сильной и на мировом уровне».

«Но в то же время нужно ясно понимать, что можно, а чего в принципе нельзя получить от разведки», — добавил он.

По словам Джона Ферриса, руководство спецслужбы десятилетиями сознательно создавало и поддерживало в обществе «культ Блетчли», чему способствовала окружающая ее секретность.

В то же время Феррису предоставили широкий доступ к документам и не мешали делать собственные выводы. Некоторые ограничения касались только технических подробностей дешифровки и перехвата иностранных дипломатических депеш в современную эпоху.

Во взломе советских кодов в период «холодной войны» GCHQ не добился таких знаковых успехов, как в случае с «Энигмой», хотя и добыл много полезной информации военного характера.

Особенно велик был его вклад в фолклендскую операцию 1982 года.

«Думаю, Британия не выиграла бы эту кампанию без GCHQ», — заявил Би-би-си Феррис.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Сотрудницы Блетчли-парк в 1943 году

Благодаря перехвату и расшифровке британские командиры уже через несколько часов узнавали, какие приказы получил противник.

«Им было всегда известно, что аргентинцы собираются делать, где и какими силами», — рассказал Джон Феррис.

Известно, что аргентинская высадка на островах стала неожиданностью для Даунинг-стрит, но, по словам историка, это было скорее ошибкой политиков, а не разведчиков.

Книга повествует также о многолетнем сотрудничестве Центра правительственной связи с Агентством национальной безопасности США и об откровениях на эту тему американского перебежчика Эдварда Сноудена.

«Энигма» и Тьюринг

«Энигма» (по-древнегречески «загадка») — название основанных на общем принципе компактных электромеханических роторных машин для шифрования, представляющих собой целую эпоху в истории криптографии.

В 1920-1940 годах их было выпущено около 100 тыс. Они широко применялись во многих странах, в том числе в коммерческих целях.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Математик Алан Тьюринг предложил противопоставить немецкому шифровальному устройству свою машину для дешифровки

В 1932 году четверо польских криптоаналитиков во главе с Марианом Раевским вычислили ключ к германским армейским «Энигмам». Узнав об этом, немцы в 1938 году создали усовершенствованную машину, с которой и пришлось бороться экспертам из Блетчли-парк.

В начале мировой войны Берлин опережал Лондон в части как защиты собственных, так и расшифровки чужих данных. Но уже к августу 1940 года британцы ликвидировали отставание.

Операция по взлому «Энигмы» носила кодовое название «Ультра» и держалась в секрете до начала 1970-х годов.

В команду набрали талантливых аналитиков, в том числе шахматистов, чемпионов по разгадыванию кроссвордов и специалистов по древнеегипетским иероглифам.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Операция по взлому «Энигмы» носила кодовое название «Ультра» и держалась в секрете до начала 1970-х годов

Больше всех отличился молодой математик Алан Тьюринг, предложивший противопоставить немецкому шифровальному устройству его собственную машину для дешифровки, получившую название Turing Bombe («Бомба Тьюринга») — фактически протокомпьютер весом в тонну.

В отдельные дни «Бомба Тьюринга» прочитывала до трех тысяч германских секретных сообщений.

Тьюринг также является, наряду с Оскаром Уайльдом, самой известной жертвой гомофобии среди исторических фигур в Британии.

В 1952 году его обвинили в нетрадиционной сексуальной ориентации, по тем временам являвшейся в Великобритании уголовным преступлением. Спустя два года он покончил с собой, не выдержав травли.

«Bombe» Тьюринга, взорвавшая «Enigma» | Невероятные Механизмы

Началу расшифровки сообщений знаменитой «Enigma» положила «Bomba kryptologiczna» созданная польскими математиками. Их наработки были переданы Британии, где в Блетчли-парке было создано сверхсекретное подразделение (программа «Ultra») по дешифровке немецких посланий.

Барабаны современной реконструкции механизма Алана Тьюринга

Барабаны современной реконструкции механизма Алана Тьюринга

Учитывая, что немецкие шифровальщики использовали различные машинки для шифровки, в Блетчли-Парке существовали разные группы для противодействия им. С сентября 1939 года в домике номер восемь работал великий математик Алан Тьюринг. Задачей его группы была расшифровка кодов «Enigma», использовавшихся ВМФ Германии. Известно, что «Энигмы» для флота комплектовались четырьмя роторами, а не тремя, как у других видов войск, что подразумевало многократное усиление шифра.

Тьюринг так же занимался системой шифровки для телефонных сообщений Англии и США вместе с криптографом Дилли Ноксом. Это сотрудничество позволило Тьюрингу разработать методику расшифровки кодов «Enigma», оказавшуюся более эффективной, чем предложенная польскими математиками в их «криптологической бомбе».

Редкое исторической фото настоящей «Bombe»

Редкое исторической фото настоящей «Bombe»

Как и польский вариант, новая «Bombe» (есть версия, что название связано с сортом мороженого Bombe glacee) так же работала методом «переборки» всех возможных вариантов кода. «Бомба» помогала находить ежедневные настройки «Энигм», главным образом – позиции роторов, так как именно это определяло ключи шифра. Механизм «Бомбы» был собран Гарольдом Кином из компании British Tabulating Machine Company и чуть позже доработан Гордоном Уэлчманом. Окончательный вариант устройства и известен как «Бомба Тьюринга» (Turing Bombe).

«Бомба Тьюринга»

«Бомба Тьюринга»

Получившийся механизм начал работать с марта 1940-го. Это бы агрегат длиной три метра, высотой два с небольшим метра и шириной чуть больше полуметра. Вес составлял около двух с половиной тонн. Сто восемь барабанов (соединенных по три и объединенные в три секции по двенадцать таких «строенных «барабанов) соответствовали ста восьми роторам «Энигм». Роторы и барабаны имели одинаковую систему внутренних проводом, а рефлектор «Enigma» моделировался в «Bombe» простым дублированием контактов с проводами.

Восстановленная «Bombe»

Восстановленная «Bombe»

Работал механизм так: верхний ряд барабанов вращался со скоростью сто двадцать об/м. После полного оборота поворачивался средний ряд, после оборота среднего – нижний. Такое вращение длилось до того, как будет получен сигнал «Стоп» или все барабаны не вернутся в начальное положение. Сигнал «Стоп» машина выдавала в случае совпадения дешифрованного сообщения с шифрованным.

До осени 1944 года такие механизмы выпускали «серийно». В Блетчли-парк было задействовано двести десять «Бомб Тьюринга», ежедневно дешифрующие около трех тысяч шифровок. По окончании войны Черчилем был издан приказ по программе «Ultra» о полном уничтожении всех устройств Тьюринга. Спустя много лет любителями истории и «Turing Bombe» был воссоздан механизм этого устройства. На это потребовалось более десяти лет.

Читать еще про «Enigma» на канале «НМ» (части 1 и 2):

Взлом «Enigma» — как разгадали главную «Загадку» Второй мировой

Взлом «Enigma» — как разгадали главную «Загадку» Второй мировой

Если вам понравился материал, пожалуйста, ставьте лайки и подписывайтесь на канал. Это не сложно и бесплатно, но очень важно для развития «НМ». А еще нам нужны репосты в соцсети!

Криптологическая Бомба. Британский ответ на немецкую Энигму — fofoi.ru

Криптологическая Бомба. Британский ответ на немецкую Энигму

Британский ответ на немецкую “Энигму”. Криптологическая Бомба  — электронно-механическая машина для расшифровки кода немецкой шифровальной машины “Энигма”.

«Энигма»

 

Коммутационная панель Энигмы с  подключенными кабелями (десять использовалось во время Второй мировой войны). Это усовершенствование значительно увеличило безопасность системы.

Первое устройство для расшифровки кода “Энигмы” было разработано польским криптологом  Марианом Реевским и разработанный в 1938 г. совместно с двумя его коллегами-математиками Ежи Рожицкий и Генрихом Зигальским. В дальнейшем на основе этой разработки и при непосредственной поддержке её создателей в Англии был сконструирована более усовершенствованная машина. Теоретическую часть работы этой машины выполнил Алан Тьюринг. Принцип работы, разработанного Тьюрингом дешифратора, состоял в переборе возможных вариантов ключа шифра и попыток расшифровки текста, если была известна структура дешифруемого сообщения или часть открытого текста. Первая Криптологическая Бомба была запущена 18 марта 1940 года. Машина  состояла из 108 вращающихся электромагнитных барабанов и ряда других вспомогательных блоков. Она была 10 футов (3,0 м) длиной, 7 футов (2,1 м) высотой, 2 футов (0,61 м) шириной и весила 2,5 тонны. Серийно выпускалась до сентября 1944 года, когда ход войны сделал ненужным увеличение их количества. Для каждого возможного значения ключа, заданного положениями роторов машина выполняла сверку с известным открытым текстом.

Одна машина Бомба одновременно эмулировала действия нескольких десятков машин Энигма. Каждый из быстро вращающихся барабанов, сфотографированных на макете в музее«Блетчли-Парк» , повторял действия роторов Энигма.Криптологическая Бомба. Британский ответ на немецкую Энигму

Фрагмент восстановленной Бомбы в Блетчли-парке. Роторы.

Находилась Криптологическая Бомба  в  Блетчли-Парк — особняк, расположенный в Блетчли (в городе Милтон Кинс) в историческом и церемониальном графстве Бакингемшир в центре Англии. В период Второй мировой войны в Блетчли-Парке располагалось главное шифровальное подразделение Великобритании. Здесь взламывались шифры и коды, здесь была спланирована операция «Ультра», нацеленная на дешифровку сообщений «Энигмы». В настоящее время на территории Блетчли-Парка расположен музей (Прим. Wikipedia)

Восстанавливаемая Бомбы в Блетчли-парке, 2004 год

Всего в «Блетчли-Парк» было установлено 210 машин типа Бомба, что позволило ежедневно расшифровывать до 3 тысяч сообщений. Это внесло существенный вклад в военные усилия Британии, в особенности в борьбу с подводными лодками в Атлантике. В числе полученной информации были и сведения о подготовке вторжения в СССР. Несмотря на риск раскрытия источника, сведения были переданы советскому правительству. Однако Сталин не придал этой информации должного значения. После войны Черчилль, из соображений секретности, приказал уничтожить все материальные следы программы “Ультра”, в том числе и машины Бомбы. Британские любители истории спустя более 60 лет восстановили одну машину Криптологическую Бомбу, несмотря на наличие подробных чертежей и объяснений (полный комплект собирался 2 года), они потратили на это 10 лет.

Тьюринг — это… Что такое Тьюринг?

А́лан Матисон Тью́ринг OBE (англ. Alan Mathison Turing; 23 июня 1912 — 7 июня 1954) — английский математик, логик, криптограф, оказавший существенное влияние на развитие информатики. Предложенная им в 1936 году абстрактная вычислительная «Машина Тьюринга» позволила формализовать понятие алгоритма и до сих пор используется во множестве теоретических и практических исследований.

Жизнь Алана Тьюринга закончилась трагически. Он был признан «одной из самых известных жертв гомофобии в Великобритании».

Краткая биография

Сын британского чиновника в Индии, Алан учился во Франции, Англии и, затем, в США. Тогда многие математики пытались создать алгоритм для определения истинности высказываний. Но Гёделю удалось доказать, что любая полезная математическая система аксиом неполна в смысле, что в ней существует высказывание, истинность которого нельзя ни опровергнуть, ни подтвердить. Это побудило Тьюринга доказать, что нет общего метода определения истинности и, таким образом, математика всегда будет содержать недоказуемые высказывания.

В своей работе Тьюринг предложил проект простого устройства, имеющего все основные свойства современной информационной системы: программное управление, память, и пошаговый способ действий. Эта воображаемая машина, получившая название «машины Тьюринга», используется в теории автоматов или компьютеров.

Когда Тьюринг из США возвратился в Англию, началась вторая мировая война. Одним из важнейших вооружений этой войны была ЭВМ «Колосс» по проекту «Ультра», начавшая в 1943 году взламывать сверхсложные шифры немцев. Работа этой системы значительно помогла союзникам в борьбе с немецко-фашистскими захватчиками.

После войны в 1945 Алан возглавил проект создания компьютера «ТУЗ» (ACE, Automatic Computing Engine), а в 1948 Тьюринг стал работать с «МАДАМ» (MADAM, Manchester Automatic DigitAl Machine), компьютером с самой большой памятью в мире в то время. Работы Алана по сооружению первых ЭВМ и развитию методов программирования имели неоценимую важность, дав основу большинству исследований в области искусственного интеллекта. Он полагал, что компьютеры, в конце концов, смогут мыслить как человек, и предложил простую проверку, известную как тест Тьюринга, оценивающую способность машины мыслить: побеседуйте с ЭВМ, и пусть она убедит вас, что она — человек.

В 1952 году Тьюринг издал первую часть его теоретического изучения развития форм живых организмов. Но эта работа осталась незаконченной.

В 1952 г. обворовали квартиру Тьюринга, и в ходе расследования полиция выяснила, что кражу совершил друг его любовника. Скандал получил широкую огласку — и 30 марта 1953 года состоялся судебный процесс, на котором Тьюринг был обвинен в мужеложестве. На выбор ему было предложено два приговора — либо заключение в тюрьме, либо подавление либидо с помощью инъекций женского гормона эстрогена. Ученый выбрал второе.

Последствия суда были катастрофическими — Алана Тьюринга уволили из шифроаналитического бюро и Манчестерского университета. Правда, потом ему все-таки вернули возможность преподавать. Тем не менее учёный до 1954 г. прожил в затворничестве, играя в свою любимую игру «Необитаемый остров», которая заключалась в получении всевозможных химических веществ из популярных продуктов. 8 июня 1954 года Алан Мэтисон Тьюринг был найден мертвым в своем доме — отравился цианидом. Яблоко, начиненное этой отравой, лежало рядом на ночном столике. До сих пор точно не известно, было ли это самоубийством или Тьюринга погубили завистники. Его мать считала, что он отравился случайно, так как всегда небрежно работал с химикатами.

Научные достижения и открытия

Проблема остановки

Было обнаружено, что компьютеры всё-таки могут решить не любую математическую задачу. Алан Тьюринг доказал в 1936 году, что общий алгоритм для решения проблемы остановки для любых возможных входных данных не может существовать.

Расшифровка кода «Энигмы»

Блечли Парк

Во время Второй мировой войны Тьюринг работал в Блечли Парке — британском криптографическом центре, где возглавлял одну из пяти групп, Hut 8, занимавшихся в рамках проекта «Ультра» расшифровкой закодированных немецкой шифровальной машиной «Энигма» сообщений кригсмарине и люфтваффе. Вклад Тьюринга в работы по криптографическому анализу алгоритма, реализованного в «Энигме» основывался на более раннем криптоанализе предыдущих версий шифровальной машины, выполненных в 1938 году польским криптоаналитиком Марианом Реевским.

В начале 1940 года он разработал дешифровальную машину «Бомба», позволявшую читать сообщения люфтваффе. Принцип работы «Бомбы» состоял в переборе возможных вариантов ключа шифра и попыток расшифровки текста, если была известна часть открытого текста или структура расшифровываемого сообщения. Перебор ключей выполнялся за счёт вращения механических барабанов, сопровождавшегося звуком, похожим на тиканье часов, из-за чего «Бомба» и получила свое название. Для каждого возможного значения ключа, заданного положениями роторов (количество ключей равнялось примерно 1019 для сухопутной «Энигмы» и 1022 для шифровальных машин, используемых в подводных лодках), «Бомба» выполняла сверку с известным открытым текстом, выполнявшуюся электрически. Первая в Блетчли «Бомба» Тьюринга была запущена 18 марта 1940 года. Дизайн «Бомб» Тьюринга так же был основан на дизайне одноимённой машины Реевского.

Через полгода удалось взломать и более стойкий шифр Кригсмарине. Позже, к 1943 году, Тьюринг внес ощутимый вклад в создание более совершенной дешифровальной электронно-вычислительной машины «Колосс», использующейся в тех же целях.

Даже читая зашифрованные немецкие сообщения, в марте 1943 года Великобритания стояла на грани поражения в Битве за Атлантику и во всей Второй мировой войне. Вполне вероятно, что без расшифровки кода «Энигмы» ход этой войны был бы иным.

Машина Тьюринга

Любая интуитивно вычислимая функция является частично рекурсивной, или, эквивалентно, может быть вычислена с помощью некоторой машины Тьюринга.

