De ce oare nimeni din cei ce au cunoscut tainele acestui domeniu nu l-a mai prsit? n loc de introducere

A scrie un proiect despre CRIPTOLOGIE pare, pentru cei ce cunosc domeniul, o ncercare hazardat, datorit att complexitii cunotinelor pe care acesta le reclam, vastitii sale istorice si spaiale (n toat lumea exist asfel de preocupri), ct i, mai ales, problematicii (de la simpla disimulare a nelesului unui cuvnt pn la metodele moderne de protecie criptografic a depozitelor i sistemelor de procesare a informaiilor. Cu ce s incepi i la ce s te rezumi? Cum s organizezi materialul? Pentru cine s scrii: pentru specialiti, sau pentru publicul larg? S ncalci marele consemn al tcerii celor ce au trudit aici, s dezvluie cuceriri, fapte, mtmplri, mpliniri i nempliniri, oameni i biografii, tehnici i proceduri sau s faci doar aprecieri despre ? Senzaia este asemntoare cu cea pe care o trieti cnd ptrunzi ntrun osuar sau intr-un templu. Nu tii dac ai voie doar s te miti, s priveti sau poi s i iscodeti , nu tii dac ai voie s ntrebi sau s descoi, nu ti dac, mai ales, poi comenta, poi emite judeci! tii doar c ai datoria s nelegi jertfa celor prezeni cu fapta i cu duhul i s ncerci s pui i tu ceva acolo unde ei au pus totul. Nu! Prin aceste gnduri nu am vrut s impresionm, nu am dorit s facem obinuita reclam comercial pentru proiectul de fa, ci doar s v dezvluim ce am simit cnd am scris aceast enigm a enigmelor Colonel ing. TNASE MIHAI Colonel ing. GHEORGHE ILIE Maior MIRCEA ANDRAIU

Masina de criptat ENIGMA1din31

Maina Enigma este numele unei familii de maini electromecanice criptografice cu rotoare utilizate pentru a genera cifruri pentru criptarea i decriptarea de mesaje secrete. Enigma a fost folosit comercial de la nceputul anilor 1920, fiind adoptat i de armatele i serviciile guvernamentale ale mai multor ricel mai celebru caz fiind cel al Germaniei naziste nainte de i n timpul celui de-al doilea rzboi mondial.1 Au fost produse, de-a lungul timpului, o varietate de modele diferite de Enigma, dar modelul armatei germane, Wehrmacht Enigma, este versiunea cel mai adesea studiat.

O masina militara Germana Enigma. De jos in sus: tabela de prize, tastatura, lampile si rotile ce ies din interior si se rotesc manual. Maina a cptat notorietate deoarece criptologii aliailor au reuit s decripteze un mare numr de mesaje care fuseser cifrate cu aceast main. Decriptarea a devenit posibil n 1932 datorit criptografilor polonezi Marian Rejewski, Jerzy Rycki i Henryk Zygalski de la Biroul de Cifruri. La jumtatea lui 1939, metodele de reconstrucie i descifrare au fost prezentate de Polonia Regatului Unit i Franei. Informaiile obinute din aceast surs, denumite Ultra, au reprezentat un ajutor semnificativ pentru efortul de rzboi al Aliailor. Influena exact a Ultra nu este tiut cu exactitate, dar o evaluare des1

Hakim, Joy(1995)(n englez). A History of Us: War, Peace and all that Jazz. New York: Oxford University Press.

2din31

ntlnit este cea c sfritul rzboiului din Europa a venit cu doi ani mai devreme datorit decriptrii cifrurilor germane.[2][3] Dei cifrurile Enigma au slbiciuni criptografice, n practic, doar n combinaie cu ali factori semnificativi (greeli de operare, defecte procedurale, o main sau un caiet de coduri capturate ocazional) criptografii Aliailor au reuit s descifreze mesajele.[4] Maina este dotat cu o tastatur prin care se introduce textul clar simbol cu simbol, iar la captul cellalt (imprimant sau tablu cu becuri) rezult simbolurile criptate. Acestea sunt calculate n funcie de starea rotoarelor (care se actualizeaz cu fiecare tast apsat), rotoare care controleaz traseele circuitelor electrice de la intrare la ieire. Versiunile iniiale au fost simple, dar n mod constant s-au adugat complicaii la mecanism, pentru creterea securitii cifrului, cum ar fi creterea numrului de rotoare i adugarea unui tablou de prize prin care se puteau substitui suplimentar perechi de simboluri. Se mai pstreaz nc maini Enigma funcionale, n muzee, unele chiar n stare de funcionare, iar valoarea lor n licitaii este de ordinul zecilor de mii de dolari. Rolul istoric al acestor maini i al criptanalizei lor a fost reflectat n unele lucrri artistice, mai ales n Polonia, ar care a avut o contribuie semnificativ la descifrarea mesajelor Enigma. Desi cifrul Enigma are slabiciuni criptografice, practic nu asta a dus la spargerea codului ci alte intamplari "nefericite" ci capturarea de masini si caiete cu coduri, greseli ale operatorilor sau greseli procedurale.

Descriere

2 3

Kahn(1991) Miller, A. Ray (2001). The Cryptographic Mathematics of Enigma. National Security Agency. 4 Kahn(1991), Hinsley i Stripp (1993).