Алан Тьюринг высказал предположение (известное как тезис Чёрча — Тьюринга), что любой алгоритм в интуитивном смысле этого слова может быть представлен эквивалентной машиной Тьюринга. Уточнение представления о вычислимости на основе понятия машины Тьюринга (и других эквивалентных ей понятий) открыло возможности для строгого доказательства алгоритмической неразрешимости различных массовых проблем (то есть проблем о нахождении единого метода решения некоторого класса задач, условия которых могут варьироваться в известных пределах). Простейшим примером алгоритмически неразрешимой массовой проблемы является так называемая проблема применимости алгоритма (называемая также проблемой остановки). Она состоит в следующем: требуется найти общий метод, который позволял бы для произвольной машины Тьюринга (заданной посредством своей программы) и произвольного начального состояния ленты этой машины определить, завершится ли работа машины за конечное число шагов, или же будет продолжаться неограниченно долго.

Теория искусственного интеллекта

Тьюринг является основателем теории искусственного интеллекта.

Машина Тьюринга является расширением модели конечного автомата и способна имитировать (при наличии соответствующей программы) любую машину, действие которой заключается в переходе от одного дискретного состояния к другому.

Тест Тьюринга

Тест Тьюринга — тест, предложенный Аланом Тьюрингом в 1950 году в статье «Вычислительные машины и разум» (англ. Computing Machinery and Intelligence) для проверки, является ли компьютер разумным в человеческом смысле слова. В этом тесте один или несколько людей должны задавать вопросы двум тайным собеседникам и на основании ответов определять, кто из них машина, а кто человек. Если не удавалось раскрыть машину, которая маскировалась под человека, предполагалось, что машина разумна.

Морфогенез

В 1952 году Тьюринг опубликовал работу под названием «Химические основы морфогенеза» (The chemical basis of morphogenesis), где впервые[1] математически описывается процесс самоорганизации материи.

Преследование за гомосексуальность и смерть Тьюринга

Квартира Тьюринга в Вилмслоу

Тьюринг был гомосексуалом[2]. В то время в Великобритании гомосексуальные половые акты были запрещены законом, а гомосексуализм считался психическим заболеванием. В 1952 году ему были предъявлены обвинения в «грубой непристойности» (англ. gross indecency) за то, что он был геем. Тьюринг был осужден, и ему предоставили выбор между двухлетним тюремным заключением и гормональной терапией в виде инъекций эстрогена, которая, по сути, была химической кастрацией. Тьюринг выбрал терапию. Одним из эффектов была растущая грудь и снижение либидо. Кроме того, в результате осуждения он потерял право работать в области криптографии.

Через год после вынесения приговора он умер от отравления цианидом, который, видимо, содержался в яблоке, половину которого Тьюринг съел перед смертью. Было признано, что он покончил жизнь самоубийством. Тем не менее, его мать считала, что он отравился случайно, так как всегда небрежно работал с химикатами.

10 сентября 2009 года Премьер-министр Великобритании Гордон Браун публично принёс извинения за те методы, которым был подвергнут Алан Тьюринг:

С Аланом и с многими тысячами других мужчин-геев, осуждённых по гомофобным законам обошлись ужасно. А многие миллионы тех, кто не были осуждены, годами жили в постоянном страхе быть осуждёнными за то, что они такие, какие они есть.

Я горжусь тем, что те времена прошли, и что за последние 12 лет наше правительство сделало многое, чтобы сделать жизнь более справедливой и равной для нашего сообщества ЛГБТ. Признание Алана одной из самых известных жертв гомофобии в Великобритании является ещё одним шагом к обеспечению равенства.

<…>

…от имени британского правительства и всех тех, кто живёт на свободе благодаря вкладу Алана, я с большим удовлетворением говорю: прости нас, ты заслуживаешь гораздо лучшего

— Премьер-министр Великобритании Гордон Браун[3]

В 2009 году Алан Тьюринг был признан «одной из самых известных жертв гомофобии в Великобритании».[3]

Память об Алане Тьюринге

См. также

Источники

Ссылки

Кино и жизнь. Алан Тьюринг — человек-отгадка — Новости на Фильм Про

На экраны вышел фильм «Игра в имитацию» с Кирой Найтли и Бенедиктом Камбербетчем в главных ролях. Последний сыграл знаменитого учёного Алана Тьюринга, разгадавшего код «Энигмы» — шифровальной машины, использовавшейся во вторую мировую немцами. Каким на самом деле был Тьюрнинг и в чём его настоящая заслуга — в материале «Фильм Про».

Кто такой Алан Тьюринг?

Математик, логик, криптограф, логик и гений, Алан Тьюринг родился в 1912 году на краю Британской империи — в индийском городе Чхатрапур в семье военного. Слой, из которого происходил Тьюринг, принято называть «породой» — в течение нескольких веков Британия, дабы править морями, выращивала особую аристократию с уникальным набором качеств, позволявших нести бремя белого человека так далеко, как они только могут. Главным из которых было умение держать «напряжённой верхнюю губу» — to keep one’s upper lip stiff: это устойчивое выражение означает максимально равнодушное отношение владельца губы к происходящим вокруг него тяготам и лишениям. Как минимум — во внешнем, в том, что касается проявления эмоций, а в идеале же оных лучше было бы вовсе не испытывать, чтобы от строительства империи ничего не отвлекало. Семейное воспитание, частные школы, круг знакомых, идеи о приличествующем занятии, экономическая база — всё это выковывало сверхлюдей, джентльменов от макушки до пяток, повелителей державы, в которой никогда не заходило солнце. О том, какую цену приходилось платить представителям «породы», что такая подготовка делала с их психикой, лучше даже не задумываться. Нарочитая сдержанность зачастую приводила к эмоциональной холодности и невозможности эмпатии, чувственной, да и интеллектуальной тупости; похвальный, казалось бы принцип отказа от излишеств был чреват фрустрацией или утратой мотивации. Умерщвление плоти приводило к психозам, в частности, сексуального характера. Честолюбие, идеализм и примат консервативных идей приводил к ханжеству, лицемерию и болезненным кризисам при столкновении с реальной жизнью — той, где не надо стрелять по аборигенам. Того факта, что всё это позволяло стрелять очень метко и эффективно, конечно, все негативные эффекты не отменяют. Но показателен пример Редьярда Киплинга, автора манифеста «породы» — стихотворения «Если». Когда началась Мировая война, поэт употребил всё своё влияние, чтобы его едва видящий сын смог поехать в войска, невзирая на заключение медкомиссий. Вскоре бедняге снесло полголовы немецким снарядом, а офицеры его подразделения поклялись не говорить старику-отцу, что Киплинг-младший перед смертью позволил себе плакать — дабы не ранить чувства поэта-джентльмена.

Трейлер фильма «Игра в имитацию»

Сказанное выше к Тьюрингу имеет не самое непосредственное отношение. Ему повезло родиться всего за пару лет до Мировой войны, фактически уничтожившей британскую «породу». К тому же повезло родиться гением.

Но человек не может иметь всего, поэтому при рождении Алану Тьюрингу также кое-в-чём не повезло по-крупному…

Ну а то, чем Тьюринг занимался, и вовсе лежит в плоскости чистого разума и бесконечной абстракции, и точно не имеет ни малейшего отношения к культорологии, антропологии и любоё другой области гуманитарного знания. К которым у Алана Тьюринга с детства не лежала душа — довольно нетипично для людей его круга. Директор частной школы для мальчиков советовал родителям будущего светила математики задуматься о правильности их выбора, так как в его заведении и им подобным матану не обучали. Тьюринг, впрочем, на обстоятельства не обижаясь, учил его самостоятельно. Затем — Королевский колледж Кембриджа (который сейчас носит его имя), затем — академическая карьера…

Объяснить научные достижения Тьюринга так, чтобы их величие стало очевидным — задача непростая. Помимо Королевского колледжа его имя носит внушительное число категорий информатики (например, «теория», «машина», «полнота», «тест»). А клад в теорию алгоритмов позволяет говорить об этом учёном как об одном из создателей современного компьютера, сформулировавшего действующие принципы понятия «искусственный интеллект». Суть его открытий быстро не объяснить, особенно, если это пытается сделать не-математик не-математикам. Впрочем, две вещи, связаннные с его именем его знают все. Во-первых, это основанный на обратном тесте Тьюринга CAPTCHA, коде «введите символы» отличающем роботов от людей. И во-вторых, то, благодаря чему про Алана Тьюринга сняли кино, в котором его сыграл Бенедикт Камбербетч, а мы, киносайт «Фильм Про» решили написать про математика. Его победа над «Энигмой».

Что такое Энигма?

Энигма — это машина для шифрования и дешифровки сообщений. Её запатентовали в Голландии ещё в 1917 году — изобретатель Хьюго Коч планировал продавать её банкам. Новинкой, впрочем, быстро заинтересовались военные, и в 1925 минобороны Германии стало закупать «Энигмы» для своих нужд. Вы нажимали на кнопку, чтобы зашифровать букву в вашем сообщении, а машина говорила, на какую букву ее надо заменить.

Чтобы понять, как работала «Энигма», представим для начала устройство попроще — клавиатуру с алфавитом, и панель лампочек с тем же алфавитом, собранные в цепи. Нажимаете «А», цепь замыкается, загорается лампочка с литерой «А».

Теперь представим, что сигнал идет не по проводу напрямую, натыкается на подвижный диск, который перенаправляет его на одну из других 26 лампочек. На какую — зависит от первоначальной установки и положения в момент времени. И при каждом нажатии на клавишу ротор сдвигается на одну позицию, которая изменяет электрический контур и принцип перестановки.
Таких роторов в базовой модели «Энигмы» стояло три, модель для ВМФ улучшили, добавив четвёртый. Второй и третий роторы тоже двигались, но не каждый раз, а при определённых условиях, которые можно было задавать при настройке. Четвертый двигался только вручную.
Но и это ещё не все. «Энигма» оснащалась коммутационной панелью, при помощи которой можно было назначать одним буквам значения других. Например, соединив F с T, и нажав на клавишу F, вы отправляли шифроваться уже Т.

Пройдя три или четыре ротора, сигнал попадал в рефлектор — устройство, которое замыкало контакты последнего ротора попарно и отправляло назад, но по другому маршруту. Благодаря этому шифр и дешифровка, становились как бы тождественными, но зеркальными действиями. Правда, рефлектор исключал ситуацию, когда буква была бы зашифрована через себя, и это впоследствии помогло взломщикам.

Одна из моделей «Энигмы»

К перечисленному стоит добавить, что чтобы понять текст, закодированный машиной, необходимо было иметь такую же, знать секретные первоначальные настройки, абсолютно идентично подогнать новые параметры своей ласточки, замкнуть нужным образом буквы в коммутационной панели — и запустить все в обратную сторону. Но и это ещё не всё: ключи и принципы кодирования менялись раз в сутки, и использовать старый было нельзя. Она создавала 10114 конфигураций оборудования, которые влияли на ход её работы.

Добавим ещё и то, что шифровальщики Вермахта, а особенно — Люфтваффе, Кригсмарине и Абвера — старались максимально осложнить криптоанлиз самими процедурами передачи. Так, сообщения старались не делать длиннее 250 символов, причём они передавались группами по четыре-пять букв. Использовался особый и всегда разный жаргон, к примеру, слово «Minensuchboot» («Минный тралльщик») кодировалось как «MINENSUCHBOOT», «MINBOOT», «MMMBOOT» или «MMM354». Часто встречающаяся в немецком комбинация символов CH заменялась символом Q.

Впрочем, всё это были детали, не слишком существенные, и легко преодолимые, если бы код «Энигмы» смогли разгадать.

Какова была необходимость разгадки «Энигмы»?

«Энигма» использовалась немецким командованием ещё с конца 20-х годов, применяясь для шифрования секретных донесений вплоть до стратегических.

Британия вступила во Вторую мировую войну почти сразу после нападения Германии на Польшу в 1939 году. До вступления СССР, а затем — США (и некоторое время после капитуляции Франции) Британия была один на один с Третьим Рейхом. В 1940 году Германия пыталась навязать своё господство в воздухе (см. «Битва за Британию»), но даже после того, как этот план закончился неудачей, необходимость получения разведданных об авианалётах была чрезвычайно высока.

Другой, как говорят англичане, pain in the arse, помимо ВВС Германии, были подводные лодки знаменитого Карла Дёница, терроризировавшие моря, которыми, по идее, должна была править Британия. Германия изначально поставила на морскую блокаду Британских островов. Англия напрямую зависела от продовольствия и сырья из Нового Света. Блокада также должна была отрезать Британию от подкреплений из колоний и предотвратить морское десантирование. Не имея мощного флота к началу войны, вдобавок почти уничтоженного впоследствии, немцы сделали ставку на подводные лодки — более дешёвые в производстве, более неуловимые для британской авиации. Эта ставка себя оправдала: уже в сентябре 1939 года германский подводный флот потопил 41 судно общим тоннажем 153 879 тонн. До конца войны в состав германского флота вошли 1108 субмарин.

Трейлер немецкой картины Das Boot, одного из лучших фильмов о подводниках Второй мировой

Чтобы слушать переговоры немецких лётчиков и подводников в Британии был объявлен старт операции Ultra. В Букингемшире, в особняке Блетчли-парк появилось главное шифровальное подразделение Великобритании — Правительственная школа кодов и шифров, позже — Центр правительственной связи. В особняк ежедневно в три смены поступали разведданные, тысячи кодированных сообщений, перехваченных приёмными станциями под кодовым именем «Y-station». Для каждого сообщения фиксировали радиочастоту, дату и время перехвата и преамбулу, в которой содержались идентификатор сети, время отправки сообщения, позывной отправителя и приемной станции.

Уилльям Черчилль называл Блетчли-парк «Моей курочкой, которая несёт золотые яйца, но не кудахчет».

Руководителем проекта был назначен ветеран военной разведки Алистер Деннистон. Он набирал в штат криптоаналитиков не кадровых разведчиков, а «умников» самого широкого профиля: лингвистов, математиков, шахматистов, чемпионов по решению кроссвордов,египтологов и даже палеонтологов. В эту тёплую компанию и попал Тьюринг.

Что сделал Тьюринг?

По большому счёту, «Энигма» впервые была взломана ещё в декабре 1932 года поляками, но в 1939 немцы усложнили свои системы многократно, введя дополнительные роторы и увеличив число сочетаний коммутационной панели, Польское бюро шифров перестало быть способным читать «Энигму» и передало все материалы и методы английским союзникам.

Польский метод был основан на переборе — при помощи циклометра, а затем — при помощи так называемой «криптологической бомбы», при использовании которой было необходимо знать ключи немецких шифровальщиков. С усовершенствованием и диверсификацией «Энигм» это стало почти невыполнимым условием.

Тьюринг построил ряд усовершенствованных «криптологических бомб», каждая из которых трудилась за три кода «Энигмы». Но главная его заслуга состояла не в этом. Математик, исследовавший особенности искусственного интеллекта использовал статистический метод в математике — это стало своего рода новаторством в деле дешифровки и вообще новым словом в науке.

Бомба Тьюринга. Фрагмент

Поляки пытались пробить брешь в кодировке, используя ошибки немецких шифровальщиков, например, в процедуре шифрования. Они занимались полным перебором всех возможных комбинаций, что в отсутствие больших вычислительных мощностей современных нам компьютеров было почти бесконечным процессом. Алан Тьюринг предложил более эффективный способ: перебор последовательностей символов на основе подобранного открытого текста. Иными словами, Ultra должна была ежедневно узнавать или угадывать небольшой отрывок из сообщения: несмотря на все тайные ухищрения, немцы общались при помощи одних и тех же стереотипных фраз и слов — и механическим перебором определить, как именно зашифрован этот «известный» отрывок. Тут вдобавок очень пригодилось свойство рефлектора «Энигмы», из-за которого буква кодировалась только другими 25 символами, а не самой собой. Подсказками для дешифровщиков стали служить любые часто повторяющиеся тексты, например, как приветствия или цифры.

Если подсказок не хватало,на них немцев провоцировали, например, демонстративно минировали участок моря, а потом слушали, что немцы думали по этому поводу.

Каким он парнем был?

Тьюринг был в полном восторге от своей работы, от поляков и от собственных результатов. Злило его начальство из разведки и урезанные бюджеты: хотя в проекте Ultra было занято не так много людей, средств на строительство машин требовалось очень много. К счастью, после ряда разгневанных служебных записок, Уинстон Черчилль взял проект под свой личный контроль, повысил финансирование, и всё закончилось великолепно. «Энигма» и другие шифровальные системы Германии были благополучно взломаны, и союзники начали бесперебойно получать ценнейшие разведданные.

Раскрытие кода «Энигмы» и других шифровальных систем немцев изменило ход Второй мировой войны. Ценнейшие сведения помогли не только относительно обезопасить Британские острова, но и подготовиться к масштабным операциям Германии на континенте. . Черчилль сказал королю Георгу VI, что «Именно благодаря Ultra мы выиграли войну», такого же мнения придерживался главнокомандующий западным фронтом союзных сил Дуайт Д. Эйзенхауэр, назвав вклад проекта решающим.

В ходе проекта, между прочим, были получены сведения о подготовке вторжения в СССР. Но Сталин, как известно, в возможность нападения не поверил. Однако Черчилль поручил и далее делиться с СССР информацией, получаемой в ходе операции «Ультра», при условии исключения риска компрометации источника.

Шандор Радо, советский резидент в Швейцарии, получал сведения со ссылкой на источники в немецком командовании.

А сам Тьюринг в 1945 году стал кавалером Ордена Британской империи. Коллеги вспоминали о Тьюринге как о слегка чудаковатом, не слишком обаятельном эксцентричном учёном, довольно желчном и бесконечно трудолюбивом. Эти свойства вообще широко распространены в академической среде, притом они присущи не только «технарям», хотя они, безусловно, лидируют в том, что затрудняет общение. Тьюринг, же, как мы уже упомянули выше, был гением, и его эксцентричность была немного выше среднего по больнице. Так, вспоминали, что Тьюринг был аллергик, однако антигистаминным препаратам (возможно из-за нежелания терпеть их побочного эффекта — сонливости) он предпочитал противогаз, в котором ездил в офис в сезоны цветения. Ещё одна особенность была у его велосипеда: у него слетала цепь через определённые интервалы. Тьюринг не стал её чинить, вместо этого он считал обороты педалей и слезал с велосипеда в нужный момент, чтобы поправить цепь руками. Свою кружку в Блетчли-парке он пристёгивал цепью к батарее, потому что боялся, что её украдут.

Впрочем, на эти чудачества мало кто обращал внимание, памятуя о заслугах Тьюринга и его гении. Его другая особенность стала для великого учёного роковой.

Чем всё кончилось для Тьюринга?

Алан Тьюринг был геем, о чём стало известно через несколько лет после войны, когда любовник учёного его обворовал. Во время дачи показаний математик был вынужден признаться в своей ориентации. Гомосексуальность тогда в Британии преследовалась как уголовное преступление, и Алану Тьюрингу, предложили выбор: тюрьма или гормональная терапия, подавляющая половое влечение. В результате года «лечения» мощнейшими препаратами у Тьюринга развились импотенция и гинекомастия — появилась грудь, как у женщины. Уголовное преследование привело к отстранению Тьюринга от секретной работы, вдобавок британцы опасались, что советские шпионы будут вербовать гомосексуалов на службе Её Величества. Учёного не обвинили в шпионаже, но запретили обсуждать своюб работу в Блэтчли-парке.

Алан Тьюринг покончил жизнь самоубийством в июне 1954 года. Он принял цианистый калий. На прикроватной тумбе было обнаружено надкусанное яблоко — его на содержание следов цианида не изучили, однако коллеги и близкие учёного были уверены, что он ввёл яд именно в плод. Так он воссоздал сцену из мультфильма Уолта Диснея Белоснежка 1937 года — любимой сказки учёного. По воспоминаниям, «ему особенно нравилась сцена, в которой Злая Королева погружает яблоко в ядовитое зелье».

Кадр из мультфильма «Белоснежка и семь гномов»

Великий учёный был реабилитрован посмертно. 10 сентября 2009 года Премьер-министр Великобритании Гордон Браун публично принёс извинения за преследования, которым был подвергнут Алан Тьюринг. В 2013 году королева Великобритании Елизавета II официально помиловала математика за обвинения в «непристойности».

Эмулятор «Бомбы» Тьюринга на Raspberry Pi и Arduino

«Энигма» — это серия немецких электромеханических роторных шифровальных машин, которые использовались с двадцатых годов прошлого века. В том числе время активной передачи зашифрованных на «Энигме» сообщений попадает на период Второй мировой войны. В связи с этим появилась огромная практическая ценность взлома шифрования «Энигмы».

Для взлома кодов «Энигмы» польское Бюро шифров разработало Криптологическую бомбу, с помощью которой осуществлялся взлом сообщений. Всего было создано шесть машин под шесть комбинаций роторов, которые имели ограниченную сферу применения из-за специфичности условий, предъявляемых к зашифрованному сообщению. Машины быстро потеряли смысл с вводом новых роторов, а создать ещё 54 «бомбы» у польской стороны не было ресурсов. После этого пришлось вернуться к ручным методам — листам Зыгальского. С учётом польских наработок была создана более совершенная Bombe, электромеханическая машина, которую чаще всего связывают с личностью Алана Тьюринга. Всего было построено порядка полутора сотен британских «бомб». После окончания Второй мировой войны почти все «Бомбы» были уничтожены по соображениям секретности.

Хотя в свободном обращении есть документация по устройству «бомб», успешные попытки воссоздать «Бомбу» можно пересчитать по пальцам одной руки. Это, к примеру, работоспособная реконструкция Bombe Rebuild Project команды любителей под руководством Джона Харпера. На создание реплики ушло 13 лет. Вчера в сети свой куда более скромный проект опубликовал любитель из Новой Зеландии. Это эмулятор из трёх роторов. В реальной «Бомбе» было 26 соединённых между собой троек.

В «Энигме» использовался полиалфавитный шифр, наиболее известным примером которого является шифр Вижинера. Можно вкратце описать принцип работы шифра как динамический шифр Цезаря, в котором глубина сдвига меняется по определённому алгоритму. Сердцы «Энигмы» — это три ротора, хотя позднее создавались и экземпляры с четырьмя. На каждом из роторов с двух сторон нанесены 26 контактов, соответствующие буквам алфавита. Электрические соединения дорожек между контактами не идут по прямой, они отличаются от ротора к ротору. Роторы можно вынимать, менять их расположение или вставлять другие роторы из набора. С января 1939 года в сухопутных войсках и авиации набор состоял из 5 роторов, что давало 60 комбинаций, а во флоте — 8 (336 комбинаций).

Дополнительной мерой является использование коммутационной панели. Электрические соединения проводами на панели спереди машины позволяют менять буквы по парам: A становится R, а R — A. Для чтения сообщения нужно знать положение роторов на шпинделе, какие роторы и отражатель из набора использовались, код шифрования (3 символа латинского алфавита) и положения проводов на коммутационной панели. В некоторых версиях вводились другие меры: отражатель тоже вращался, использовалось большее количество роторов и так далее.

После нажатия на клавишу ток проходил по электрическим дорожкам от клавиши, по контактам на коммутационной панели, через три ротора с различным положением дорожек, возвращался через отражатель и повторно через три ротора. Затем зажигалась лампочка на панели с соответствующей буквой шифра. Как минимум один ротор совершал движение, меняя шифр для шифрования следующей буквы. Роторы вращались подобно секундной, минутной и часовой стрелке в механических часах: быстрый правый ротор совершал полный оборот, а затем движение совершал средний. После полного оборота среднего движение совершал самый медленный левый.

«Бомба» помогала установить возможные настройки «Энигм» в немецких войсках. Она не выдавала готовые сообщения. Для завершения работы требовался всё тот же ручной труд. «Бомбы» помогали сократить число возможных решений до допустимого и доступного для обработки.

Чтобы расшифровывать сообщения требовались так называемые «подсказки». Осуществлялась атака на основе открытых текстов (known-plaintext attack): зашифрованный текст проверялся на возможность содержания знакомых слов и фраз. Нахождение «подсказок» требовало знания немецкого военного слэнга и стиля общения операторов связи. Немалую роль сыграла конструкция отражателя: буква никогда не могла быть зашифрована сама в себя. После выбора подсказки составлялось так называемое «меню», программа поиска возможных решений. Прогон «меню» прерывался остановками с решениями-кандидатами, которые затем проверялись. Обычно до нахождения правильного случалось много остановок с неправильными решениями.

Любитель из Новой Зеландии воссоздал «Бомбу». Вернее было бы сказать, что он воссоздал эмулятор одного из 26 блоков дешифровальной машины. Созданное устройство компактно — его можно поставить на стол. Вычисления выполняются на Raspberry Pi 2. Устойство даже не скрывает это: результат выводится до окончания движения роторов. Три барабана одинакового цвета (в оригинале они имели специальные цвета по выполняемой задаче) вращаются сугубо для косметического эффекта. Но они делают это очень убедительно и с той же скоростью, что и оригинал. За процессом приятно наблюдать.



В видеоролике запускается то самое «меню» с докладом о погоде, которое использовали для демонстрации реальной «Бомбы». Легко понять, почему: оно наглядно.

Проекту помогали руководитель команды по созданию полноценной реплики Джон Харпер и несколько других экспертов. Сначала любитель создал часы-бомбу — полнофункциональную версию машины для взлома «Энигмы», которую можно носить на запястье.

Внутри настольной «Бомбы» находится плата Raspeberry Pi 2, Arduino, свинцово-кислотный аккумулятор на 12 вольт и вольтметр. Эмулятор потребляет немало энергии и легко вытягивает по 1,5—2 ампера. Изначально софт для работы писался на Basic, но позднее его портировали на С++. Raspberry Pi 2 соединяется с Arduino и управляет тремя шаговыми электродвигателями. Arduino сообщает плате Raspeberry Pi 2 позицию двигателей в виде серии импульсов, чтобы их можно было остановить в нужный момент. На боку расположен жидкокристаллический дисплей, который играет роль механического индикатора оригинальной «Бомбы». Кнопки начала работы и прерывания расположены спереди как у реального образца.

Корпус выполнен из стали толщиной 0,8 мм, а барабаны в масштабе 3/4 — из обычных консервных банок. Все части устройства сделаны вручную. Масса составляет порядка 10 килограммов. Файлы с «меню» подгружаются с флэшки, которую можно вставить, открыв крышку сзади. Также сбоку расположен сетевой порт для мониторинга работы эмулятора. В работе устройство шумит двигателями, хотя громкость не сравнить с шумом реальной «Бомбы».

Автор обещает опубликовать исходный код программы устройства, хотя без существующего в единственном экземпляре «железа» его не на чем запускать. Остаётся пожелать автору не приносить его творение в школу и уж тем более не объяснять при аресте, что это такое.

Страница проекта с фотографиями
Онлайн-симулятор «Бомбы» Тьюринга

Автор: atomlib

Источник

The Turing-Welchman Bombe — Национальный музей вычислительной техники

The Bombe

Задачей Bombe было обнаружение ежедневных ключевых — порядка колес, настроек колес и конфигурации коммутационной панели — для включения 3-5000 сообщений Enigma перехватывались каждый день для расшифровки. Некоторые ключи ломались в течение 2-4 часов, некоторые никогда не ломались — скорость всегда была важна.

До войны, в 1920-х годах, три польских математика первыми взломали шифр Enigma.Используя машину Bomba в 1938 году, они предоставили ценную довоенную информацию с помощью более простых методов шифрования Enigma, которые использовались тогда.

С началом войны в 1939 году станции перехвата «Y» по всей Великобритании, да и вообще во многих частях мира, перехватывали все виды сообщений, включая сообщения Enigma. В Блетчли-парке начались попытки расшифровать сообщения.

В парке Алана Тьюринга попросили найти способ взломать сообщения Enigma. Из-за изменений в немецких операционных процедурах и введения дополнительных колес польская бомба устарела.Атака Тьюринга была основана на использовании «шпаргалок» (сравнение шаблонов зашифрованного сообщения и известной части открытого текста) для взлома ключа. Этому подходу способствовал тот факт, что ни одно письмо на Enigma не могло быть представлено само по себе в зашифрованном сообщении.

Тьюринг понял, что его подход можно механизировать, и его изобретение Бомбы вместе с диагональной доской Гордона Велчмана (которая резко сократила количество недействительных стопов — ложных срабатываний) увеличило пропускную способность до такой степени, что Бомба стала большой успех.

Первая машина на основе бомбы Тьюринга-Велчмана, известная как Agnus Dei или просто Agnes, была введена в эксплуатацию в августе 1940 года.

Проектирование и создание оригинальных бомб было результатом работы британской компании по производству табулирующих машин — BTM (которая была позже отвечает за компьютер HEC 1950-х годов, теперь в TNMOC).

На протяжении всей войны операция построила около 211 машин Bombe и ежедневно ломала много ключей. Были расшифрованы огромные объемы перехваченного трафика, что дало бесценную информацию об операциях противника.

Многие машины находились на чужих станциях, включая Станмор и Исткот.

После войны временно оставалось около 50 бомб, а некоторые, согласно официальным документам, продолжали работать. Остальные разобрали.

Реконструкция Бомбы

Спустя сорок лет после войны GCHQ выпустил около 2000 документов и чертежей BTM о Бомбе. Как дань уважения взломщикам Блетчли-парка, Джон Харпер, инженер на пенсии, решил, что пришло время реконструировать бомбу в парке, который только что спасли от реконструкции.

BTM, оригинальные производители Bombe, в результате серии слияний превратились в ICL в конце 1960-х годов. Как бывший сотрудник ICL, Джон смог связаться с некоторыми из первоначальных инженеров. Набрав добровольцев, которых в свое время насчитывалось 60 человек, началась задача по воссозданию однотонной бомбы с ее бесчисленными компонентами и движущимися частями.

Хотя некоторые детали были получены из той эпохи, большинство из них было переработано по оригинальным чертежам. Когда гигантская мозаика информации из нескольких источников начала формироваться, AutoCAD был использован для подготовки полного набора чертежей деталей вместе с новым набором производных сборочных чертежей.

В сентябре 1997 года реконструированный стальной каркас был установлен в Хижине 11, одном из первоначальных местоположений Бомбы, и в течение следующих пяти лет машина с ее 12-мильным изолированным проводом была тщательно собрана. В апреле 2002 года механический этап был завершен, и машина была перемещена в блок H.

В июне 2003 года началась электрическая фаза, затем производство более 200 барабанов, а в 2004 году Bombe была перемещена из блока H в блок. B, где он был введен в эксплуатацию в 2006-2007 гг.

Поддержка со стороны Британского компьютерного общества, Quantel, Nortel, других компаний и, конечно же, опытных инженеров и других окупилась, и Bombe был официально представлен Его Королевским Высочеством герцогом Кентским в июле 2007 года.

Сегодня Bombe находится в Блок H, дом военных машин Colossus.

Историю Бомбы и ее реконструкцию можно найти в нашей Бомбе История страниц.

Попечители TWBRT благодарны волонтеру Bombe Team, Джону Джексону, за его согласие позволить нам воспроизвести его руководство под названием «Бомба» на нашем веб-сайте

Вы можете найти более подробную информацию о Turing-Welchman Bombe на доверенном лице TWBRT Сайт Джона Харпера .

Симулятор бомбы Тьюринга

Бомба Тьюринга и симулятор бомбы ВМС США
Впервые создан для 2012 года Алана Тьюринга: празднования столетия жизни и творчества Алана Тьюринга.

Обновлен 2020 до симулятора на основе HTML5 вместо Adobe Flash.

Обновлено 2019 с добавленной симуляцией криптоаналитической бомбы ВМС США.

Введение

Помимо большого влияния на создание современной информатики и информатики, Алан Тьюринг также работал над взломом кода в условиях большой секретности во время Второй мировой войны.

Хотя Тьюринг много лет после войны хранился в секрете, он работал над взломом печально известного немецкого шифра «Энигма» в Блетчли-парке недалеко от Милтон-Кейнса, Англия.

Тьюринг и команда математиков и инженеров сконструировали электромеханическую машину, которая использовала некоторые специфические недостатки шифра Enigma. Эта машина получила название «Бомба Тьюринга» и была основана на идее польских криптографов.

ВМС США, заинтересованные в защите конвоев в Атлантике, начали разработку бомбы для взлома «Энигмы», используемой немецким флотом.Группу разработчиков возглавил Джозеф Деш из NCR, а в 1942 году Алан Тьюринг посетил Дейтон, штат Огайо, где разрабатывался дизайн бомб ВМС США.

Бомбы ВМС США были очень быстрыми, они могли совершить полный оборот с четырьмя несущими винтами примерно за 20 минут. При обнаружении остановки бомба останавливалась и перематывалась в положение остановки. Затем автоматически будет проведена серия тестов, и в случае их прохождения соответствующая информация будет распечатана на бумаге. Затем бомба ВМС США перезапустится и продолжит поиск.Настроить меню на бомбе ВМС США также было проще по сравнению с бомбой Тьюринга.