3din31

Encriptarea Enigma pentru doua litere consecutive- trece curent prin setul de rotoare prin reflector, si inapoi prin rotoare. Litera A se encripteaza diferit la doua apasari de taste diferite, mai intai in G si mai apoi in C. Asta este pentru ca rotorul din dreapta s-a miscat trimitand un semnal pe o cale complet diferita. Ca si alte masini cu rotoare, Enigma este o combinatie de sisteme mecanice si electrice. Mecanismul mecanic consta intr-o tastatura, un set de discuri rotative numite rotoare si un mecanism de deplasare care ajuta la miscarea unuia sau a mai multe discuri atunci cand o tasta este apasata. Exista mai multe tipuri de mecanisme, dar cel mai comun este cel pentru care rotorul de mana dreapta se misca pentru fiecare apasare de tasta si ocazional miscarea rotoarelor vecine este provocata. Miscarea continua a rotoarelor duce la o transformare criptografica diferita la fiecare apasare de tasta. Partile mecanice se comporta in asa fel incat sa se formeze un circuit electric diferit- encriptarea propriu-zisa a unui caracter este facuta electronic. Cand o tasta este apasata, circuitul se completeaza; curent electric circula prin componente si in final lumineaza una din lampi, indicand litera de iesire. De exemplu, cand se incepe criptarea unui mesaj operatorul va putea apasa intai tasta A si lampa Z s-ar putea aprinde, devenind prima litera din mesajul criptat. Criptarea va continua in acelasi fel.4din31

Diagrama completa a rotirii este aratata in diagrama de mai sus unde fluxul electric cand se apasa tasta A aprinde lampa D.

Curentul electric porneste de la o sursa printr-un intrerupator bidirectional controlat de tasta eliberata. Tabela de prize faciliteaza conexiunea intre tastatura si "roata de intrare" fixata putand fi usor refacuta de catre un alt operator. Din tabela de intreruperi curentul electric trece in "roata de intreare" fixata. De aici in ansamblul de rotoare, unde structura complexa a fiecarui rotor duce la circularea foarte schimbatoare a curentului electric de la un rotor la urmatorul. Dupa strabaterea tuturor rotoarelor, circuitul continua prin "reflector", care respinge semnalul din nou prin rotoare si "roata de intrare"- pe alta cale de aceasta data- si trece prin prize si prin intrerupatorul bidirectional a literei tinta si aprinde lampa potrivita.

Rotoarele

5din31

Un rotor Enigma Rotoarele (numite i roi sau tamburiWalzen n german) formeaz inima unei maini Enigma. De aproximativ 10 cm n diametru, fiecare rotor este un disc din cauciuc tare sau din bachelit cu o serie de ace de bronz cu arc pe o parte aranjate n cerc; pe cealalt parte sunt un numr corespunztor de contacte electrice circulare. Acele i contactele reprezint alfabetulde regul cele 26 de litere AZ. Cnd sunt plasate unul lng altul, acele unui rotor se sprijin pe contactele rotorului vecin, formnd o conexiune electric. nuntrul unui rotor, un set de 26 de fire conecteaz fiecare ac de pe o parte cu un contact din partea cealalt ntr-un ablon complex. Cablajele difer pentru fiecare tablou. Individual, un rotor efectueaz doar un tip foarte simplu de criptareun cifru cu substituie simplu. De exemplu, acul corespunztor literei E ar putea fi cablat cu contactul pentru litera T de pe partea opus. Complexitatea provine de la utilizarea mai multor rotoare n seriede regul trei sau patrui de micarea regulat a rotoarelor; aceasta furnizeaz un tip de criptare mult mai puternic. n cadrul unei maini, un rotor poate fi setat pe una din 26 de poziii. Aceasta se poate face manual cu ajutorul unui poteniometru, aa cum se arat n figura 2. Ca operatorul s cunoasc poziia, fiecare rotor are un inel alfabetic ataat pe exteriorul discului, cu 26 de litere sau numere; una dintre acestea se vede printro fereastr, indicnd operatorului poziia rotorului. La primele modele Enigma, inelul alfabetic era fix; o complicaie introdus n versiunile ulterioare o reprezint facilitatea de a ajusta inelul alfabetic relativ la cablarea din centru. Poziia inelului este cunoscut sub denumirea de Ringstellung (setarea inelului).

6din31

Trei rotoare in interiorul Enigmei Versiune expandata a unui rotor din Enigma 1. inel crestat 2. punct marcant pentru contactul A 3. inelul cu alfabetul (fabricat din cauciuc) 4. contacte 5. conexiuni 6. pin contacts 7. parghie ajustabila, declansata de un arc 8. butuc 9. roata actionata manual 10. roata zimtata

Trei rotoare Enigma si axul pe care sunt fixate

Rotoarele conin fiecare unul sau mai multe marcaje, utilizate pentru a controla succesiunea de stri ale rotoarelor. n versiunile militare, marcajele se afl pe inelul alfabetic. Enigma Armatei i a Forelor Aeriene erau echipate cu cteva rotoare; la nceput au fost doar trei. la 15 decembrie 1938 numrul a crescut la cinci, dintre care trei erau alese pentru introducerea n main. Acestea erau marcate cu cifre7din31

romane: I, II, III, IV i V, fiecare cu cte un singur marcaj aflat n diferite puncte ale inelului alfabetic. Intenia a fost ca aceasta s fie o msur de securitate, dar n cele din urm s-a dovedit a fi o slbiciune ce a permis atacurile ceasului (efectuat de polonezi) i Banburismus (al britanicilor). Versiunea naval a mainii Enigma utilizat de Wehrmacht a avut mereu mai multe rotoare dect celelalte servicii: la nceput, ase, apoi apte i n cele din urm opt. Rotoarele suplimentare, numerotate VI, VII i VIII, aveau toate cablaje diferite, i dou marcaje tiate n ele la N i A, avnd ca rezultat o modificare mai frecvent. Maina Enigma cu patru rotoare (M4) a Marinei Germane avea un rotor n plus ntr-un volum egal cu cel din versiunea cu trei rotoare. Aceasta s-a realizat prin nlocuirea reflectorului original cu unul mai subire i adugarea unui al patrulea rotor special. Al patrulea rotor poate fi unul din dou tipuri, Beta sau Gamma, i nu i schimb niciodat starea, putnd fi pus manual n oricare din cele 26 de poziii.