В 2018 году мы написали статью о бомбе ВМС США и симуляторе. Эта статья была представлена ​​на первой международной конференции по исторической криптологии HistoCrypt в Упсальском университете. Статья опубликована издательством Linköping University Electronic Press.

Мы постарались сделать симулятор бомбы максимально достоверным с исторической точки зрения. Конечно, могут быть различия, о которых мы не подозреваем.

Симулятор

Нажмите здесь, чтобы получить доступ к симулятору бомбы Тьюринга

Примечание: Текущий симулятор на основе HTML5 является бета-версией и может содержать некоторые ошибки.Если вы хотите использовать предыдущую версию симулятора на основе флэш-памяти, вы можете сделать это, нажав здесь

Попробуйте сами

Чтобы получить представление о том, как выглядит бомба Тьюринга в действии, вы можете загрузить этот пример файла: us6812_1.bmb.
Загрузите его в симулятор и нажмите кнопку пуска (левая из двух кнопок на передней панели). Бомба должна перейти в действие и, наконец, остановиться с золотыми барабанами индикатора на BUO , а сбоку обозначить букву L .

Также есть файл с примером для использования с симулятором бомб ВМС США. Загрузите этот файл (navy.bmb в симулятор и нажмите кнопку пуска на передней части бомбы ВМС США. Бомба должна запуститься и распечатать все возможные штекеры, найденные для остановки.

Учебник по бомбе Тьюринга

Как я могу использовать симулятор бомбы Тьюринга для взлома сообщения, закодированного в Enigma? Нам время от времени задают этот вопрос, и, поскольку процесс несколько сложен, мы решили написать руководство о том, как это можно сделать.Сейчас он доступен в виде PDF-файла. Щелкните документ слева, чтобы прочитать руководство.

Большое спасибо Джерри Маккарти за корректуру и предложения по улучшению!

Учебное пособие по бомбардировке ВМС США

Вскоре вы можете найти здесь руководство, описывающее, как использовать бомбу ВМС США, чтобы сломать зашифрованное сообщение с четырьмя роторами Enigma.

Вызов

Если вы хотите попытаться разбить больше сообщений, Вали Попа из Румынии любезно построил для этой цели ряд задач.На данный момент существует двадцать сообщений Enigma со шпаргалками.
В будущем будет опубликовано больше упражнений с разным уровнем сложности.

Мы опубликуем имена первых трех человек, которые решат каждую задачу. Если вы хотите принять участие, отправьте нам электронное письмо с правильным решением. Будьте внимательны, отмечая, какое упражнение вы решили (1а, 1б и т. Д.). См. «Свяжитесь с нами» ниже для адреса электронной почты.

Победители конкурса

Вызов Победитель Дата Второй Дата Третий Дата
1a Грег Эймс 12.01.2019 Джордж Ласри 04.02.2019 Луиджи Томелли 2019-02-06
Грег Эймс 12.01.2019 Джордж Ласри 04.02.2019 Луиджи Томелли 2019-02-07
1c Грег Эймс 2019-01-13 Джордж Ласри 04.02.2019 Луиджи Томелли 2019-02-07
Грег Эймс 2019-01-15 Джордж Ласри 04.02.2019 Луиджи Томелли 2019-02-07
1e Джордж Ласри 04.02.2019 Луиджи Томелли 16.02.2019 Питер Колер 2019-04-08
2a Грег Эймс 17.01.2019 Джордж Ласри 2019-02-05 Луиджи Томелли 2019-02-09
2b Джордж Ласри 2019-02-03 Луиджи Томелли 2019-02-09 Питер Колер 2019-04-25
2c Грег Эймс 2019-01-22 Джордж Ласри 2019-02-06 Луиджи Томелли 2019-02-14
Джордж Ласри 2019-02-03 Луиджи Томелли 2019-02-14 Питер Колер 2019-04-25
2e Джордж Ласри 04.02.2019 Питер Колер 2019-05-01 Дэн Жирар 2019-06-15
3a Джордж Ласри 2019-02-02 Луиджи Томелли 18.02.2019 Питер Колер 2019-05-04
3b Грег Эймс 2019-01-27 Джордж Ласри 2019-02-07 Питер Колер 2019-05-14
3c Джордж Ласри 04.02.2019 Питер Колер 2019-05-05 Дэн Жирар 2019-06-15
3d Джордж Ласри 2019-02-03 Дэн Жирар 2019-03-31 Питер Колер 2019-05-23
3e Джордж Ласри 2019-02-03 Луиджи Томелли 2019-02-23 Дэн Жирар 2019-04-01
4a Джордж Ласри 2019-02-05 Дэн Жирар 12.02.2019 Питер Колер 2019-05-14
Дэн Жирар 2019-02-07 Джордж Ласри 2019-02-07 Питер Колер 2019-05-16
4c Дэн Жирар 2019-02-09 Питер Колер 2019-05-15 Джордж Ласри 2021-02-01
4e Дэн Жирар 2019-04-01
5a
5c Дэн Жирар 2019-02-19
Дэн Жирар 2019-06-15

Инструкции Краткое знакомство с элементами управления

Передняя бомба ВМС США

Нажмите на группу ротора, чтобы выбрать ее.Чтобы повернуть ротор, просто щелкните и перетащите мышью большую версию выбранного банка ротора, видимую справа. Чтобы сменить ротор, щелкните ротор, который вы хотите изменить, на большом экране выбранного ряда роторов. Обратите внимание, что это изменяет соответствующий ротор во всех рядах роторов, как спереди, так и сзади бомбы.
Щелкните переключатель банка, чтобы выбрать его. Справа будет виден большой вид переключателя банка. Щелкните и перетащите эти более крупные переключатели, чтобы указать, к какой букве на диагональной плате будут подключены вход и выход соответствующего банка ротора.Чтобы запустить бомбу, щелкните панель кнопок на передней панели и щелкните кнопку запуска.

Задняя бомба ВМС США

Задние блоки ротора работают так же, как и передние. Чтобы подключить кабели принтера, сначала щелкните панель диагональной платы в левом верхнем углу, это откроет увеличенное изображение. Чтобы подключить или отключить кабель принтера, щелкните соответствующий разъем.

Передняя бомба Тьюринга

Нажмите на группу ротора, чтобы выбрать ее.Чтобы повернуть ротор, просто щелкните и перетащите мышью большую версию выбранного банка ротора, видимую справа. Чтобы изменить ротор, выберите группу ротора и нажимайте кнопку со стрелкой, пока нужный ротор не окажется на месте. Чтобы скопировать набор роторов во весь банк, нажмите кнопку «Копировать в цепочку». Чтобы скопировать набор роторов во все три банка, нажмите кнопку «Копировать во все»

Чтобы запустить или остановить бомбу, выберите панель кнопок на передней панели и нажмите нужную кнопку.

Бомба Тьюринга левая

На этом виде показаны три отражающие панели, установленные для трех рядов роторов бомбы.Чтобы заменить отражающую панель, просто нажмите на нее, пока нужная панель не окажется на месте.

Бомба Тьюринга правая

Слева вид сбоку бомбы в миниатюре. Щелкните и перетащите красный прямоугольник, чтобы изменить, какая часть будет видна в увеличенной версии справа. Кнопки и рычаг с правой стороны кликабельны. Рычаг используется для перезапуска бомбы после обнаружения остановки.

Спинка бомбы Тьюринга

Задняя часть бомбы содержит несколько гнезд.Они могут быть соединены с помощью кабелей или мостовых соединителей. Нажмите на пустое гнездо, чтобы создать кабель или мостовой соединитель. Перетащите другой конец только что созданного кабеля в желаемое гнездо назначения.

Enigma 3 и 4

Доступны две версии немецкой машины Enigma: обычная трехроторная версия и более экзотическая четырехроторная версия.

Щелкните и удерживайте клавишу на клавиатуре (либо с помощью мыши, либо на клавиатуре компьютера), чтобы зашифрованная буква загорелась на панели индикаторов над клавиатурой.Чтобы изменить настройку ключа, щелкните и потяните за зубчатый выступ соответствующего ротора. Чтобы изменить настройку кольца, откройте верхнюю крышку Enigma, щелкнув одну из кнопок, расположенных справа и слева от клавиатуры. Затем, , удерживая клавишу SHIFT , поверните сердечник ротора относительно кольца. Появится удобная всплывающая подсказка, которая поможет вам выяснить, какие настройки кольца у вас установлены.

Чтобы заменить роторы или отражатель, откройте верхнюю крышку Enigma и перетащите нужные детали в / из ящика для хранения ротора.

Щелкните кнопку Enigma второй раз или разъемы в нижней части Enigma, чтобы получить доступ к плате разъемов на передней панели Enigma. Подключите кабели в соединительной плате, перетащив штекеры в нужные гнезда.

Контрольно-измерительная машина

Поверните роторы, щелкнув и перетащив их в желаемое положение. Чтобы изменить настройку кольца, удерживайте клавишу SHIFT , вращая колесо. Щелкайте по клавишам на клавиатуре, чтобы использовать машину; загорится соответствующая зашифрованная буква.

Чтобы заменить отражатель, щелкайте по картриджу отражателя слева, пока не будет подключен нужный отражатель. Чтобы сменить колеса, нажимайте кнопку со стрелкой, пока нужное колесо не встанет на место. Обратите внимание, что есть желтое пустое колесо, которое следует использовать в крайнем левом положении, когда работает код с тремя роторами.

Сохранить

Чтобы сохранить связи на бомбе, нажмите кнопку «Сохранить». Все подключения и настройки будут сохранены в файл с расширением.bmb-extension.

Нагрузка

Чтобы загрузить ранее сохраненное состояние бомбы, нажмите кнопку «Загрузить». Выберите файл, который был ранее сохранен.

Свяжитесь с нами, если у вас есть какие-либо комментарии или вопросы

Последнее обновление 2020-08-23

Бомба Тьюринга в Блетчли-парке

г.
Бомба Тьюринга

Фрэнк Картер

Введение

Успехов во взломе шифров Enigma на
Блетчли-Парк внес большой вклад в поражение держав Оси и
значительно сократила продолжительность войны.

Взламывая эти шифры, Бомбы имели
чрезвычайно важную роль в преобразовании процесса взлома немецкого шифра
сообщения от процедур, основанных на медленных руках, к той, которая напоминала операцию
промышленная производственная линия.

Фрэнк Картер

На пике эта операция задействовала около 4000
сообщения, которые нужно нарушать каждый день, и предоставлять союзникам беспрецедентный уровень
разведданных о намерениях врага.

За время войны более 200 бомб
были сконструированы и использовались оперативно для взлома зашифрованных сообщений
передается всеми тремя видами вооруженных сил Германии.Несколько из
сообщения, передаваемые немецким абвером (секретной службой), также были нарушены
средства бомбы.

В конце войны большинство машин было
уничтожены, хотя небольшое количество сохранялось в течение нескольких лет, прежде чем они тоже
были отправлены на слом, так что, наконец, никто не выжил. Крайний уровень секретности
окружение военных действий в Блетчли привело к тому, что общественность
совершенно не подозревая о том, что там произошло, и о замечательных технических
нововведения, которые имели место.

Это было только после того, как было отменено эмбарго на безопасность.
был отменен в 1974 году, когда стало очевидно, что машины сыграли важную роль.
роль в работе по «взлому кода», которая обеспечила военное время «Ультра»
разведки, но никаких подробностей о них или о задачах, которые они выполняли, раскрыто не было.
из.

Особняк в Блетчли-парке

Несколько лет спустя, в 1992 году, Блетчли-Парк
Был основан трест с целью создания постоянного музея в честь выдающихся людей, которые работали в BP.
и отметить их достижения и успехи.

Поскольку ни одна из оригинальных бомб не уцелела
было решено создать проект, который, как предполагалось, в конечном итоге приведет к
строительство рабочей машины. Эта чрезвычайно амбициозная задача началась в
1995 год, когда GCHQ передало в доверительное управление технические чертежи бомбы. В
В июле 2007 г. была завершена работа над новой машиной с соответствующим названием «Феникс».
официально заказан Его Королевским Высочеством герцогом Кентским.

В этой статье не делается попытка описать здание
этой машины; задача заняла около двенадцати лет и была выполнена
от группы преданных своему делу инженеров под руководством Джона Харпера.Для
подробную информацию об этом можно найти на следующем веб-сайте: www.jharper.demon.co.uk/bombe1.htm

Бомба была важным инструментом в процессе
взлома сигналов Enigma; это не компьютер, и он не выполняет
численные расчеты. Его функция во время войны заключалась в систематическом проведении
поиск, основанный на определенных логических соображениях, чтобы найти части Enigma
ключи, которые использовались для шифрования перехваченных сообщений. Эти ключи были
меняли регулярно не реже одного раза в день.

Краткое описание
машина Enigma

Трехроторная машина Enigma

Машина Enigma генерирует зашифрованный текст из
соответствующая последовательность обычного текста, набранного на его клавиатуре. Когда письмо
нажата клавиша, движение сначала приводит к тому, что один или несколько роторов в
машина, чтобы двигаться, а затем закрывает переключатель под ключом, чтобы завершить
электрическая цепь, которая зажигает лампу (одна из панели из 26 ламп) для индикации
соответствующая буква зашифрованного текста.Запутанная разводка схемы
проходит через внутреннюю часть роторов, а также через устройство, известное как
плату расширения. Вследствие движения роторов внутренняя
цепи, соединяющие клавиши с лампами, меняются при каждом нажатии клавиши.

Подробная информация о роторах

Каждый ротор имеет набор из 26 электрических контактов.
на двух противоположных сторонах, с различным расположением 26 внутренних проводов
соединяя контакты с одной стороны с контактами с другой.Когда они
расположен в машине, каждая комбинация положений вращения
три ротора создадут различную электрическую цепь между ключами и
индикаторные лампы. Три ротора вращаются так, как будто
колеса в одометре, установленном в автомобиле, при включении правого ротора
на одну позицию для каждой нажатой буквенной клавиши, и в определенной позиции это
вращательное движение приводит к включению среднего ротора на одно место. Таким же образом
в определенном положении движение среднего ротора вызывает левый
ротор включить на одно место.

Ориентация ротора, при которой «обороты»
имеют место, определяются положениями надреза в боковой части
кольцо на ободе
каждого ротора, как шина на колесе. Эти кольца имеют либо 26
буквы (A – Z) или, альтернативно, 26 цифр (01–26), начертанных на них
(в дальнейшем предполагается, что это буквы).

Кольцо-настройки

Интерьер с лампами, роторами и отражателем

Во время первоначальной настройки станка
каждое кольцо вращается вокруг внутреннего сердечника своего ротора до положения, при котором
выбранная буква на кольце совмещается с фиксированной индексной меткой, тисненной на
ротор, и затем он блокируется в этом положении пружинным зажимом.Эти избранные
положения в совокупности называются «кольцевыми установками» роторов, а открытый текст «напечатан» на
клавиатура машины «перевернутые» положения среднего и
левые роторы определяются этими настройками.

Сердечник ротора
стартовые позиции

Три ротора (взятые из пяти имеющихся) размещены
бок о бок в одном из шести возможных расположений. Когда в позиции, три
небольшие смотровые окна позволяют видеть одну букву на каждом из колец ротора
оператору.Затем роторы поворачивают вручную, пока три буквы
выбранные для начальных начальных положений ротора появляются в трех окнах. В
начальные исходные положения ротора вместе с настройками кольца определяют
начальная ориентация сердечников проводов в трех роторах, известная как «начальные положения сердечников ротора».

Важным моментом в понимании работы Bombe является то, что «начальные положения сердечника ротора» могут быть определены множеством различных комбинаций.
кольцевых настроек и начальных пусковых положений ротора.Например кольцо
настройки «ABC» и начальные стартовые положения ротора «HNT» определяют один и тот же набор
«начальных положений сердечника ротора» как
настройки кольца «ZZZ» и начальные исходные положения ротора «GLQ».

После прохождения трех роторов
электрические цепи подключены к другому устройству, известному как «отражатель»; в
внутренняя проводка в этом случае имеет эффект возврата схемы обратно через
роторы во второй раз, но в обратном направлении и после
другой путь.На следующей диаграмме представлена ​​базовая структура полного
машина. (Роторы и отражатель иногда называют «скремблерами».)

Функция
вставная плата

Коммутационная плата состоит из панели
двадцать шесть двойных розеток (A – Z), установленных на передней части машины. Пары
разъемов для выбранных пар букв электрически соединены между собой посредством
средства внешних кабелей, снабженных соответствующими заглушками на каждом конце.

Базовая структура машины Enigma

Для пар букв, которые связаны
вместе таким образом, соединительная плата создает эффект перекрестного соединения проводов
для букв в каждой паре в цепи между клавиатурой и роторами
а также между роторами и контрольными лампами.

Например, предположим, что разъемы для
буквы D и G соединяются таким образом, затем с помощью коммутационной панели нажмите клавишу «D» на
клавиатура будет электрически подключена к клемме G коммутатора,
и аналогично клавиша «G» на клавиатуре будет подключена к клемме D.в
таким же образом, если выход скремблера поступает на клемму D коммутатора, то он
впоследствии будет подключен к лампе G, а также выход скремблера к клемме
G на коммутаторе будет подключен к лампе D.

Штекеры

Пары предварительно выбранных букв, подвергнутые
эти биржи были известны в BP как «stecker
пары («stecker» в переводе с немецкого означает «вилка»). Остальные буквы нет
пара для этой цели называлась «саморегулирующейся»
или «незащищенный».Таким образом, в приведенном выше
Например, буквы D и G представляют собой пару Stecker, представленную как D / G.

Во время войны стандартной немецкой практикой
выбирать 10 пар букв каждый день, и одной из задач в BP было
идентифицировать эти 10 «пар Штекера» (по
по умолчанию оставшиеся шесть букв будут «самовоспламеняющимися»).

Взаимная природа
машины Enigma

Съемные отражатели в Bombe со снятой средней панелью.Они имитируют отражатель Enigma.

Машина Enigma была разработана, чтобы иметь
взаимные характеристики, так что два процесса шифрования и
расшифровка сообщения по сути то же самое.

Это было достигнуто за счет обратимого характера
электрическая цепь осуществляется посредством отражателя. Взаимный
характеристика машины подразумевает, что шифрованное сообщение, сделанное на одной машине
можно восстановить обратно в обычный текст, набрав зашифрованный текст за секунду
машина при условии, что она изначально была настроена идентично
первый, использующий тот же ключ.

Ключи Enigma

Ключи, используемые немецкой армией и военно-воздушными силами
состояла из следующих четырех частей:

(i)
заказ ротора: т.е. тождество
трех роторов Enigma, которые были использованы, и их местоположения (слева,
посередине, справа) в машине. (Было доступно пять различных роторов для
использования, давая 60 возможных заказов ротора.)

(ii) Установки колец ротора: они определяют положения «оборота» ротора.
выбранные роторы.(Существует 26x26x26 = 17 576 возможных настроек звонка.)

(iii) «Штекеры»:
то есть идентичность набора из десяти пар букв, которые были выбраны для платы расширения
соединения на машине Enigma. (Их примерно 150,
00000000000000 возможных наборов.)

(iv) «Настройки сообщений»:
то есть начальные положения трех роторов (как показано на кольцах ротора)
который использовался при первоначальном шифровании сообщения. (Есть 26 х 26 х 26
= 17 576 возможных «сообщений-настроек».)

Хотя настройки кольца являются частью ключа, они
не влияют на количество возможных электрических конфигураций
Машина Enigma. Даже в этом случае число
конфигураций чрезвычайно велик и равен продукту:

60 x 150 000 000 000 000 x 17 576
(приблизительно 1,58 x 10 20 ).

Функция Bombe

Фотография военного времени 3-роторной бомбы. Это одна из немногих доступных картинок, на которой изображена специальная версия Bombe, оснащенная дополнительным барабанчиком индикатора.Эта машина помогла взломать зашифрованные сообщения «Abwehr» Enigma, передаваемые секретной службой Германии.

Бомба была разработана для выполнения
систематический поиск для определения следующих компонентов ключа Enigma: ротор
порядок, «исходные положения сердечника ротора», и
некоторые из «штекеров».

У БП изначально были неизвестные настройки звонков.
предполагается «ZZZ» и только на последнем этапе работы после истинного
были определены параметры кольца, можно ли было вывести исходные «параметры сообщения» из «начальных положений сердечника ротора».

В поисках
ключи

Учитывая огромное количество возможных
ключи, если поиск должен был быть
выполнялось тогда, было важно, чтобы была найдена процедура, которая значительно уменьшит размер «ключевого пространства», которое было
вовлеченный. Алан Тьюринг разработал такую ​​процедуру, которая зависела от «шпаргалки» части открытого текста
зашифрованное сообщение. Это уменьшило размер «ключевого пространства» до чуть более
один миллион, и, что примечательно, не требовалось никаких предварительных знаний о «штекерах».

Детские кроватки и меню

Шпаргалка — это последовательность букв из
простой текст сообщения, которое может быть сопоставлено один к одному с некоторыми буквами
из зашифрованного текста. Можно было найти детские кроватки для определенного распорядка дня.
сообщения, потому что они часто содержат стереотипный текст.

Например, стандартные сообщения настройки W / T-теста.
которые передавались, часто начинались с простого текста «DASXISTXEINXABSTIMMSPRUQ» и служили основой для ценных шпаргалок.(Операторы Enigma часто использовали
«X» означает «пробел».)

Детская кроватка и меню

После того, как набор писем в кроватке был
правильно выровненный с соответствующим набором букв из зашифрованного текста, диаграмма, известная как «меню»
могут быть построены, показывая отношения между двумя наборами
письма. Простой пример
меню показано справа.

Меню в виде электрической схемы,
был «вставлен» в панель розеток, расположенную на задней части Bombe,
средствами 26-жильного кабеля.

В начале войны, когда поиски
процедура проводилась с использованием первого прототипа Bombe, это было необходимо
что структура меню включает несколько «замыканий» или циклов. В
важнейшая функция цикла меню в процедуре поиска лучше всего объясняется
средства наглядного примера.

В данном меню последовательность букв: S → A → X → V образуют один такой цикл, а на диаграмме ниже приведены детали процессов шифрования Enigma, которые соответствуют
к четырем ссылкам в этом цикле.На этой диаграмме четыре неизвестных Stecker
партнеры букв S, A, X и V соответственно представлены греческим
буквы: α, β, γ и δ. (Ротор Enigma
системы и их эквиваленты на Bombe в дальнейшем будут называться
«скремблеры». Соединения скремблера были выполнены с помощью 26-жильного кабеля.)

Логика, используемая в
поиск

Подробная информация о четырех последовательных шифрованиях Enigma для цикла меню S → A → X → V

Поисковая процедура Тьюринга использовала
симметричная связь, которая существует между парами Стеккера появляющихся букв
в петле; например, S, связанный с α, подразумевает α, связанный с S.Эти отношения позволяют
этапы процесса шифрования в четырех звеньях цикла, которые должны быть
объединены в гораздо более простую последовательность роторных систем Enigma, также показанную на
диаграмму.

Последовательность скремблеров иллюстрирует два
важные факты:

(i) Только стэккер-партнеры писем от
меню зашифрованы скремблерами; буквы в меню не
участвует в процессе.

(ii) Поскольку последовательность скремблера образует
замкнутый цикл входные и выходные буквы должны быть одинаковыми (≡ α) и идентичность неизвестного
буквы Стекера (β, γ, δ) определяются исключительно
идентичность буквы α, а не букв A, X и V из
меню.

Отсюда следует, что если α, неизвестный стэккер-партнер
буква S, можно идентифицировать, тогда стэккер-партнеры других букв A,
X и V можно легко найти из последовательности скремблеров.

Тестирование
гипотезы для идентификации неизвестной буквы Стекера α:

Если предполагается, что порядок ротора и
обе настройки верны, то справедливость гипотезы об идентичности
α, может
быть испытанным электрически с помощью последовательности скремблеров, показанных на
диаграмма.

Предположим, что гипотеза: α ≡ K. Это можно проверить, соединив
источник электрического напряжения к проводу K на входе, чтобы напряжение передавалось
через проводку в последовательности скремблеров, чтобы появиться на одном проводе в
выход. Если это тоже провод K, то сделанный вывод будет
быть таким: α ≡ K.

Дело в том, что заключение по согласованию
с исходной гипотезой является четким указанием на то, что гипотеза верна.

Предположим
проверяется еще одна гипотеза α ≡ R, так что напряжение
источник подключается к проводу R на входе и после прохождения через
скремблеры, появляется на проводе F на выходе. В этом случае гипотеза α ≡ R привела к логическому
противоречивый вывод α ≡ F, указывающий на ложность данной гипотезы.

Из этого примера должно быть очевидно, что
проверка последовательности из двадцати шести альтернативных гипотез: (α ≡ A), (α ≡ B), (α ≡ C)….. (α ≡ Z), можно будет определить правильного партнера по Штекеру
буквы S, найдя единственную гипотезу, которая приводит к логическому
последовательный вывод.

Однако эта процедура (на которую ссылается Тьюринг
как «однострочное сканирование»)
слишком долго, чтобы выполнять, чтобы иметь большую практическую ценность. Что было нужно срочно
был техникой, которая обеспечила «одновременное
сканирование », чтобы все двадцать шесть возможных альтернативных гипотез могли
быть протестированы одновременно, что позволяет идентифицировать истинный
мгновенно.

В своем «Трактате о загадке» военного времени Тьюринг
включил следующее заявление. (В
Пример S — это то, что Тьюринг назвал «центральной буквой».)

Есть
однако нет причин, почему, когда из одной гипотезы о партнере Стекера
центральную букву мы пришли к выводу, что у центральной буквы должен быть еще один штекер
значение, мы не должны продолжать и делать дальнейшие выводы из этого второго Stecker
ценить. На первый взгляд это кажется совершенно бесполезным, но, поскольку все вычеты
обратимый (т.е. можно использовать как новые гипотезы) на самом деле это очень полезно для всех выводов, которые можно сделать
тогда будет ложным, а те, что останутся, будут выделяться как можно более отчетливо
правильные гипотезы.

Обратная связь по напряжению

Процесс обратной связи

На диаграмме показано, как была реализована эта гениальная идея.
реализуется относительно просто с помощью дополнительных электрических
соединения (т.е. «обратная связь по напряжению»).

Связи «обратной связи» позволили сделать вывод
полученный из исходной гипотезы, который будет использоваться в качестве новой гипотезы и, в свою очередь,
для использования его заключения для другой новой гипотезы, и так далее, пока
процесс был исчерпан.В
Показанная схема основана на одиночном контуре из ранее использовавшегося меню. В
исходная гипотеза выбирается путем установки соответствующего переключателя на панели,
и реле в индикаторном блоке, которые затем активируются, чтобы показать все
последующие логические выводы.

Поиск верной гипотезы

На практике, если этот метод применяется к
простое меню, состоящее из одного цикла, как показано, только часть
будет получено двадцать пять возможных ложных выводов, и для того, чтобы быть уверенным,
для их создания необходимо использовать более сложное меню, в котором есть
не менее трех петель в его составе.

Если случайно исходная гипотеза
быть правдой, то единственным результатом будет один вывод, подтверждающий истинность
гипотеза (т.е. α ≡ K ⇒ α ≡ K).

До сих пор предполагалось, что порядок ротора
и используемые настройки верны. Однако когда Бомба произвела
систематический поиск части ключа Enigma, эти предположения, с
за исключением одного только что рассмотренного особого случая, всегда ошибаться! Если
порядок ротора или настройки сообщений неверны на любом этапе процесса
выходная буква, полученная из любой входной буквы, может считаться случайной,
и, следовательно, все реле в блоке индикатора имеют примерно равные шансы
активации.Это означает, что посредством процесса обратной связи
описанный ранее, весьма вероятно, что в конечном итоге все реле будут
активирован, хотя будет несколько случаев, когда случайно не
все они будут активированы.

Сводка

Если порядок и настройки ротора совпадают
правильно, то есть два возможных результата:

(i) Первоначальная гипотеза неверна: все, кроме одного, из двадцати шести реле.
будет под напряжением.

(ii) Исходная гипотеза верна: только одно реле срабатывает.

Если порядок или настройки ротора неправильные (т. Е.
во всех случаях, кроме одного!) то есть два возможных исхода для любых начальных
гипотеза (верная или ложная):

(i) Все реле в индикаторном блоке будут активированы.

(ii) В некоторых случаях не все реле
будет под напряжением.

Бомба «останавливается»

Внутренний вид Bombe с открытой откидной задней панелью

Для каждого проверенного порядка ротора Bombe
разработан для систематического прохождения всех 17 576 позиций
скремблеров и останавливаться, когда срабатывает менее двадцати шести реле (
оригинальные операторы Bombe называли это событие «остановкой»).Это означает, что
остановка будет происходить, если порядок ротора и настройки были правильными (известно
в качестве «хорошей» остановки) или случайно в некоторых других случаях, когда ротор
и настройки были неправильными (это было известно как «ложные» остановки).

Количество полученных ложных остановок зависит от
структура меню. В течение
Во время войны типичное меню, используемое на Bombe, должно было составить около четырех
ложные «остановки» для каждого тестируемого порядка ротора.

Каждый
«Стоп» Bombe предоставляет следующие три части возможного ключа Enigma:

Ротор
порядок, исходные положения сердечника ротора,
партнер Stecker за одно письмо на
меню (буква Штекера была обнаружена при осмотре реле в
индикаторный блок).

Если «стоп» ложный, то
информация, которую он предоставил, но это не было бы сразу очевидно для Бомбы
операторы.

Устранение ложного
«Стопы»

Проверочная машина. Барабан слева служит предустановленным отражателем, три других барабана с регулируемыми буквенными кольцами имитируют роторы машины Enigma.

Во время войны с целью устранения ложных
остановок, необходимо было проверить их действительность.Это было сделано
определение партнеров Stecker других букв в меню, которые были
подразумевается информацией, предоставленной «стоп», работа выполняется с
с помощью устройства, известного как «Проверка
машина’. Найденные таким образом пары Штеккеров были затем исследованы на предмет наличия
между ними были какие-то логические несоответствия, и если они были обнаружены, то
стоп будет отклонен как ложный.

Например, предположим, что пары Stecker A / G и V / G были найдены
таким образом, поскольку они логически несовместимы друг с другом, они показывают
что «стоп» ложный.

Диагональная плата

Серьезная проблема в эксплуатации прототипа
бомба заключалась в том, чтобы позволить одновременное
сканирование было важно, чтобы используемое меню содержалось в
минимум три петли. Это было очень ограничивающим условием, и было обнаружено, что
только небольшая часть перехваченных сообщений содержала такие меню.
Следовательно, Бомба имела бы ограниченное применение, если бы не было
обнаружено, что значительно улучшает его производительность.

Гордон Велчман, еще один математик из Кембриджа,
понял, что свойство симметрии каждой пары букв Стекера может
предоставить новый способ вывода выводов из исходной гипотезы Стекера
что не требовало наличия петель в меню. Его гениальная идея
привело к тому, что некоторые дополнительные схемы, известные как «диагональная плата», были включены во вторую версию
Бомба. С помощью этой улучшенной машины можно было успешно использовать меню с
только один цикл или, в особых случаях, без петель вообще.

Барабаны-бомбы с их кольцами-буквами. Обратите внимание на последовательность букв против часовой стрелки на фиксированных контрольных кольцах.

По словам Джоан Мюррей, талантливого молодого математика
кто работал над Бомбой, первоначальная цель Велчмана заключалась в том, чтобы сделать ее
более простые в использовании меню с двумя или более неподключенными сетями, которые иногда
произошел. В то время и Уэлчман, и Тьюринг срочно искали генерала
метод достижения «одновременного
сканирование », которое не зависело от наличия нескольких петель в
меню, и Тьюринг вскоре понял, что диагональная доска сделает это
возможный.

Диагональная доска имела огромное значение.
разработка. Когда он был введен в эксплуатацию в версии Mk II танка
Bombe стало возможным использовать гораздо больше доступных меню, чем было бы
иначе было дело; это также привело к значительному сокращению
количество случайных «остановок».

Одна практичная форма диагональной доски
состоит из квадратной решетки из 26 x 26 электрических выводов, в которых 26
строки используются для обозначения любых букв A – Z, которые могут встречаться в меню и
26 столбцов используются для представления 26 возможных партнеров Stecker этих
письма.Пары этих клемм постоянно подключены к
соответствуют симметричности штекеров, так что, например,
терминал в строке F, столбец j соединен с терминалом в строке J, столбец f.
Название диагональной доски, вероятно, произошло от геометрического узора.
формируется проводка.