Schimbarea de stare Pentru a evita implementarea doar a unui simplu (i slab) cifru cu substituie, unele rotoare se roteau la apsrile consecutive ale unei taste. Aceasta asigura c substituia criptografic va fi diferit la fiecare simbol, avnd ca rezultat o cifru cu substituie polialfabetic.8din31

Cel mai adesea, acest scop este ndeplinit cu ajutorul unui clichet. Fiecare rotor are o roat dinat cu 26 de dini; un grup de opritoare sprijin aceti dini. Acestea avansau la unison cu fiecare apsare de tast. Dac un opritor ajunge la un dinte al roii, acel rotor i schimb starea. n Enigma Wehrmacht, fiecare rotor avea un inel ajustabil. Cele cinci rotoare elementare (IV) aveau fiecare cte un marcaj, iar cele ale mainii navale VI, VII i VIII aveau cte dou. La un anumit moment, marcajul unui rotor ajunge s fie aliniat cu opritorul, permindu-i s acioneze clichetul urmtorului rotor la urmtoarea apsare de tast. Cnd un opritor nu este aliniat cu marcajul, el doar alunec puin pe suprafaa inelului fr a aciona roata dinat. ntr-un sistem de rotoare cu un singur marcaj, al doilea rotor avanseaz cu o poziie la fiecare 26 de avansuri ale primului rotor. Analog, al treilea rotor avanseaz cu o poziie la fiecare 26 de avansuri ale celui de-al doilea rotor. Al doilea rotor avanseaz i el mpreun cu al treilea, ceea ce nseamn c al doilea rotor poate face doi pai la apsarea de tastepasul dubluavnd ca rezultat o reducere a perioadei.[5]

Schimbarea strilor mainii Enigma

Acest pas dublu cauzeaz devierea rotoarelor de comportamentul unui odometru obinuit. Un pas dublu are loc dup cum urmeaz: primul rotor avanseaz, i mpinge al doilea rotor un pas mai departe. Dac al doilea rotor se mic la acest pas n poziia marcajului su, al treilea clichet cade. La pasul urmtor, acest clichet mpinge roata dinat a celui de-al treilea rotor, trecnd n marcajul celui de-al doilea rotor, micndu-l i pe acesta a doua oar consecutiv.9din31

Cu trei roi i un singur marcaj n prima i a doua roat, maina are o perioad de 26 25 26 = 16.900 (n loc de 26 26 26, din cauza pasului dublu al celui de-al doilea rotor.[5]) Istoric, dimensiunea mesajelor era limitat la numere de ordinul sutelor de litere, astfel existnd un risc redus de repetare a unei poziii n cadrul unui singur mesaj. Pentru a face loc pentru rotorul numrul patru, Beta respectiv Gamma, introduse n 1942, reflectorul a fost schimbat, fcndu-l mai subire i al patrulea rotor special, i el mai subire, a fost pus lng el. n restul mecanismului, nu s-a produs nicio schimbare. Deoarece existau doar trei clichete, al patrulea rotor nu avansa niciodat, dar putea fi pus manual ntr-una din cele 26 de poziii. La apsarea unei taste, rotoarele avansau nainte de conectarea circuitului electric.

Roata de intrare

5

David Hamer, Enigma: Actions Involved in the Double-Stepping of the Middle Rotor , Cryptologia, 21(1), ianuarie 1997, pag 47-50

10din31

Ansamblul de rotoare din Enigma. Cele trei rotoare mobile sunt prinse intre doua roti fixe: roata de intrare in dreapta si reflectorul in stanga.

Roata de intrare (n german Eintrittswalze), sau statorul de intrare, conecteaz tabloul de prize, sau, dac acesta nu exist, tastatura i tabloul de tabloul de lmpi, cu ansamblul rotoarelor. Dei cablarea exact utilizat este de importan redus pentru nivelul de securitate, s-a dovedit totui a fi un obstacol pentru criptanalistul polonez Marian Rejewski n ncercarea sa de a deduce cablajul rotoarelor. Maina Enigma comercial conecteaz tastele n ordinea secvenei lor pe tastatur: Q A, W B, E C i aa mai departe. ns maina Enigma militar le conecteaz n ordine alfabetic direct: A A, B B, C C etc. A fost nevoie de o bnuial foarte inspirat a lui Rejewski pentru a descoperi modificarea, iar dup aceasta, el a reuit s rezolve i mai inspiratele sale ecuaii.

Reflectorul

11din31

Cu excepia primelor modele A i B, ultimul rotor se afla nainte de un reflector (n german Umkehrwalze, adic roat de inversare), o pies patentat, care deosebea familia de maini Enigma de diferitele maini cu rotor proiectate n acea perioad. Reflectorul conecteaz ieirile ultimelor rotoare n perechi, redirecionnd curentul electric napoi prin rotoare pe un canal diferit. Reflectorul asigur c transformarea operat de Enigma este propria sa invers: astfel, criptarea i decriptarea sunt aceeai operaie i este efectuat de acelai mecanism. Dar reflectorul i-a dat mainii Enigma i proprietatea c nicio liter nu era vreodat transformat n ea nsi. Aceasta a reprezentat un defect conceptual grav i o greeal criptografic exploatat ulterior de criptanaliti. n modelul C, reflectorul putea fi inserat ntr-una din dou poziii diferite. n modelul D, reflectorul putea fi setat n 26 de poziii posibile, dei nu se putea mica n timpul criptrii. n Enigma Abwehr, reflectorul i schimba starea n timpul criptrii, ca i celelalte roi. n maina Enigma a armatei germane i a forelor aeriene, reflectorul era fix i nu se rotea; au existat patru versiuni. Cea original denumit A a fost nlocuit de Umkehrwalze B la 1 noiembrie 1937. O a treia versiune, Umkehrwalze C a fost utilizat pentru scurt timp n 1940, probabil din greeal, i a fost spart de Hut 6.[6] Cea de-a patra versiune, observat prima oar la 2 ianuarie 1944 avea un reflector recablabil, numit Umkehrwalze D, care permitea operatorului mainii Enigma s includ modificarea conexiunilor ca parte din cheie.