Диагональная доска

Простой иллюстративный пример, показывающий
действие диагональной доски показано на диаграммах справа от скремблера
система для одиночного контура P → G → A → N из другого меню, они показывают несколько
отдельных проводов в 26-жильных кабелях, соединяющих скремблеры
вместе.На обеих диаграммах скремблеры находятся в правильном положении. (В
Чтобы свести к минимуму риск запутать партнеров Stecker букв на
меню отображаются строчными буквами.)

Диаграмма (а) показывает путь напряжения, когда
исходная гипотеза верна (P соответствует c), а вывод
полученное подтверждает это. Обратите внимание, что дополнительная ссылка через диагональную плату
не повлиял на результат, поскольку объединяет только две точки, которые
уже на том же электрическом пути.

Диаграмма (b) показывает путь напряжения при неправильном
используется исходная гипотеза (P привязана к s), что приводит к ложному выводу:
P привязан к w. В этом случае другое соединение через диагональную плату генерирует
второй ложный вывод (P поставлен на n). Многочисленные дополнительные ссылки
предоставленные диагональной доской обычно приводят к большому количеству ложных выводов
от ложной гипотезы, но не идите на компромисс с истинной.

Таким образом, использование диагональной доски значительно увеличилось.
количество ложных выводов, сделанных из любой ложной исходной гипотезы, поэтому
что стало возможным добиться одновременного сканирования с гораздо меньшими затратами
сложные меню.Первоначальная процедура Тьюринга, описанная ранее, может достичь
это, но только если используемые меню имеют по крайней мере три цикла в своей структуре. В
На практике оказалось очень сложно составить меню этого типа из
детские кроватки военного времени, которые были в наличии.

Условие, необходимое для диагональной доски
для достижения того же эффекта было гораздо менее сурово и просто состояло из более низких
допустимый предел количества букв в меню, хотя наличие
одна или несколько петель по-прежнему очень желательны.Другим большим преимуществом было значительное
уменьшение количества ложных «остановок», получаемых из большинства меню.

Бомба: описание внешнего вида

Лицевая сторона бомбы в Блетчли-парке с двумя установленными рядами барабанов. Три индикаторных барабанчика расположены справа от пустого среднего банка.

По сути, Bombe — электромеханический
машина работает под управлением сложной системы электрических реле. В
машины военного времени производила Британская компания по производству табулирующих машин в г.
Летчворта под руководством главного инженера Гарольда «Дока» Кина и
К концу войны в эксплуатации находилось более двухсот из них.

На передней части машины 36 комплектов
из трех «барабанов», расположенных вертикально в трех рядах по двенадцать, каждый набор
три барабана, соответствующие трем роторам в машине Enigma. Наборы из трех барабанов образуют
«Скремблеры», которые включены в сложную электрическую цепь для
меню, которое «забито» на
панель розеток, расположенная на задней части машины.

Внутри каждого барабана есть два отдельных набора
проводку для ротора, которую он имитирует, и, следовательно, есть 2x2x26 (= 104)
электрические контакты на задней стороне каждого барабана.

Дублированная проводка необходима для того, чтобы
сделайте скремблеры в Bombe электрически симметричными, чтобы токи
в отдельных проводах схемы меню может проходить через скремблеры в
в любом направлении. Барабаны механически связаны с общими приводными валами.
через систему кулачков и шестерен и вращаются с тремя разными скоростями.
Первичный двигатель — электродвигатель постоянного тока мощностью 0,75 л.с.

Бомба

Схема с размерами справа дает некоторое представление о размерах
машина.

Параллельная обработка

На Bombe можно установить
конкретное меню в трех экземплярах с разными наборами барабанов, используя
для них доступны три банка ячеек на передней панели машины. В течение
Война это было сделано для того, чтобы можно было опробовать три различных возможных
Одновременно «заказы ротора». Для этого требуются три «отражающие панели».
монтируются с левой стороны машины, проводка на каждой плате
эквивалентно двенадцати
Отражатели Enigma.

Когда Бомба работает, барабаны
систематически чередовать все возможные положения установки, и
время, необходимое для выполнения этой процедуры (первоначально известной как «пробег»), составляет
примерно 18 минут.

Барабаны съемные, имеют цветовую маркировку.
соответствовать пяти Enigma
роторы, которые они имитируют; например, барабаны красного, бордового и зеленого цвета соответствуют
соответственно роторам Enigma
I, II и III.

Установка Bombe

Исходная гипотеза выбирается первым
выбрав подходящую букву из меню (буква S в примере) и затем подключив
блок из двадцати шести переключателей (помеченных от A до Z), который установлен на
с правой стороны машины, в положение в цепи меню, соответствующее
к этому письму.Партнер Stecker для этой буквы выбирается путем установки одного
из этих переключателей в положение «включено».

As
справедливость исходной гипотезы несущественна, обычно включается переключатель A,
так, чтобы «испытательное напряжение» было подключено к выбранной позиции на проводке
схему меню. (В этом примере это будет подключение A на входе к
скремблер в позиции S в меню.)

Изначально три барабана в каждом скремблере
повернут (вручную) в обозначенные позиции, указанные в меню.Это все
относительно положений трех барабанов в скремблере, используемом для
«первая позиция» в меню. Поскольку истинные настройки для «первой позиции»
неизвестны, предполагается, что это ZZZ, поэтому все остальные барабаны скремблера
соответственно отрегулированы, чтобы быть в правильных положениях относительно ZZZ.

Во время работы машина будет многократно
выполнять процесс Тьюринга, продвигая барабаны в скремблерах на одно место каждый
время.Каждый раз, когда машина определяет необходимые условия (т.е.
описано) он автоматически остановится. Обычно в процессе поиска многие
необходимо проверить различные порядки ротора, и машина будет останавливаться несколько раз; однако только одна из этих «остановок» предоставит правильную информацию для части
ключ Enigma.

Бомба в действии

Позиции

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Шифр ​​

S

N

м

К

г

г

S

т

Z

Z

U

г

А

р

л

В

Обычная

Вт

E

т

т

E

р

В

О

р

H

E

р

S

А

г

E

Детская кроватка на шестнадцать букв

В Блетчли-парке первый
публичные демонстрации восстановленной бомбы проводились с меню военного времени
полученный из кроватки для прогноза погоды, который первоначально использовался для
обучение операторов WREN.Эта детская кроватка состоит из шестнадцати пар букв, как показано справа.

Меню

Для получения меню
состоящие из одной связанной «паутины», тринадцать из этих пар букв были
выбрано, в результате чего появится меню, показанное на диаграмме справа.

Скремблер
настройки: позиции и смещения

В этом меню некоторые из
информация, относящаяся к настройкам скремблера, требует дальнейшего пояснения. В
в простом меню, описанном ранее, относительные положения скремблеров были
представлен соответствующими позиционными номерами пар букв как
дано в кроватке.Однако на практике операторы Бомбы устанавливают эти начальные
позиции с помощью круговой шкалы отсчета букв (A — Z), установленных на
лицевые стороны барабанов, а таблица справа показывает некоторые примеры того, как это было сделано.

Позиционный номер

Позиции букв барабана

Позиционный номер

Позиции букв барабана

0

ZZZ

26

ЗАЗ

1

ZZA

27

ZAA

2

ZZB

28

ЗАБ

3

ZZC

29

ZAC

25

ZZY

51

ЗАЙ

Позиции букв барабана

В таблице позиции ZZZ
соответствуют исходным положениям роторов Enigma до
первая буква сообщения была зашифрована, так что настройки барабана
ZZZ соответствует оригинальному ротору Enigma.
основные исходные позиции ».По этой причине все
Положения скремблера, показанные в меню, были известны как «смещения» (то есть количество положений перед неизвестными «начальными положениями сердечника ротора»). Например позиция 2 в меню
имел бы смещение ZZB.

Для демонстрации бомбы
в БП это меню было «забито»
на задней стороне станка, при этом индикаторный блок подключен к точке G
в меню, и «испытательное напряжение», приложенное к реле А в блоке индикатора,
так что исходная гипотеза была «G привязана к A».Правильный порядок ротора был
уже известно:

Верхний барабан: II (2), средний
барабан: V (5), нижний барабан: III (3).

(Соответствуют левой,
Средний и правый роторы Enigma.)

Соответствующие наборы барабанов были
установлен на одном из трех блоков позиций, доступных на передней панели
машина. Во время последующего «пробега» были получены две «остановки».

Три
индикаторные барабаны

Барабаны-индикаторы бомб.Обратите внимание на последовательность букв по часовой стрелке на фиксированных контрольных кольцах.

На каждой «остановке» бомбы считываются «исходные положения сердечника несущего винта».
из трех специальных «индикаторных барабанов» золотого цвета, которые расположены на
правая часть среднего ряда барабанов. Эти специальные барабаны имеют круглую
эталонные шкалы на их лицах, аналогичные шкалам на других барабанах, но с
буквы отмечены в обратном порядке!

Шкалы на трех индикаторе
барабаны предназначены для показа ротора
основные исходные позиции »на« остановке »при измерении с точки зрения
соответствующие настройки кольца Enigma для Enigma
настройки ротора: ZZZ.По этой причине буквы на весах
индикаторные барабаны расположены в обратном порядке по сравнению с барабанами на всех остальных барабанах.

Это явно извращенное соглашение
изначально использовался, потому что он значительно снижал вероятность возникновения ошибок
во время последующей работы по проверке «стопов» вручную на
проверка машины.

Это
меню произвело две остановки для известного порядка ротора, одна из которых впоследствии была
идентифицирован как «ложный», в то время как другой дал часть исходного ключа Enigma
что было использовано.В
информация, представленная на правильной остановке, выглядит следующим образом:

Порядок ротора: II, V, III; исходные положения сердечника ротора D K X; и пара Стекера G / Q.

С помощью проверочной машины другой
буквы в меню предоставили следующие семь дополнительных пар Stecker A / D,
E / T, H / M, L / J, N / V, U / F и Z / P,
вместе с тремя из шести «саморегулирующихся» R / R, S / S, W / W.

Индикаторная единица. Устройство имеет три независимых комплекта из двадцати шести реле.

Девятая и десятая пары Stecker (X / O и I / K) были найдены по буквам в кроватке, которые не использовались в меню.
С машиной Enigma, настроенной с таким порядком ротора, настройки кольца ZZZ,
стартовые положения ротора DKX и десять стекеров, указанных выше,
машина правильно расшифровала все зашифрованные буквы, которые появляются в кроватке.

Этот результат показывает, что средний ротор Enigma
«Оборот» не происходил до того момента, когда сообщение было первоначально
зашифровано.Однако, поскольку в этом сообщении нет других букв шифра, выполнить задачу путем нахождения истинного значения невозможно.
настройки звонка и исходные настройки сообщения, что можно было бы сделать с более длинным
сообщение. Тем не менее было очень приятно наблюдать
машина в действии впервые и убедиться в ней удалось найти правильный
‘останавливаться’.

Авторы иллюстраций

Все изображения любезно предоставлены автором.

Как Алан Тьюринг разгадал загадочный код

Тьюрингери и

Далила

В июле 1942 года Тьюринг разработал сложную технику взлома кода, которую он назвал «Тьюрингери».Этот метод использовался в работе других сотрудников Bletchley по пониманию шифровальной машины «Лоренца». Лоренц зашифровал важнейшие стратегические послания Германии: способность Блетчли читать их во многом способствовала военным усилиям союзников.

Тьюринг отправился в Соединенные Штаты в декабре 1942 года, чтобы дать рекомендации военной разведке США по использованию машин Bombe и поделиться своими знаниями об Enigma. Находясь там, он также увидел последние достижения Америки в создании сверхсекретной системы шифрования речи.Тьюринг вернулся в Блетчли в марте 1943 года, где продолжил свою работу в области криптоанализа. Позже, во время войны, он разработал устройство для шифрования речи, которое назвал «Далила». В 1945 году Тьюринг был награжден орденом Британской империи за свои работы во время войны.

Универсальная машина Тьюринга

В 1936 году Тьюринг изобрел гипотетическое вычислительное устройство, которое стало известно как «универсальная машина Тьюринга». После окончания Второй мировой войны он продолжил свои исследования в этой области, опираясь на свои более ранние работы и используя все, что он узнал во время войны.Работая в Национальной физической лаборатории (NPL), Тьюринг опубликовал проект ACE (Automatic Computing Engine), который, возможно, был предшественником современного компьютера. Однако проект ACE не получил дальнейшего развития, и позже он покинул NPL.

Наследие

В 1952 году Алан Тьюринг был арестован за гомосексуальность, что в то время было незаконным в Великобритании. Он был признан виновным в «непристойном поведении» (приговор был отменен в 2013 году), но избежал тюремного заключения, согласившись на химическую кастрацию.В 1954 году он был найден мертвым от отравления цианидом. Следствие постановило, что это было самоубийство.

Наследие жизни и творчества Алана Тьюринга стало известно только спустя много времени после его смерти. Его влияние на информатику было широко признано: ежегодная премия Тьюринга была высшей наградой в этой отрасли с 1966 года. Но работа Блетчли-Парка — и роль Тьюринга в раскрытии кода Enigma — держалась в секрете до 1970-х годов. , а полная история не была известна до 1990-х годов.Было подсчитано, что усилия Тьюринга и его товарищей по взлому кодов сократили войну на несколько лет. Несомненно то, что они спасли бесчисленное количество жизней и помогли определить ход и исход конфликта.

Симулятор бомбы Тьюринга-Велчмана | 101 Вычислительная техника

В нашем задании Enigma — миссия X мы рассмотрели, как машина Enigma использовалась немцами во время Второй мировой войны для шифрования радиосвязи и как взломщикам кода было поручено взломать код машины Enigma.

Учитывая, что машина Enigma M3 состоит из трех роторов (выбранных из набора из пяти), добавление настроек ротора с 26 позициями и коммутационная панель с десятью парами букв означает, что Enigma M3 имеет 158,962,555,217,826,360,000 (почти 159 квинтиллионов). ) разные настройки!

Прорыв, который позволил взломщикам кода определить настройки Enigma, стал результатом работы Алана Тьюринга, Гордона Велчмана и их сотрудников в Блетчли-парке, которые создали сложное электромеханическое устройство под названием Bombe, используемое для решения возможных настроек загадки (ротор настройки и положения и подключения коммутационной панели) из «кроватки».Термин «детская кроватка» возник в Блетчли-парке и относится к фрагменту открытого текста с соответствующим ему зашифрованным текстом. Взломщики кодов заметили, что немцы регулярно отправляли сводки погоды (на немецком языке Wetter Vorhersage) и могли идентифицировать зашифрованный текст, содержащий эти слова (в зависимости от времени дня, когда эти отчеты были отправлены).

Еще одним сообщением, которое часто использовали немцы, было сообщение «Не о чем сообщать» (на немецком языке Keine besonderen Ereignisse), которое также использовалось для обозначения полезных кроваток.

Во время войны было построено более 200 бомб, которые помогали расшифровывать сотни сообщений каждый день. Все эти машины были полностью уничтожены, когда закончилась война. Фактическое воспроизведение Бомбы Тьюринга-Велчмана можно найти в Национальном музее вычислительной техники, а дополнительные объяснения того, как работала Бомба, можно найти в Блетчли-парке.

Имитатор бомбы Тьюринга-Велчмана

Чтобы лучше понять, как работает Bombe, мы решили воссоздать онлайн-симулятор, который вы можете использовать для тренировки настроек Enigma из допустимых детских кроваток.

Нажмите на картинку ниже, чтобы получить доступ к нашему онлайн-симулятору бомбы Тьюринга-Велчмана и попытайтесь найти настройки Enigma, чтобы расшифровать следующий зашифрованный текст:

SNMKG GSTZZ UGARL VYQGM YWMLU

Записки Алана Тьюринга — Война загадок


The Crown Inn, где останавливался Алан Тьюринг
(мое фото, 1979 г.)

Алан Тьюринг на войне

После того, как 3 сентября 1939 года Великобритания объявила войну Германии, британские операции по взлому кодов были перенесены из Лондона в Блетчли-Парк. Этот загородный дом находился недалеко от тогда еще небольшого железнодорожного городка Блетчли, на полпути между Оксфордом и Кембриджем.

Посмотрите на эту современную карту этого места рядом с железнодорожной станцией Блетчли.

С 4 сентября 1939 года по лето 1944 года Алан Тьюринг поселился в The Crown Inn в Шенли-Брук-Энд, деревне к западу от Блетчли.

Район Шенли (см. Эту карту)
теперь полностью
измененный.
Война не помешала Алану Тьюрингу быть индивидуалистом.В 1940 году он закопал несколько серебряных слитков недалеко от Шенли. В 1944, 1946 и 1952 годах он пытался их найти, но безуспешно. Никто не знает, что случилось с его сокровищем!
Особняк Блетчли Парк

Блетчли Парк сегодня

Блетчли-парк можно увидеть и сегодня, потому что место военного времени осталось практически неизменным после 1945 года.

В 1991 году сайт был спасен от застройки, и потрясающая работа по реконструкции была проделана первоначальным куратором, покойным Тони Сейлом и его сотрудниками.

Сейчас дом и территория находятся в ведении Фонда Блетчли-Парка.

На веб-сайте музея Блетчли-Парка вы найдете полную информацию о том, как посетить музей и о различных мероприятиях, проводимых в нем.

На сайте есть
раздел истории, с описанием происхождения работы Enigma.

Тони Сейл создал дополнительный веб-сайт www.codesandciphers.org.uk,
с более подробными техническими объяснениями, копиями оригинальных документов и виртуальным туром по Блетчли-парку с фотографиями.

Некоторые части материалов о Второй мировой войне хранятся в Национальном музее вычислительной техники, который также находится на территории Блетчли-Парка, но управляется отдельно.

Хижины: моя фотография, август 1998 года.

Нервный центр

Все, что связано с интеллектом, определялось техническими особенностями шифромашины Enigma, ключа к немецким коммуникациям.

Военное время Алан Тьюринг провел в основном в хижинах, построенных на территории Блетчли-парка, где проводилась техническая работа по взлому кода.

Хижина Восьмая, где Алан Тьюринг работал над военно-морской Enigma, находится в центре картины. Слева — Хижина Шесть (сигналы армии и авиации). Справа — первая хижина. Именно здесь в марте 1940 года была впервые установлена ​​машина, победившая Enigma.

Загадка

Большинство немецких сообщений были зашифрованы с помощью Enigma.
шифровальная машина. Он был основан на роторах, движение которых производило постоянно меняющиеся буквенные замены.

При использовании в военных целях базовая машина была значительно улучшена за счет коммутационной панели , видимой на передней части машины.

Предполагалось, что производимые им шифры нельзя будет взломать даже тем, кто владеет машиной. Чтобы победить его, потребовались идеи большой логической изобретательности.

Если вы хотите увидеть Enigma в реальной жизни, эта страница
Дэвид Хамер расскажет вам несколько локаций. Если вы Билл Гейтс, возможно, вам захочется
Купи один.

Дешевле: современная реплика.

Еще дешевле: этот онлайн-симулятор от Дирка Риджменанца с элегантным и реалистичным графическим оформлением и сложной задачей.

Enigma стала по-своему иконой и культовым объектом. Это исследуется в книге Доминика Ландвера (на немецком языке): Mythos Enigma.

Кто сломал Enigma?

Фактически, Enigma приходилось ломать заново снова и снова. Оборудование на картинке — это еще не все, и его захват не позволил прочитать сообщения Enigma. Немецкое использование Enigma зависело от систем для установки ключей для каждого передаваемого сообщения, и именно эти ключевые системы пришлось взломать. Было много таких систем, которые часто менялись, и время от времени менялось и оборудование. Блестящая довоенная работа
Польские математики дали им возможность читать сообщения Enigma по простейшим системам ключей.Информация, которую они предоставили Великобритании и Франции в 1939 году, могла иметь решающее значение, но ее было недостаточно для продолжения и расширения взлома Enigma в течение следующих шести лет. Новые идеи были необходимы.

В конце 1939 года Алан Тьюринг и другой кембриджский математик Гордон Велчман сконструировали новую машину, британскую бомбу . Основным свойством Бомбы было то, что она могла взломать любое сообщение, зашифрованное Энигмой, при условии, что оборудование Энигмы было известно и что можно было точно угадать текстовую «шпаргалку» примерно из 20 букв.

См. Отчет Enigma за ноябрь 1939 г., в котором объявляется о выпуске британской «супербомбы»

Миссия Алана Тьюринга во Францию, январь 1940 г., для конференции с польскими аналитиками

Коттедж в конюшне двор Блетчли-парка, где Алан Тьюринг работал с Дилвин Нокс зимой 1939-40 гг.
(Мое фото, июль 2002 г.).

Алан Тьюринг внес блестящий вклад в разработку, предложив идею, что он сам связал с принципом математической логики, согласно которому «ложное суждение влечет за собой любое суждение».«Именно эта идея преодолела очевидную непреодолимую сложность крепления коммутационной панели. Но эта идея была только началом непрерывной борьбы.

Работа, проделанная Тьюрингом и его коллегами из Блетчли-Парка, привнесла криптологию в современный мир. Это потребовало гениальной логики, статистической теории, начала теории информации, передовых технологий и превосходной организации.

Бомба Алана Тьюринга

Bombe реализовал очень изобретательный алгоритм для тестирования настроек Enigma и отклонения всех, кроме очень немногих, как несовместимых с данными.На странице Википедии есть полное объяснение.

Другой источник онлайн-информации об использовании Enigma и Bombe находится на сайте Тони Сейла. Это дает полное техническое описание и объяснение машины Enigma и ее использования.
Он также предлагает область «Виртуальный Блетчли-парк» со страницей, подробно описывающей его объяснение того, как Тьюринг пришел к идее Бомбы, и другой о том, как поляки взломали Загадку, которая предшествовала этому.
Он включает в себя онлайн-симулятор Бомбы и много другой исторической информации.

Американский отчет 1944 года дает очень четкое объяснение того, как Бомба использовалась для взлома сообщений Энигмы.

Другое ясное объяснение принципа Бомбы дано Грэмом Эллсбери на его страницах Enigma.

Бомбы были построены компанией British Tabulating Machinery на их заводе в Летчворте, Хартфордшир. Первый использовался к маю 1940 года и нарушал сообщения ВВС Германии. Он был назван (с неоправданным текущими событиями оптимизмом) Победа .Второй прибыл в августе, он назывался Agnus Dei , необычный выбор имени был приписан Тьюрингу. (Он вполне мог бы заметить, что это был бы эффективный способ избавиться от грехов мира.) В конце концов, в окрестностях Блетчли было более 200 бомб.

В 1990-х годах группа под руководством Джона Харпера начала воссоздавать копию Бомбы Тьюринга, и теперь она работает в музее Блетчли-Парк в качестве основного элемента экспозиции.

Новостной репортаж о работе восстановленной Бомбы, 6 сентября 2006 г.

Роторы на макете Бомбы, июнь 2001 г.

Полностью секрет в течение тридцати лет

Все, что касалось взлома шифровальных систем Enigma, оставалось секретом до середины 1970-х годов. Затем возникли частичные учетные записи, которым мешала сохраняющаяся секретность технических вопросов. Гордон Велчман дал центральный принцип Бомбы, описывая свой собственный вклад в The Hut Six Story, 1983.

В середине 1990-х практически все было освобождено от секретности, и с тех пор эта увлекательная история была изучена до мельчайших подробностей.

Известные книги:

Хижина 6, Блетчли-Парк, где сигналы немецких ВВС были нарушены с помощью бомб Тьюринга.
Я сделал это фото в 1998 году. С тех пор хижина была великолепно отреставрирована музеем Блетчли-Парк.

Другие сайты по криптографии Второй мировой войны

CryptoCellar Фроде Вейеруда.

Криптомузей Джеффа Салливана

Алан Тьюринг и битва за Атлантику

Бомба успешно использовалась с лета 1940 года для взлома сообщений, зашифрованных с помощью более простой системы Enigma, используемой ВВС Германии.Но наиболее важными были сообщения, отправляемые и исходящие от флота подводных лодок , , и они были зашифрованы с помощью гораздо более безопасной системы Enigma.

Алан Тьюринг взялся за решение этой проблемы, что противоречит преобладающему мнению о том, что она окажется неразрешимой. Хотя в конце 1939 года у него были принципиально новые идеи, практического прогресса добиться не удалось. В 1940 году они были в отчаянии.

См. План операции «Безжалостный» в октябре 1940 года, разработанный Яном Флемингом, позже создателем «Джеймса Бонда», чтобы собрать такую ​​информацию для работы Тьюринга.

Коллеги и друзья

Это некоторые из основных людей, с которыми работал Алан Тьюринг.

Алан Тьюринг нанял Шона Уайли в качестве однокурсника со времен Принстона. Джоан Кларк пригласил Гордон Уэлчман, когда она закончила четвертый курс Кембриджа по математике. Она стала ближайшим другом Алана Тьюринга, и в начале 1941 года он сделал ей предложение руки и сердца, на что она согласилась. Однако сразу же он рассказал ей о своих «гомосексуальных наклонностях», и помолвка закончилась в августе 1941 года: он процитировал . Однако каждый мужчина убивает то, что любит, от Оскара Уайльда.Его доверие к ней показало, что он думал о мальчике-беженце Бобе. Его друг Фред Клейтон написал вымышленный рассказ о том, как возникла связь с беженцами, и передал его Джоан, чтобы осветить тему своей сексуальности. После 1942 года он не имел ничего общего с Хижиной Восьмой, а больше всего дружил с Дональдом Мичи, который присоединился к Блетчли-Парку в 1943 году.

Шон Уайли, Джоан Кларк и Джек Гуд выступили в телевизионном документальном фильме 1992 года: см.
Версия YouTube.

Прорыв произошел в феврале 1941 года, когда были захвачены бумаги с Krebs у берегов Норвегии.

Книги, посвященные военно-морским операциям по захвату Enigma:

С тех пор, с помощью еще нескольких захватов, связь подводных лодок была эффективно освоена. Алан Тьюринг продолжал руководить криптоанализом всех сигналов военно-морского флота Германии в восьмой хижине.

Военно-морская Enigma была более сложной, чем у других немецких служб, и использовала запас из восьми, а не пяти роторов.Для того, чтобы Bombe работала на практике, необходимо было найти способы сократить количество возможностей. Алан Тьюринг разработал Banburismus, статистическую и логическую технику большой элегантности, чтобы определить идентичность роторов шифрующей Enigma перед использованием Bombe. Тьюринг внес важные изменения в байесовскую статистическую теорию для этой работы со своим помощником (И. Дж.) Джеком Гудом, который присоединился к нему в мае 1941 года.

Две важные статьи Тьюринга описывают его статистическую теорию. Их можно получить прямо у
Национальный архив. Они были выпущены GCHQ только в апреле 2012 года. См. Эту новость.

См. Эту новостную статью о расширении теории Тьюринга с более технической веб-страницей и загружаемым pdf-файлом на тему «Почти хороший Тьюринг».

См. Страницу Стива Хосгуда о Banburismus для подробного описания всего процесса. Страницы Википедии, посвященные банбуризму и последовательному анализу, также объясняют эти методы.

На сайте Тони Сейла также есть последовательность страниц о Naval Enigma, подробно объясняющих, что сделал Алан Тьюринг и как работал Banburismus.

1 февраля 1942 года подводные лодки перешли на еще более сложную систему Enigma с четвертым винтом. Их связь стала практически неразрывной до декабря 1942 года, когда захваты и блестящие уловки позволили восстановить расшифровку кода.

Нет известных фотографий Алана Тьюринга во время войны. Это, сделанное незадолго до войны, — это , а не , как он обычно смотрел на Блетчли. Он был хиппи до своего времени, обходясь без галстуков и костюмов.

Оригинальные отчеты (ок. 1945 г.) о военно-морской загадке, написанные К. Х. О’Д. Александр и А. П. Махон

доступны в виде транскрипции на веб-сайте Грэма Эллсбери.

Чемпион по шахматам Хью Александр стал заместителем Тьюринга в Хижине № 8 и занял его место в ноябре 1942 года. Махон занял его место позже во время войны.

Расположение этих четырех роторов на военно-морских машинах Enigma имело решающее значение для войны и занимало умы Хижины 8 днем ​​и ночью.

Факты и вымыслы

Американский фильм « U-571, » основывался на материалах, захваченных в 1941 году, но выдумал их как американское достижение. Вы можете увидеть комментарий ВМС США по поводу этой беллетризованной версии здесь.

Роман-триллер Роберта Харриса Enigma был адаптирован Томом Стоппардом как фильм Enigma . На нем изображена военно-морская проблема Enigma в период 1943 года. История — выдумка, и в фильме не показано фактическое местонахождение Блетчли-парка.Фильм также снабжает вымышленного главного героя намеком на то, что он «действительно» сам Тьюринг. Смотрите мой обзор фильма.

Однако больше внимания было уделено представлению технической информации.
Подробные страницы Тони Сейла описывают, как он скрупулезно придумывал подходящие сообщения и методы Enigma для этого фильма.

Это не первая (и не последняя) художественная драма, изображающая роль Тьюринга в Блетчли-парке; Самым ранним из них был телевизионный фильм выдающегося писателя Иэна Макьюэна The Imitation Game (1980).

Конец начала

В конце 1942 года военный опыт Алана Тьюринга во многом изменил его.
Это дало ему опыт работы с цифровой электроникой . Это заставило его увлечься идеей «интеллектуальная машина». И это сделало его связным звеном на высшем уровне между Соединенным Королевством и Соединенными Штатами.
Все эти разработки должны были объединиться в послевоенном мире компьютеров, в центре которого стоял Алан Тьюринг.

Продолжайте до

следующей страницы Scrapbook.



Bombe

Enigma

BP

TNMOC

Взлом шифра Enigma

БОМБА — название электромеханической машины, разработанной во время Второй мировой войны.
Алан Тьюринг
и Гордон Велчман,
работая взломщиками кодов в
Блетчли-Парк.Он использовался, чтобы помочь раскрыть немецкую загадку
коды и был (частично) основан на так называемой БОМБА,
более ранняя машина
разработан польскими математиками в 1938 г. С 1943 г.
версия британской БОМБЫ была построена в США ВМС США и
— самостоятельно — армией США.

Поляки первыми взломали военный вариант Enigma в 1932 году.
На участке BS-4 Biuro Szyfrów (Польское бюро шифров),
молодой польский математик Мариан Реевский восстановил проводку
военная машина Enigma.Позже к нему присоединились еще два математика,
Хенрик Зыгальский и Ежи Рожики, которые участвовали в восстановлении ежедневных ключей Enigma.

Их успех был основан на чистом математическом анализе, которому помогали
информация от немецкого шпиона по имени Ханс-Тило Шмидт
(кодовое имя Asche) и коммерческий Enigma, перехваченный польской почтой.
Затем они купили
коммерческой Enigma и использовал
собрал информацию, чтобы преобразовать ее в военную.Эта переделанная машина широко известна как
Польская Enigma.

Начиная с 1930 года, немцы использовали очень простое управление ключами.
схема, в которой случайно выбранный ключ сообщения отправлялся дважды в
зашифрованная форма
в начале каждого сообщения.
Это позволило относительно легко восстановить ежедневный ключ ручными методами.

1 октября 1936 года немцы перестали использовать шесть Steckern
и начал использовать от пяти до восьми из них.Это победило ручные методы и поляки продумали
атака по каталогу , основанная на длине цикла перестановок индикатора.
Впоследствии Реевский разработал машину, чтобы помочь в строительстве
Каталог: Циклометр.

Каталог содержал длину и количество цикла для всех
17 576 позиций колес для любого возможного порядка колес.Как есть
было три колеса в то время, было шесть возможных заказов колес (3 x 2 x 1),
Всего в каталоге 105 456 статей.
Создание каталога заняло больше года, но когда он был готов,
это позволило восстановить ключ сообщения примерно за 15 минут.

1 ноября 1937 года немцы заменили существующий отражатель (UKW A).
для нового (UKW B), и полякам пришлось создать совершенно новый каталог,
что, вероятно, займет еще год.

Затем, 15 сентября 1938 года, немцы полностью изменили процедуру
для шифрования ключей сообщений, и метод каталога стал полностью
бесполезный. Это побудило поляков придумать новые решения, такие как
Zygalski Sheets и Bomba Kryptologiczna (криптологическая бомба),
часто сокращенно Bomba .

Бомба основана на принципе случайного трехбуквенного ключа сообщения.
отправляется дважды в начале каждого сообщения, и время от времени
конкретная буква открытого текста, дает ту же третью букву зашифрованного текста
позиции далее.

В качестве примера предположим, что это индикатор A W B T W Y.
Мы видим, что буква W встречается дважды во второй позиции.
Взломщики кодов в Блетчли-парке позже назовут такие случаи
женщин .
Поскольку обе группы букв (AWB и TWY) происходят от одного и того же
открытый текст (например, ZXS), мы знаем, что буква X зашифрована в W
дважды с интервалом в 3 шага. Это уникальное свойство, которое может только
происходят с ограниченным количеством настроек.