Tabela de prize

6

Philip Marks, Umkerhrwalze D.: Enigmas Rewieable Reflector Part I, Cryptologia 25(2), April 2001, pag 101 - 141

12din31

Tabela de prize (Steckerbrett), aici fara cabluri conectate, este amplasata in partea frontala a masinii, sub tastatura. In timpul utilizarii se pot face pana la 13 conexiuni pe tabela. Tabloul de prize (n german Steckerbrett) permitea o cablare variabil ce putea fi reconfigurat de operator (dup cum se vede pe panoul frontal al figurii 1; unele din cablurile de conectare se vd n capac). A fost introdus n versiunea armatei germane n 1930 i a fost adoptat i de Marin curnd dup aceea. Tabloul de prize contribuia semnificativ la puterea criptrii mainii, mai mult dect ar fi fcut-o un rotor suplimentar. Enigma fr tablou de prize poate fi rezolvat relativ uor folosind metode manuale; aceste tehnici sunt ns nvinse prin adugarea tabloului, iar criptanalitii Aliailor au recurs la maini speciale pentru a rezolva problema. Un cablu pus pe panoul de prize conecteaz o pereche de litere ntre ele, de exemplu, E i Q ar putea fi o pereche conectat. Efectul conexiunii era interschimbarea celor dou litere nainte i dup unitatea criptografic principal, cu rotoare. De exemplu, cnd un operator apas E, semnalul este deviat spre Q nainte de a intra n rotoare. Un numr de pn la 13 astfel de perechi puteau fi folosite simultan. Curentul trecea dinspre tastatur spre tabloul de prize i mai departe spre rotorul de intrare (Eintrittswalze). Fiecare liter de pe tabloul de prize are dou intrri. Introducerea unei mufe deconecta intrrile superioar (dinspre tastatur) i cea inferioar (spre rotorul de intrare) ale acelei litere. Mufa de la cellalt capt al cablului era introdus n intrarea altei litere, schimbnd conexiunile ntre ele. Accesorii

13din31

"Schreibmax" era o unitate de listat care era atasata Enigmei, salvandu-se literele ce se aprindeau pe tabela cu lampi.

Un accesoriu utilizat de Enigma M4 a fost Schreibmax, o mic imprimant care tiprea cele 26 de litere pe o mic band de hrtie. Aceasta a eliminat necesitatea ca un al doilea operator s citeasc lmpile i s noteze literele textului cifrat. Schreibmax era pus peste maina Enigma i era conectat la panoul de lmpi. Pentru a instala imprimanta, carcasa lmpilor i toate becurile trebuiau demontate. n pofida acestui inconventient, ea putea mbunti securitatea operaional; imprimanta putea fi instalat la distan astfel nct ofierul care opera maina nu mai trebuia s vad informaia decriptat (textul clar). Un alt accesoriu al mainii era panoul de lmpi la distan. Dac maina era echipat cu un panou suplimentar, carcasa de lemn era mai mare pentru a-l putea conine. Exista o versiune de panou de lmpi ce putea fi conectat dup aceea, dar care necesita, ca i Schreibmax, ca panoul de lmpi i becurile s fie scoase. Panoul de la distan fcea posibil ca o persoan s citeasc textul decriptat fr ca operatorul s-l citeasc.

14din31

Ataamentul Uhr n 1944, Luftwaffe a introdus un comutator suplimentar pe tabloul de prize, comutator numit Uhr (ceas). Era o cutie mic ce coninea un comutator cu 40 de poziii. El nlocuia prizele iniiale. Dup conectarea prizelor, aa cum se arta n foaia zilnic de chei, operatorul punea comutatorul ntr-una din cele 40 de poziii, fiecare producnd o alt combinaie de cablaje. Majoritatea acestor conexiuni nu erau pe perechi. ntr-o singur poziie a comutatorului, Uhr nu fcea dect s emuleze 9 conexiuni realizate pe panoul de prize.

Descriere matematica15din31

Transformarea Enigma pentru fiecare liter poate fi specificat matematic ca un produs de permutri. Presupunnd o main Enigma a armatei germane sau a forelor aeriene, fie P transformarea tabloului de prize, U cea dat de reflector, i L,M,R respectiv cele date de cele trei rotoare. Atunci criptarea E poate fi exprimat ca: E = PRMLUL 1M 1R 1P 1. La fiecare apsare de tast, rotoarele se modific, schimbnd transformarea. De exemplu, dac rotorul din dreapta R este rotit cu i poziii, transformarea devine iR i, unde este permutarea ciclicce transform A n B, B n C, i aa mai departe. Analog, rotoarele stng i central pot fi reprezentate ca rotaiile de j i k ale lui M i L. Transformarea de criptare poate fi descris ca: E = P(iR i)(jM j)(kL k)U(kL 1 k)(jM 1 j)(iR 1 i)P 1.

Proceduri de folosire a Enigmei

16din31

In timp ce era folosita Enigma avea nevoie de o lista de setari zilnice a tastelor si de un numar de documente auxiliare. Procedurile marinei germane au fost cele mai elaborate. Caietele de coduri ale marinei erau scriese cu rosu, cu cerneala solubila, erau deci usor de distrus daca erau capturate. caietul de sus a fost luat dintr-un submarin capturat(U-505). n armata german, comunicaiile erau mprite ntr-un numr de reele diferite, toate cu setri diferite pentru mainile lor Enigma. Aceste reele de comunicaii erau numite la Bletchley Park chei, i aveau asignate cte un nume de cod, cum ar fi Red (Rou), Chaffinch (Cinteza) i Shark (Rechinul). Fiecare unitate care opera pe o reea primea o list de setri pentru mainile Enigma, valabil o perioad de timp. Pentru ca un mesaj s fie corect criptat i decriptat, att transmitorul ct i receptorul trebuiau s-i seteze maina Enigma n acelai fel; selecia i ordinea rotoarelor, poziia de pornire i conexiunile de pe tabloul de prize trebuia s fie identice. Toate aceste setri (care mpreun formau, n termeni moderni, cheia) trebuia s fi fost stabilite anterior, i erau distribuite n cri de coduri. Starea iniial a unei maini Enigma avea cteva aspecte: Ordinea roilor (Walzenlage)alegerea rotoarelor i ordinea n care sunt ele montate. Poziia iniial a rotoareloraleas de operator, diferit de la mesaj la mesaj. Setrile inelelor (Ringstellung)poziia inelelor alfabetice relativ la cablarea rotoarelor.

17din31

Setrile prizelor (Steckerverbindungen)conexiunile prizelor de pe tablou. n versiunile cele mai recente, cablarea reflectorului reconfigurabil.

Enigma a fost proiectat s fie sigur chiar i dac este cunoscut cablarea rotoarelor de ctre adversar, dei n practic s-au depus eforturi considerabile pentru a o pstra i pe aceasta secret. Dac cablarea e secret, numrul total de configuraii posibile a fost calculat a fi de ordinul a 10114 (aproximativ 380 bii); cnd cablajul este cunoscut i cu alte constrngeri operaionale, dimensiunea spaiului este redus la ordinul a 1023 (76 bii).[3] Utilizatorii Enigma erau ncreztori n securitatea sa din cauza numrului mare de posibiliti; la acea vreme, nu era fezabil ca un adversar s nceap mcar s ncerce fiecare configuraie posibil ntr-un atac cu for brut.

Indicatori

18din31

Cu capacul lasat, Enigma este gata de utilizare. Rotile ce patrund prin capac permit operatorului sa regleze manual rotoarele. Pozitia curenta-aici-RDKP este vizibila operatorului printr-un set de capace transparente.

Majoritatea cheilor erau pstrate n vigoare o anumit perioad de timp, de regul o zi. Totui, o poziie iniial diferit a rotorului era aleas pentru fiecare mesaj, concept similar cu cel de vector de iniializare din criptografia modern, deoarece dac mai multe mesaje sunt trimise criptat cu setri aproape identice, atunci un criptanalist, folosind mai multe mesaje interceptate, ar putea ataca mesajele folosindu-se de analiza frecvenei. Poziia iniial era transmis chiar nainte de textul cifrat. Metoda exact utilizat era denumit "procedura de indicator"slbiciunile acestei proceduri au deschis calea primelor spargeri ale mainii Enigma. Unele din primele proceduri de indicator a fost utilizat de criptanalitii polonezi pentru a reui primele spargeri cu succes ale mainii Enigma. Procedura era ca operatorul s-i seteze maina n conformitate cu lista de setri, care includea o poziie iniial global a rotoarelor (Grundstellung), de exemplu AOH. Operatorul ntorcea rotoarele pn cnd literele AOH apreau prin geamuri. n acel punct, operatorul i alegea o poziie de start arbitrar pentru mesajul respectiv. Putea alege de exemplu EIN, iar aceasta devenea setarea de mesaj pentru acea sesiune de criptare. Operatorul scria atunci EIN la tastatura mainii, de dou ori, pentru a permite detecia erorilor de transmisie. Rezultatul era un indicator criptat EIN scris de dou ori s-ar fi putut transforma de exemplu n XHTLOA, care ar fi transmis mpreun cu mesajul. n cele din urm, operatorul punea rotorul la setarea de mesaj, EIN n acest exemplu, i scria textul clar al mesajului.19din31

La captul cellalt, operation era inversat. Operatorul seta maina la valorile iniiale i scria primele ase litere ale mesajului (XHTLOA). n acest exemplu, lmpile ar fi artat EINEIN. Mutnd rotoarele pe EIN, operatorul receptor scria apoi restul textului cifrat, descifrnd mesajul. Slbiciunea acestei scheme de indicator venea din dou surse. n primul rnd, din utilizarea unei setri globale de iniializareaceasta a fost ulterior schimbat, astfel nct operatorul i selecta valoarea iniial pentru a cripta indicatorul, i trimitea poziia iniial n clar. A doua problem era repetiia indicatorului, un defect grav de securitate. Setarea mesajului era codificat de dou ori, avnd ca rezultat o relaie ntre prima i a patra, a doua i a cincea, respectiv a treia i a asea liter. Aceast problem de securitate a permis Biroului de Cifruri din Polonia spargerea sistemului Enigma dinainte de rzboi nc din 1932. Totui, dup 1940, germanii au schimbat procedurile pentru a mbunti securitatea. n timpul celui de-al doilea rzboi mondial, s-au folosit cri de coduri doar pentru setarea rotoarelor i a inelelor. Pentru fiecare mesaj, operatorul alegea o poziie aleatoare de pornire, s zicem WZA, i o cheie aleatoare de mesaj, de exemplu SXT. Apoi muta rotoarele n poziia de start WZA i codifica cheia mesajului SXT. Presupunnd c mesajul rezultat era UHL, el i seta apoi cheia de mesajSXT ca poziie de start i cripta mesajul. Apoi, transmitea poziia de start WZA, cheia mesajului UHL i apoi textul cifrat. Receptorul seta poziia de start conform primei trigrame, WZA i apoi decodifica a doua trigram, UHL, pentru a obine setarea de mesaj SXT. Apoi, utiliza acest SXT ca poziie de start pentru a decripta mesajul. Astfel, fiecare setare iniial era diferit i noua procedur evita defectul de securitate dat de dubla codificare a setrilor de mesaj. Aceast procedur a fost utilizat doar de Wehrmacht i de Luftwaffe. Procedurile Kriegsmarine de la transmiterea mesajelor cu Enigma mult mai elaborate i complexe. nainte de criptarea cu Enigma, mesajele erau codificate cu ajutorul crii de coduri Kurzsignalheft. Kurzsignalheft coninea tabele de conversie ale diferitelor propoziii n grupuri de cte patru litere. Erau incluse numeroase posibiliti, cum ar fi chestiuni logistice cum ar fi realimentarea cu combustibil sau ntlnirea cu navele de provizii, poziii, nume de porturi, ri, arme, starea vremii, poziiile i navele inamice, tabele de date i ore. O alt carte de coduri coninea Kenngruppen i Spruchschlssel: identificarea cheii i cheile de mesaj. Abrevieri i moduri de lucru Maina Enigma a armatei utiliza doar cele 26 de caractere alfabetice. Semnele erau nlocuite de combinaii rare de caractere. Spaiul era omis i nlocuit cu X. X era n general folosit ca punct. Unele semne erau diferite n alte pri ale armatei. Wehrmachtul a nlocuit virgula cu ZZ i semnul de ntrebare20din31

cu FRAGE sau FRAQ. Kriegsmarine ns, a nlocuit virgula cu Y i semnul de ntrebare cu UD. Combinaia CH, ca n cuvntul "acht" (opt) sau "Richtung" (direcie) au fost nlocuite cu Q (AQT, RIQTUNG). Dou, trei sau patru zerouri erau nlocuite cu CENTA, MILLE i MYRIA. Wehrmacht i Luftwaffe transmiteau mesajele n grupuri de cte patru caractere. Kriegsmarine, utiliznd maina Enigma cu patru rotoare, avea grupuri de patru caractere. Numele sau cuvintele folosite des erau variate att ct se putea. Cuvinte ca Minensuchboot (detector de mine) puteau fi scrise MINENSUCHBOOT, MINBOOT, MMMBOOT sau MMM354. Pentru a ngreuna criptanaliza, era interzis transmiterea de mesaje de peste peste 250 de caractere. Mesajele mai lungi erau mprite n mai multe pri, fiecare cu propria sa cheie de mesaj. Pentru mai multe detalii, vezi traducerile lui Tony Sale ale Procedurii generale[7] i ale Procedurii pentru ofieri i personal.[8]

Istoria i dezvoltarea mainii Au existat numeroase modele i variante ale familiei Enigma. Primele maini Enigma erau modele comerciale de la nceputul anilor 1920. ncepnd de la jumtatea acelui deceniu, diferitele ramuri ale armatei germane au nceput s foloseasc Enigma, efectund un numr de modificri pentru a-i crete nivelul de securitate. n plus, mai multe alte ri au adoptat sau au adaptat designul Enigma pentru propriile lor maini de cifrare.

7 8

The translated 1940 Enigma General Procedure The translated 1940 Enigma Offizier and Staff Procedure

21din31

O selecie de apte maini Enigma i echipament auxiliar, expuse la Muzeul Criptologic Naional din SUA. De la stnga la dreapta, modelele sunt: 1) Enigma comercial; 2) Enigma T; 3) Enigma G; 4) Model neidentificat; 5) Enigma Luftwaffe (forele aeriene); 6) Enigma Heer (a armatei); 7) Enigma M4 a Kriegsmarine.

Enigma "comerciala"

22din31

Patentul Scherbius' Enigma USA #1,657,411, eliberat in 1928 La 23 februarie 1918, inginerul german Arthur Scherbius a depus o cerere de patent pentru o main de cifrare cu rotoare i, mpreun cu E. Richard Ritter, a fondat firma Scherbius & Ritter. Ei au abordat marina german i ministerul de externe pentru a le prezenta proiectul, dar nu au gsit interes pentru acesta. Apoi ei au dat drepturile asupra patentului firmei Gewerkschaft Securitas, care a fondat Chiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft (Societatea pe Aciuni Maini de Cifrare) la 9 iulie 1923; Scherbius i Ritter fceau parte din consiliul director. Chiffriermaschinen AG a nceput s fac reclam unei maini cu rotoare Enigma model Acare a fost expus la Congresul Uniunii Potale Internaionale n 1923 i n 1924. Maina era grea i masiv, i coninea i o main de scris. Msura 654535 cm i cntrea aproximativ 50 kg. A fost introdus i un model B, cu o construcie similar.[9] Dei i ele au purtat numele de Enigma, att modelul A ct i modelul B erau diferite de versiunile ulterioare: att forma i mrimea, ct i funcionalitatea, prin aceea c lor le lipsea reflectorul. Reflectorulo idee propus de colegul lui Scherbius Willi Korna fost introdus prima oar n modelul Enigma C (1926). Reflectorul este o pies-cheie a mainilor Enigma.

9

Imagine cu Enigma B

23din31

Exemplar rar de main Enigma cu 8 rotoare i imprimant. Modelul C era mai mic i mai portabil dect predecesoarele sale. i lipsa maina de scris, bazndu-se n schimb pe citirea de ctre operator a lmpilor; astfel, modelul a fost numit "Enigma cu lmpi" pentru a-l distinge de modelele A i B. Enigma C a disprut rapid, fcnd loc modelului Enigma D (1927). Aceast versiune a fost folosit pe scar larg, n Suedia, Olanda, Regatul Unit, Japonia, Italia, Spania, Statele Unite i Polonia.

Enigma "militara"24din31

Marina a fost prima ramur a armatei germane care a adoptat Enigma. Aceast versiune, numit Funkschlssel C (Cifru radio C), a fost pus n producie pn n 1925 i a fost introdus n folosin n 1926.[10] Tastatura i tabloul de lmpi conineau 29 de literede la A la Z, , i aranjate n ordine alfabetic, i nu n ordinea QWERTZU.[11] Rotoarele aveau 28 de contacte, litera X fiind cablat s treac necriptat prin rotoare.[12] Trei rotoare erau alese dintr-un set de cinci[13] i reflectorul putea fi introdus n una din patru poziii diferite, notate , , i .[14] Maina a fost revizuit n iulie 1933.[15]

Masini Enigma la muzeul Criptologic National SUA Pn la 15 iulie 1928,[16] armata german (Reichswehr) i introdusese propria sa versiune de EnigmaEnigma G, urmat de versiunea sa revizuit Enigma I pn n iunie 1930.[17] Enigma I este numit i Enigma Wehrmacht, sau Servicii, i a fost utilizat de serviciile militare germane i de alte organizaii guvernamentale (cum ar fi cile ferate[18]), naintea i n timpul celui de-al doilea rzboi mondial. Diferena major dintre Enigma I i modelele comerciale a fost adugarea tabloului de prize pentru a schimba ntre ele perechi de litere, mrind cu mult puterea criptografic a mainii. Printre alte diferene se numrau utilizarea unui reflector fix, i mutarea marcajelor de schimbare a strii de pe corpul rotorului pe inelele mobile cu litere.[17] Maina msura 283415 cm i cntrea n jur de 12 kg.[12]

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Khan, 1991, pag. 39-41, 299 Ulbrich, 2005, pag 4 Stripp, 1993 Khan, 1991, pag 40, 299 Bauer, 2000, pag 108 Hinsley and Stripp, 1993 Kahn, 1991, pag 41, 299 Deavours and Kruh, 1985, pag 97 Michael Smith Station X, patru cri (macmillan) 1998, Paperback 2000, Pag 73

25din31

Un model T de Enigma (Tirpitz) un model comercial Enigma K fabricata pentru japonezi. Pn n 1930, Armata a sugerat ca i Marina Militar s adopte aceast main, artnd beneficiile sporului de securitate (cu tabloul de prize) i simplificarea comunicaiilor ntre servicii.[19] Marina a acceptat n cele din urm i n 1934[20] au introdus versiunea special a mainii armatei, denumit Funkschlssel M sau M3. n timp ce armata folosea doar trei rotoare la acel moment, pentru a crete nivelul de securitate, Marina a decis s foloseasc trei rotoare din cinci posibile.[21] n decembrie 1938, Armata a produs dou rotoare suplimentare, astfel nct cele trei rotoare erau alese dintr-un set de cinci.[17] n 1938, Marina a mai adugat dou rotoare, i apoi nc unul n 1939 pentru a permite alegerea a trei rotoare dintr-un total de opt posibile.[21] n august 1935, Forele Aeriene au introdus Wehrmacht Enigma n comunicaii.[17] Marina a introdus pentru traficul submarinelor o main Enigma cu patru rotoare, la 1 februarie 1942. Maina se numea M4 (reeaua era denumit de Aliai Triton, sau Shark). Rotorul suplimentar a fost montat n acelai spaiu prin reducerea grosimii reflectorului, ceea ce a fcut loc pentru un al patrulea rotor mai subire. A existat i un model mare, cu opt rotoare i imprimant, numit Enigma II. n 1933, criptanalitii polonezi au detectat c acesta era folosit pentru comunicaiile militare la nivel nalt, dar c a fost retras din utilizare deoarece a fost considerat nesigur i se bloca des.[22]

19 20

Kahn, 1991, pag 43 Kahn (1991, pag 43) spune c n august 1934. Kruh i Deavours(2002, pag. 15) spun c n octombrie 1934. 21 Deavours and Kruh, 1985, pag. 98 22 Kozaczuk, 1984, pag. 28

26din31

Enigma G, utilizat de Abwehr, avea patru rotoare cu marcaje multiple, i nu avea tablou de prize. Abwehr a utilizat Enigma G (Enigma Abwehr). Aceast variant de Enigma era o main cu patru rotoare cu marcaje multiple, dar nu avea tablou de prize. Acest model era echipat cu un contor incrementat la fiecare apsare de tast, fiind astfel cunoscut ca maina cu contor sau Zhlwerk Enigma.

Maina Enigma elveian, cu patru rotoare recablate, fabricat n Germania.

27din31

i alte ri au folosit maini Enigma. Marina italian a adoptat varianta comercial ca "Cifrul Marinei D"; spaniolii au folosit maina comercial n timpul rzboiului civil. Criptanalitii britanici au reuit s sparg aceste maini, crora le lipsea tabloul de prize. Elveienii au utilizat o versiune de Enigma numit model K pentru comunitcaii militare i diplomatice, model foarte similar cu Enigma D. Maina a fost spart de mai multe ri, printre care Polonia, Frana, Regatul Unit i Statele Unite (ultima a numit maina INDIGO). Un model Enigma T (cu numele de cod Tirpitz) a fost fabricat pentru a fi utilizat de ctre japonezi. Criptografia mainii Enigma nu era perfect, mai ales dup ce aliaii au capturat cteva exemplare, permindu-le s decodifice mesajele germanilor, ceea ce s-a dovedit a fi vital n Btlia Atlanticului. S-a estimat c s-au construit n total aproximativ 100.000 de maini Enigma. [23] Dup sfritul celui de-al doilea rzboi mondial, Aliaii au vndut mainile Enigma capturate, i considerate nc relativ sigure, unui numr de ri n curs de dezvoltare.[23] Enigma in zilele noastre Efortul de a sparge maina Enigma nu a fost dezvluit dect n anii 1970. De atunci, interesul pentru mainile Enigma a crescut considerabil i mai multe exemplare sunt expuse astzi n muzee din SUA i din Europa.Deutsches Museum din Mnchen are versiuni militare cu trei i patru rotoare, precum i alte versiuni civile mai vechi. O main Enigma n stare de funcionare este expus la Muzeul Criptografic Naional al NSA din Fort Meade, Maryland, unde vizitatorii pot s ncerce s cripteze mesaje clare i s descifreze mesaje codate. Armmuseum din Stockholm are i el o main Enigma expus. Sunt exemplare i la Muzeul de Istoria Calculatoarelor din Statele Unite, la Bletchley Park n Regatul Unit, la Muzeul Armatei Poloneze din Polonia, la Australian War Memorial, i n foaierul Defence Signals Directorate, ambele aflate n Canberra n Australia, precum i n mai multe alte locuri din Germania, SUA, Regatul Unit i n alte ri ale lumii. Muzeul Calculatoarelor din San Diego, astzi nchis, avea n colecia sa o main Enigma, pe care a dat-o apoi bibliotecii de la Universitatea de Stat San Diego. Altele sunt deinute de colecionari particulari. Ocazional, se vnd maini Enigma la licitaii, la preuri care ajung deseori la 20.000 de dolari.[24][25] Replici ale mainilor sunt disponibile n diverse forme, inclusiv o copie exact reconstituit a modelului naval M4, o Enigma implementat cu circuite electronice (Enigma-E), precum i diferite simulatoare software.23 24

Bauer, 2000, pag. 112 Hamer, David; Enigma machines-known locations 25 Hamer, David; Preuri de vnzare ale unor maini Enigma i NEMA-convertite n dolari americani

28din31

O main rar Enigma Abwehr, denumit G312, a fost furat de la muzeul Bletchley Park la 1 aprilie 2000. n septembrie, o persoan ce se autodenumea The Master a transmis o not prin care cerea 25.000 de lire sterline i a ameninat c va distruge maina dac nu se pltete rscumprarea. La nceputul lui octombrie 2000, oficialii Bletchley Park au anunat c vor plti rscumprarea dar termenul limit trecuse i nu se auzise nimic de la antajist. La scurt timp, maina a fost trimis anonim ziaristului BBC Jeremy Paxman, dar cu trei rotoare lips. n noiembrie 2000, un negustor de antichiti pe nume Dennis Yates a fost arestat dup ce a sunat la The Sunday Times pentru a face aranjamente pentru returnarea pieselor lips. Maina Enigma a fost returnat la Bletchley Park dup incident. n octobrie 2001, Yates a fost condamnat la zece luni nchisoare dup ce a recunoscut c a deinut maina furat i c a cerut rscumprare pentru returnarea ei, dar a continuat s susin c era doar un intermediar pentru un ter.[26] Yates a fost eliberat din nchisoare dup trei luni. Maini derivate din Enigma Enigma a avut o puternic influen n domeniul proiectrii mainilor de cifrare, i mai multe maini cu rotoare deriv din ea. Maina britanic Typex a fost iniial derivat din patentele Enigma; Typex include chiar i caracteristici din descrierile patentului care au fost omise la realizarea practic a mainilor Enigma. Din cauza nevoii de a pstra secretul asupra sistemului de cifrare, nu sau pltit drepturi de autor pentru utilizarea patentului de ctre guvernul britanic. O clon japonez de Enigma a primit numele de cod GREEN de la criptografii americani. Folosit rareori, ea coninea patru rotoare montate vertical. n SUA, criptologul William Friedman a proiectat M-325, o main similar cu Enigma din punct de vedere al funcionalitii, dar nu i din cel al structurii. O main cu rotoare unic a fost construit n 2002 de Tatjana van Vark din Olanda. Acest dispozitiv neobinuit a fost inspirat din Enigma dar utilizeaz rotoare cu 40 de puncte, permind utilizarea de cifre, litere i unele caractere de punctuaie; fiecare rotor conine 509 piese.[27]

26 27

Man jailed over Enigma machine. BBC News Van Vark, Tatjana The coding machine

29din31

O clon japonez de Enigma, denumit de criptografii americani GREEN.

Cuprins

n

loc de .. 1

introducere ENIGMA

Maina de criptare ... 2

Descriere .. 4 Rotoarele .. 6 Schimbarea de .. 9 stare

30din31

Roata de . 11

intrare

Reflactorul .. 12 Tabela de . 13 prize

Accesorii .. 14 Descriere .. 16 Proceduri de folosire .. 17 a matematic Enigmei

Indicatori . 19 Abrevieri i moduri . 21 Istoria i dezvoltarea .. 22 de lucru mainii

Enigma comercial 23 Enigma militar 25 Enigma n zilele . 29 Maini derivate din .. 3031din31

noastre Enigma