Согласно Реевскому, если будет найдено достаточно самок , Бомба сможет
можно использовать для восстановления текущих настроек Enigma менее чем за два часа.

Хотя все бомбы были уничтожены поляками в 1939 году,
незадолго до того, как немецкая армия вторглась в Польшу,
Реевский сделал набросок на основе своих воспоминаний много лет спустя.Этот набросок появился в книге Брайана Джонсона The Secret War в 1978 году [1].
Улучшенная версия этого скетча
появилось в отчете 1979 года, написанном самим Марианом Реевски [2].
Этот отчет предоставлен как приложение к книге Владислава Козачука.
W kręgu Enigmy [11]
и был переведен на английский язык в 1984 г. [12].

Изображение справа 1
показывает улучшенный эскиз, предоставленный Реевским в 1979 году.Красивую иллюстрацию выше сделали люди, стоящие за
CODEBREAKERS.EU
веб-сайт и основаны на эскизе Реевского. Это дает хорошую идею
о том, как могла выглядеть Бомба.

Поскольку в то время у немцев было три разных колеса Enigma,
необходимо было рассмотреть шесть возможных заказов колес.
Это было сделано путем параллельного запуска шести бомб .
Каждая Бомба имела 6 полных роторных наборов Enigma 2 наверху (1),
соединены попарно. Каждая пара использовалась для решения одного (из трех)
женщин .

Хотя точное действие Бомбы до сих пор неизвестно, многие пытались
объяснить его принцип, реконструируя теоретическую модель.
Правдоподобная попытка была предпринята Дэвидом Линком в Cryptologia в 2009 году [3].

Для восстановления Ringstellung конфигурация разъемной платы
(Steckerbrett) не нужно принимать во внимание, поскольку он не движется
при шифровании. Важно только то, что
одна и та же вводимая буква дает один и тот же результат дважды с интервалом в три шага.В [3] Ссылка
описывает простой метод решения Steckern после того, как порядок колес и
Ringstellung были восстановлены.

  1. Большое спасибо людям из CODEBREAKERS.ЕС
    за предоставление красивых произведений искусства [10].
  2. На изображении показан только один полный комплект ротора.
    кликните сюда
    чтобы увидеть машину со всеми шестью установленными роторами.

Британская бомба

1939

Бомба Тьюринга-Велчмана

На основании информации, представленной поляками, британский математик Алан Тьюринг
разработала машину, способную восстанавливать ключевые настройки, даже если
Немцы отказались бы от двойного шифрования ключа сообщения в начале
каждое сообщение.Машина получила название Bombe .
(позже: Turing-Welchman Bombe) и был построен британцами.
Компания по производству табулирующих машин (BTM) в Лечворте, Хартфордшир (Великобритания) под руководством
Гарольд (по прозвищу Док) Кин [4].

Название произошло от Bomba , аналогичной машины, разработанной поляками.
незадолго до начала Великой Отечественной войны. Бомба использовала тот факт, что
один и тот же индикатор сообщения отправлялся дважды в начале каждого сообщения,
главный недостаток немецких криптографических процедур.

Хотя концепция Bomba была известна
Блетчли Парк,
Тьюринг придерживался другого подхода.
Когда немцы обнаружили слабость, они отказались от двойного
шифрование индикатора сообщения в большинстве радиосетей
1 мая 1940 г. 1 , что сделало Bomba бесполезным [9].

Тьюринг спроектировал британскую бомбу Bombe в 1939 году.По сравнению с польским
Bomba , здесь использовался совершенно другой подход. Это было основано на
предположение, что известный (или угаданный) открытый текст, так называемая детская кроватка ,
присутствует в определенной позиции в сообщении.
Бомбы были построены Британской табулирующей компанией (BTM, позже: ICL).
в Лечворте (Великобритания) под руководством Гарольда «Док» Кина [1].
Первая машина, получившая название Victory, была доставлена ​​в Блетчли-парк 18 августа.
Март 1940 г.

Вскоре после этого Bombe была улучшена за счет добавления так называемого
диагональная доска — изобретение товарища по взлому кодов Гордона Велчмана —
что значительно сократило количество шагов, необходимых для взлома кода.Вторая бомба с диагональной доской Велчмана,
был установлен 8 августа 1940 года.
Он был назван «Агнус Деи», позже сокращен до «Агнес» или «Агги».
Первая машина (Victory) позже была модифицирована и с диагональной доской.

За время войны было построено более 200 бомб Тьюринга-Велчмана.
Чтобы избежать риска их потери в случае взрыва бомбы,
они были разбросаны между Блетчли-парком
и так называемые Outstations в Уэйвендоне, Адстоке, Гейхерсте,
Исткот и Стэнмор, где они эксплуатировались WRNS,
РАФ-техники
и гражданский персонал [3].

  1. Не для желтого трафика, так как 1 мая 1940 года произошла битва.
    происходит в Норвегии. В Желтой сети введена новая процедура
    15 мая 1940 г. [9].
    Кроме того, ВМС Германии продолжали использовать
    дважды зашифрованные ключи сообщений на 6 шифров Enigma
    до середины 1944 г. [13].

Как и немецкий Вермахт (армия) и Люфтваффе (ВВС),
Kriegsmarine (Navy) использовала трехколесную машину Enigma с
Steckerbrett (вставная плата).В ВМФ назвали его M3 .
Однако, в отличие от Вермахта и Люфтваффе, ВМС использовали дополнительные
кодовые книги для сокращения своих сообщений. Чем короче их
радиовещания, тем меньше риск пеленгования.

Потому что адмирал Карл Дёниц, глава подразделения подводных лодок немецкой
У ВМФ были сомнения, были введены три дополнительных колеса (VI, VII и VIII),
исключительно для Кригсмарине. Но это было не все, что он изменил.
2 февраля 1942 года совершенно неожиданно германский флот представил
Enigma M4, четырехколесная машина, эксклюзивно
для связи с подводной лодкой.В то же время они изменили свои кодовые книги, оставив взломщики кодов
в Блетчли-парке в темноте.

У Enigma M4 был дополнительный ротор, который назывался Zusatzwalze (дополнительное колесо),
вставлен между 3-м колесом и Umkehrwalze (отражатель).
Поскольку Bombe был построен специально для преодоления дорожного движения трехколесной Enigma,
он не подходил для атаки новой машины M4.

По всей видимости, Дёниц сумел победить логистический кошмар
замена всех имеющихся М3
машины новым M4.Но поскольку код был изменен в одночасье, а остальная часть
Военно-морской флот все еще использовал трехколесную машину, Тьюринг полагал, что машины
были как-то совместимы.

Оказался прав. Когда 4-е колесо было установлено в положение «А», машина
вел бы себя как старый М3.Это было сделано, например, при общении
с Морской метеорологической службой. Кроме того, 4-е колесо никогда не двигалось во время
шифрования, что делает его эффективным средством выбора между 26 различными
отражатели (UKW). Вскоре Тьюрингу удалось полностью восстановить
проводка дополнительного колеса, но отчаянно нуждался в новых кодовых книгах
чтобы прочитать движение подводных лодок.

В случае, если это заняло до 30 октября 1942 г. — почти 9 месяцев после
введение M4 2 февраля 1942 года — до того, как были захвачены новые кодовые книги.Тем временем некоторые из существующих трехколесных бомб были адаптированы.
для атаки на движение 4-колесной Enigma, и приказы были отданы Доку Кину в
BTM для разработки усовершенствованной бомбы, которая могла бы управлять 4-м колесом.

➤ Подробнее о британской бомбе (за пределами сайта)

Американская бомба

1943

Хотя британская 4-колесная бомба работала, как и ожидалось, она столкнулась с множеством проблем.На этом этапе войны в Великобритании не хватало почти всего.
В результате BTM не смогла поставить достаточно машин вовремя, и
поставленные машины часто имели проблемы с контактом.

С момента своего участия в войне в 1942 году американцы настаивали на том, чтобы
британцам поделиться своими знаниями о Бомбе и позволить им скопировать
его дизайн. Наконец, в конце 1942 года, когда британская 4-колесная бомба столкнулась с
производственные проблемы и ежедневные потери в битве за Атлантику
накапливались, британцы уступили и позволили США построить свою собственную бомбу.

Американская бомба была построена Национальной кассовой службой (NCR).
в Дейтоне (штат Огайо, США), где он был разработан Джо Дешом.
Первоначально ВМС США хотели, чтобы он разработал полностью электронный
машина, но Деш обнаружил, что это невозможно,
поскольку это потребует машины
иметь более 70 000 термоэмиссионных клапанов (вакуумных трубок).

К концу 1942 года Деш предложил менее элегантный, но более
реалистичный подход: электромеханическая машина — похожа на
UK Bombe — но гораздо быстрее и надежнее.ВМС США сразу одобрили проект.

Desch приступил к созданию машины и получил первые прототипы
работает к середине 1943 года.
Хотя первоначальная конструкция столкнулась с проблемами надежности,
ему удалось его значительно улучшить. В конце концов,
Американская бомба оказалась очень надежной, быстрой и эффективной.К декабрю 1943 года было смонтировано 120 машин. До конца войны
США удалось взломать большую часть немецкой военно-морской загадки.
трафик и, в частности, сообщения ужасных немецких подводных лодок.

После войны стало ясно, что американская бомба помогла спасти
тысячи человеческих жизней. К сожалению, однако, он разрушил
Джо Деш — его создатель — который пострадал
нервный срыв, от которого он так и не оправился.Его дочь — Дебора Андерсон — создала
сайт
чтить работу своего отца и его коллег в
Военно-морское отделение NCR [4].

После войны все американские бомбы были уничтожены, за исключением одной единицы, которая
с тех пор стал постоянной выставкой в ​​Национальном криптологическом музее (NCM).
в Форт-Мид (Мэриленд, США) [5].

Ни одно из зданий на бывшей территории НКР в Дейтоне (Огайо, США) не сохранилось.Они были сняты незадолго до того, как NCR переместила свой головной офис в Атланту в 2009 году.
Все это напоминает нам о секретной работе, которая велась в
Здание 26, созданное Джо Дешом и его командой, является частью многопроводной сети.
телефонный кабель, показанный выше. Его восстановили с места сноса на
25 мая 2008 года Томом Перерой и использовался во время войны для перевозки
конфиденциальные разговоры о конструкции и производстве американской бомбы,
между комнатами секретной секции ВМФ [14].

➤ Подробнее о взломщиках кодов Dayton (за пределами сайта)

Восстановление британской бомбы

2007

В Великобритании все британские бомбы были уничтожены или разобраны по окончании войны.Насколько нам известно, не сохранилось ни одной машины.
Это побудило группу энтузиастов во главе с Джоном Харпером начать
проект реконструкции в середине 1990-х годов.
Целью проекта было воссоздать полностью функциональную копию
военного времени бомбардировочная машина, завершенная в 2007 году [2].

Готовая машина долгие годы выставлялась на всеобщее обозрение на выставке
Музей Блетчли-Парк как часть постоянного
выставка в B-Block, но была перенесена в 2018 году в
Национальный музей вычислительной техники (TNMOC)
который также расположен в Блетчли-парке.Он демонстрируется на регулярной основе и может нарушить настоящие сообщения военного времени.

Изображение справа было снято
Воссоединение Enigma (2009)
в Блетчли-парке, где Бомба была продемонстрирована Джоном Харпером.
Для получения дополнительной информации посетите специальный веб-сайт Джона Харпера.
проекта восстановления Боме
[2].

Обратите внимание, что существуют разные версии Bombe.Более того,
для конкретных
задачи и эксперименты. Версия, реконструированная Bombe Rebuild
team — это более поздняя 3-колесная версия 36-Enigma с высокоскоростным двигателем типа Siemens.
реле смысла. За время войны было построено 69 таких машин.
Это показано на видео ниже.

На этом видео показана реконструированная Бомба в действии.Это было
сделано во время воссоединения Enigma в Блетчли-парке в 2009 году, когда проект
менеджер Джон Харпер проводил живые демонстрации. Некоторые из движущихся
детали внутри бомбы хорошо видны. На видео также показан
Проверочная машина и британская шифровальная машина Typex
который был преобразован в машину Enigma.

Иногда думают, что Enigma была взломана с помощью
Колосс,
первая вентильная электронно-цифровая вычислительная машина,
который был разработан в Блетчли-парке во время Второй мировой войны.Об этом даже говорится в некоторых книгах и документальных фильмах.

Однако это утверждение неверно, так как
Колосса использовали, чтобы сломать
гораздо более совершенная шифровальная машина Lorenz SZ-40/42,
это использовалось ОКВ, верховным командованием Гитлера.

➤ Подробнее о Колосс

Бомба


Польская довоенная машина для взлома сообщений, зашифрованных с помощью Enigma.

Бомба


Британская, а позже и американская машина времен Второй мировой войны для взлома зашифрованных с помощью Enigma
Сообщения.

Б.П.

Блетчли Парк

Центр взлома кодов Соединенного Королевства во время Второй мировой войны.
➤ Подробнее

BTM

Британская компания по производству табуляторов

Британский производитель бухгалтерских машин.Во время Второй мировой войны также
производитель британских машин для взлома кода Turing-Welchman Bombe.
➤ Википедия

NCR

Национальные кассовые аппараты

Американский производитель кассовых аппаратов. Во время Великой Отечественной войны также разработчик
и производитель машины для взлома кода Bombe для ВМС США.
➤ Википедия

РАФ

Королевские военно-воздушные силы

Военно-воздушные силы Соединенного Королевства.➤ Википедия
➤ Домашняя страница

TNMOC Национальный музей вычислительной техники

Британский музей истории вычислительной техники, расположенный там же
помещения как музей Блетчли-парка.
Также здесь обитает Колосс времен Второй мировой войны.
и Bombe машин для взлома кода.
➤ Подробнее

WRNS

Женская служба Королевского флота

Женское отделение Королевского флота Соединенного Королевства.➤ Википедия

  1. Брайан Джонсон, Тайная война
    1978, BBC.
  2. Мариан Реевский,
    Математические основы решений немецких шифровальных машин Enigma (на польском языке)
    Отчет Реевского за 1979 год.
  3. Дэвид Линк, Воскрешая бомба Kryptologiczna: археология алгоритмических артефактов, I
    Cryptologia, том 33, выпуск 2, апрель 2009 г., стр.166-182.
    ISSN: 0161-1194
  4. Джон Кин, Гарольд (Док) Кин
    ISBN: 0-947712-42-9
  5. John Harper, The Bombe Rebuild Project
    Веб-сайт, показывающий ход и различные этапы проекта.
  6. Milton Keynes Heritage Association, Outstations from the Park
    Проверено в ноябре 2012 г.
  7. Dayton Codebreakers, Криптоаналитическая бомба ВМС США
    Веб-сайт Деборы Андерсон.
  8. Национальный криптологический музей (NCM)
    Базируется в Форт-Мид (США) рядом со зданием АНБ.
  9. Ральф Эрскин и Гилберт Блох, Отказ от двойного шифрования
    Cryptologia 10 (3), 1986, стр. 134-141.
  10. Международная криптологическая игра, Художественные изображения Бомбы и циклометра
    Веб-сайт CODEBREAKERS.EU. Поступило в июне 2016 г.
  11. Владислав Козачук, W kręgu Enigmy
    1979.
    ➤ Переведено на английский язык в 1984 г. [12].

  12. Владислав Козачук, Загадка: как был взломан немецкий машинный шифр,
    и как он был прочитан союзниками во Второй мировой войне. 1
    Перевод из [11] под редакцией Кристофера Каспарека.
    30 июня 1984 г. ISBN 978-0-31327-007-9 (первое издание).
    Издание для США: ISBN 978-0-89093-547-7 (2-е издание).
  13. Ральф Эрскин и Филипс Маркс, Военно-морская загадка:
    Морской конек и другие грубые ошибки шифра Кригсмарине
    Cryptologia 28 (3), 2004, стр. 211-241.
  14. Tom Perera, Кусок оригинального многожильного телефонного кабеля NCR — СПАСИБО!
    Восстановлено с места сноса. С сертификатом.
    Дейтон, Огайо, США. 25 мая 2008 г.

  1. Не путайте с Enigma — Как поляки нарушили нацистские коды ,
    которая по сути является подмножеством книги 1984 года, в которой Реевский
    материалы были заменены (менее важными) материалами другими.

Все ссылки, показанные красным, в настоящее время недоступны.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *