Бомбить

Эта статья об устройстве дешифрования, используемом в Блетчли-парке. Чтобы узнать о более раннем польском устройстве дешифрования, см. Бомба (криптография) . Чтобы узнать об одноименном европейском десерте, см. Bombe glacée . Чтобы узнать о других значениях, см. Бомбе (значения) .

Фотография военного времени, запечатлевшая в Блетчли-парке. бомбу

Бомба ​ ( Великобритания : / b ɒ m b / ) — электромеханическое устройство, использовавшееся британскими криптологами для расшифровки немецкой машиной «Энигма», секретных сообщений, зашифрованных во время Второй мировой войны . США ВМС и армия США позже произвели свои собственные машины с той же функциональной спецификацией, хотя и отличающиеся по конструкции как друг от друга, так и от польских и британских бомб.

Британская бомба была разработана на основе устройства, известного как « бомба » ( польский : бомба криптологична ), которое было разработано в Польше в Biuro Szyfrów (Бюро шифров) криптологом Марианом Реевским , который взламывал немецкие сообщения «Энигмы» в предыдущие годы. семь лет, пользуюсь им и более ранними машинами. Первоначальный проект британской бомбы был разработан в 1939 году в Школе кодирования и шифрования правительства Великобритании (GC&CS) в Блетчли-парке Аланом Тьюрингом . с важным уточнением, предложенным в 1940 году Гордоном Уэлчманом . Инженерным проектированием и строительством занимался Гарольд Кин из британской компании по производству табуляторов . Первая бомба под кодовым названием « Победа » была установлена ​​в марте 1940 года. в то время как вторая версия, Agnus Dei или Agnes , включающая новый дизайн Уэлчмана, работала к августу 1940 года.

Бомба была разработана для обнаружения некоторых повседневных настроек машин «Энигма» в различных немецких военных сетях : в частности, набора роторов используемых и их положений в машине; начальные позиции сердечника ротора для сообщения — ключ сообщения — и один из проводов коммутационной панели .

Машина «Энигма»

Основная статья: Машина Энигма

Трехроторная Энигма с коммутационной панелью ( Штекербретт )

Изображение серии из трех роторов машины Enigma.

«Энигма» — электромеханическая роторная машина, используемая для шифрования и дешифрования секретных сообщений. Он был разработан в Германии в 1920-х годах. Повторяющиеся изменения электрического пути от клавиатуры к ламповой панели реализуют шифр полиалфавитной замены , который превращает открытый текст в зашифрованный текст и обратно. Скремблер «Энигмы» содержит роторы с 26 электрическими контактами на каждой стороне, проводка которых отводит ток в разные позиции с обеих сторон. При нажатии клавиши на клавиатуре электрический ток протекает через входной барабан на правом конце скремблера, затем через набор роторов к отражающему барабану (или рефлектору), который поворачивает его обратно через роторы и вход. барабан и выключите, чтобы осветить одну из ламп на фонаре.

При каждом нажатии клавиши правый или «быстрый» ротор перемещается на одну позицию, что приводит к изменению шифрования. Кроме того, один раз за оборот правый ротор заставляет средний ротор двигаться вперед; средний ротор аналогичным образом заставляет левый (или «медленный») ротор двигаться вперед. Положение каждого ротора обозначается буквой алфавита, видимой через окошко. Оператор «Энигмы» вручную вращает колеса, чтобы установить начальное положение для шифрования или дешифровки сообщения. Трехбуквенная последовательность, обозначающая начальное положение роторов, является «ключом сообщения». Есть 26 ³ = 17 576 различных клавиш сообщений и различных положений набора из трех роторов. Открыв крышку машины и освободив прижимной стержень, набор из трех роторов на их шпинделе можно снять с машины и изменить их последовательность (так называемую «порядок колес» в Блетчли-Парке). Умножение 17 576 на шесть возможных порядков колес дает 105 456 различных способов установки скремблера.

Коммутационная панель машины Enigma, на которой показаны поменянные местами две пары букв: S – O и A – J. Во время Второй мировой войны было установлено десять коммутационных панелей.

Хотя 105 456 — это большое число, это не гарантирует безопасность. Возможна атака методом перебора: можно представить себе использование 100 кодировщиков, каждый из которых пытается декодировать сообщение, используя 1000 различных настроек ротора. Поляки разработали карточные каталоги, чтобы можно было легко находить положения роторов; Британия построила» EINS» (немецкое слово, обозначающее один) каталоги. Менее интенсивные методы также были возможны. Если бы весь трафик сообщений в течение дня использовал одно и то же начальное положение ротора, то частотный анализ для каждой позиции мог бы восстановить полиалфавитные замены. Если бы использовались разные начальные положения ротора. , то перекрывающиеся части сообщения можно будет найти с помощью индекса совпадения . Многие крупные державы (включая Германию) могли бы нарушить движение «Энигмы», если бы знали проводку ротора. Немецкие военные знали, что «Энигма» слаба.

В 1930 году немецкая армия ввела дополнительную функцию безопасности — штепсельную плату ( Steckerbrett на немецком языке; каждая вилка — это Stecker , и британские криптологи также использовали это слово), которая дополнительно шифровала буквы как до, так и после того, как они прошли через ротор. отражательная система. Шифрование Enigma является самообратной функцией , что означает, что оно заменяет буквы взаимно: если A превращается в R, затем R превращается в A. Преобразование коммутационной панели сохранило качество самоинверсии, но разводка коммутационной панели, в отличие от положения ротора, не меняется во время шифрования. Эта закономерность была использована Уэлчманом в усовершенствовании бомбы «диагональной доской», что значительно повысило ее эффективность. При использовании шести штепсельных выводов (оставляя 14 букв «незакрепленными») существовало 100 391 791 500 возможных способов настройки коммутационной панели.

Важной особенностью машины с точки зрения криптоаналитика и, по сути, ахиллесовой пятой «Энигмы » было то, что отражатель в шифраторе не позволял зашифровать письмо как таковое. Таким образом, любое предполагаемое решение, которое давало в любом месте одну и ту же букву в предлагаемом открытом тексте и зашифрованном тексте, могло быть исключено.

В преддверии Второй мировой войны немцы последовательно усовершенствовали свои военные машины «Энигма». К январю 1939 года были введены дополнительные роторы, так что три ротора выбирались из набора из пяти (следовательно, теперь было 60 возможных заказов колес) для «Энигм» армии и ВВС, и три из восьми (что составляло 336 возможных заказов колес). для машин ВМФ. Кроме того, на коммутационной панели было использовано десять выводов, в результате чего неразмеченными остались только шесть букв. Это означало, что Энигмы ВВС и армии можно было установить в формате 1,5×10. ¹⁹ пути. В 1941 году немецкий военно-морской флот представил версию «Энигмы» с вращающимся отражателем ( М4 или четырехроторная «Энигма») для связи со своими подводными лодками . Это можно настроить в размере 1,8×10. ²⁰ разные способы.

Четырехроторная Энигма

К концу 1941 года изменение судьбы немецкого флота в битве за Атлантику в сочетании с отчетами разведки убедило адмирала Карла Дёница в том, что союзники смогли читать закодированные сообщения немецкого флота, и к немецкому флоту был добавлен четвертый ротор с неизвестной проводкой. Загадки, используемые для связи подводных лодок, создающие систему Тритон , известный в Блетчли-парке как Акула . Это сочеталось с более тонкой конструкцией отражателя, чтобы освободить место для дополнительного ротора. Triton был спроектирован таким образом, что при необходимости он оставался совместимым с трехроторными машинами: один из дополнительных «четвертых» роторов, «бета», был спроектирован таким образом, что при его соединении с тонким отражателем «B» а ротор и кольцо были установлены в положение «А», пара действовала как отражатель «В» в сочетании с тремя роторами. К счастью для союзников, в декабре 1941 года, еще до того, как машина поступила на официальную службу, подводная лодка случайно отправила сообщение с четвертым винтом в неправильном положении, а затем повторно передала сообщение с винтом в правильном положении, чтобы имитировать трехвинтовой вариант. машина. В феврале 1942 года изменение количества используемых роторов стало официальным, и способность союзников читать сообщения немецких подводных лодок прекратилась до тех пор, пока захват захваченной подводной лодки не выявил не только способность четырехвинтовой машины имитировать трехвинтовую машину. машина, но и то, что четвертый ротор не двигался во время сообщения. Это, наряду с вышеупомянутой повторной передачей, в конечном итоге позволило взломщикам кодов выяснить проводку как «бета», так и «гамма» четвертого ротора.

Первая половина 1942 года стала « вторым счастливым временем » для немецких подводных лодок, с новыми успехами в атаках на корабли союзников, поскольку США только что вступили в войну, неподготовленные к нападению, не имея противолодочных самолетов (ПЛО). корабли, личный состав, доктрина и организация. Кроме того, их успеху способствовали безопасность новой «Энигмы» и способность немцев читать сообщения конвоев союзников, отправленные с использованием военно-морского шифра № 3. С января по март 1942 года немецкие подводные лодки потопили 216 кораблей у восточного побережья США. В мае 1942 года США начали использовать систему конвоев и потребовали затемнить прибрежные города, чтобы корабли не выделялись на фоне их огней, но это лишь немного повысило безопасность судоходства союзников. Неспособность союзников изменить свой шифр в течение трех месяцев, а также тот факт, что сообщения союзников никогда не содержали необработанных расшифровок Enigma (и даже не упоминалось, что они расшифровывали сообщения), помогли убедить немцев в том, что их сообщения безопасны. И наоборот, союзники узнали, что немцы почти сразу взломали военно-морской шифр из расшифровок «Энигмы», но потеряли много кораблей из-за задержки с изменением шифра.

Принцип бомбежки

Список ключей немецкой Enigma с настройками машины на каждый день одного месяца.

Действующая восстановленная бомба сейчас находится в Национальном музее вычислительной техники в Блетчли-парке . Каждый из вращающихся барабанов имитирует действие ротора Enigma. Есть 36 эквивалентов Enigma и в правом конце среднего ряда три -индикатора барабана . Джон Харпер возглавил команду «Феникс», которая восстановила эту Бомбу. Он был официально включен герцогом Кентским , покровителем Британского компьютерного общества, 17 июля 2008 года.

Следующие настройки машины «Энигма» должны быть обнаружены для расшифровки сообщений немецких военных «Энигмы». Как только они станут известны, все сообщения этой сети за этот день (или пару дней в случае немецкого флота) могут быть расшифрованы.

Внутренние настройки (требующие открытия крышки машины Enigma)

• Выбор роторов, используемых в скремблере Энигмы, и их положение на шпинделе ( Walzenlage или «порядок колес»). Возможные заказы на колеса составили 60 (три ротора из пяти на выбор) для армейских и военно-воздушных сетей и 336 (три ротора из восьми на выбор) для военно-морских сетей.
• Положения оборотных насечек буквенных колец относительно сердечника каждого используемого ротора ( Ringstellung или «настройки кольца»). Для каждого ротора имеется 26 возможных настроек колец.

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

• Соединения коммутационной панели ( Steckerverbindungen или «значения Stecker»). Десять отведений можно расположить в ${\frac {{26 \choose 2}\cdot {24 \choose 2}\cdot {22 \choose 2}\cdot \dots \cdot {8 \choose 2}}{10!}}=150\,738\,274\,937\,250$ различных комбинациях (около 151 трлн).
• Ротор скремблера располагается в начале шифрования ключа сообщения ( Grundstellung или «установка индикатора») — до мая 1940 г.; или после этого начальные положения каждого ротора в начале шифрования сообщения («ключ сообщения»), из которого можно получить настройку индикатора. Всего имеется 17 576 возможных трехбуквенных ключей.

Бомба определила возможные начальные положения сердечников несущего винта и штекер-партнера указанной буквы для набора колесных порядков. Затем для завершения процесса расшифровки использовались ручные методы. По словам Гордона Уэлчмана , «... задача бомбы заключалась в том, чтобы просто свести предположения о порядке колес и положениях скремблера, которые требовали «дальнейшего анализа», до приемлемого числа».

Структура

Барабаны на восстановленном Bombe в действии. Все верхние барабаны вращаются непрерывно и синхронно.

Три барабана одного из 36 эквивалентов Enigma и монтажные пластины другого, показывающие 104 контакта для проволочных щеток на задней стороне барабанов. Верхний барабан соответствует левому ротору Enigma, средний барабан — среднему ротору, а нижний барабан — правому ротору.

Проволочные щетки на задней части барабана восстановленной бомбы.

Бомба представляла собой электромеханическое устройство, имитирующее действие нескольких машин «Энигма» соединенных вместе . Стандартная немецкая «Энигма» одновременно использовала набор из трёх роторов , каждый из которых мог быть установлен в любое из 26 положений. Стандартная британская бомба содержала 36 эквивалентов «Энигмы», каждый из которых имел три барабана, соединенных проводами для создания того же эффекта скремблирования, что и роторы «Энигмы». Бомба могла выполнять две или три задачи одновременно.Каждое задание должно было иметь « меню », которое нужно было запускать с помощью нескольких различных порядков колес. Если меню содержало 12 или меньше букв, на одной бомбе можно было запустить три разных порядка колес; если более 12 букв, то только две.

Для имитации роторов «Энигмы» каждый роторный барабан бомбы имел два полных набора контактов: один для входа в отражатель, а другой для выхода из отражателя, так что отраженный сигнал мог проходить обратно через отдельный набор контактов. Каждый барабан имел 104 проволочные щетки, контактировавшие с пластиной, на которую они были нагружены. Щетки и соответствующий набор контактов на пластине были расположены четырьмя концентрическими кругами по 26 штук. Внешняя пара кругов (входной и выходной) были эквивалентны току в «Энигме», проходящему в одном направлении через скремблер, а внутренняя пара эквивалентен току, текущему в противоположном направлении.

Взаимосвязи внутри барабанов между двумя наборами входных и выходных контактов были идентичны соединениям соответствующего ротора Enigma. Между двумя внутренними наборами контактов трех пластин ввода/вывода была постоянная проводка. Оттуда схема продолжалась до коммутационной панели, расположенной на левой торцевой панели, которая была подключена так, чтобы имитировать отражатель «Энигмы», а затем обратно через внешнюю пару контактов. На каждом конце «двухсторонней Энигмы» сзади машины были розетки, к которым можно было подключить 26-контактные кабели.

Барабаны для бомб были расположены так, что верхний из трех имитировал левый ротор скремблера «Энигма», средний — средний ротор, а нижний — правый ротор. Все верхние барабаны синхронно приводились в движение электродвигателем. Для каждого полного оборота верхних барабанов средние барабаны увеличивались на одну позицию, а также для среднего и нижнего барабанов, что давало в общей сложности 26 × 26 × 26 = 17 576 позиций 3-роторного скремблера Enigma.

Барабаны имели цветовую маркировку в зависимости от того, какой ротор Enigma они имитировали: I красный; II бордовый; III зеленый; IV желтый; V коричневый; VI кобальт (синий); VII реактивный (черный); VIII серебро.

В каждом положении роторов электрический ток будет течь или не течь в каждом из 26 проводов, и это будет проверяться в блоке сравнения бомбы. Для большого количества позиций тест приведет к логическому противоречию , исключающему такую ​​постановку. Если бы тест не привел к противоречию, машина остановилась бы.

Затем оператор находил точку, в которой тест пройден, и записывал возможное решение, считывая положения индикаторных барабанов и индикаторного блока на правой торцевой панели Bombe. Затем оператор возобновил запуск. Возможные решения, стопы так называемые , были обработаны дальше, чтобы исключить как можно больше ложных стопов. Обычно было много ложных остановок бомбы, прежде чем была найдена правильная.

Возможные решения для набора порядков колес стали предметом обширной дальнейшей криптоаналитической работы. Это постепенно устранило ложные остановки, создало набор соединений на коммутационной панели и установило положение буквенных колец ротора. В конце концов, результат будет проверен на машине Typex , которая была модифицирована для копирования «Энигмы», чтобы увидеть, ли эта расшифровка дает немецкий язык .

Бомба меню

Буквы шпаргалки и зашифрованный текст, представленные в виде графика, образуют меню , в котором указано, как настроить запуск бомбы. Этот пример несколько необычен тем, что содержит целых три цикла.

Меню «Бомба» основано на табло в Блетчли-парке, автором которого является Пегги Эрскин-Таллох.

В ходе запуска бомбы криптоаналитик сначала получил шпаргалку — часть открытого текста , которая, как предполагалось, соответствовала зашифрованному тексту . Найти детские кроватки было совсем непросто; это требовало значительного знания немецкого военного жаргона и навыков общения операторов. Однако взломщикам кодов помог тот факт, что «Энигма» никогда не зашифровывала письмо самой себе. Это помогло проверить возможную шпаргалку на соответствие зашифрованному тексту, поскольку могло исключить ряд шпаргалок и позиций, в которых одна и та же буква встречалась в одной и той же позиции как в открытом тексте, так и в зашифрованном тексте. Это было названо аварией в Блетчли-парке.

Как только подходящая шпаргалка была выбрана, криптоаналитик создавал меню для подключения бомбы, чтобы проверить ее на соответствие зашифрованному тексту. Ниже приводится упрощенное объяснение процесса построения меню. Предположим, что шпаргалка ATTACKATDAWN должна быть протестирована на определенном фрагменте зашифрованного текста, скажем, WSNPNLKLSTCS . Буквы шпаргалки и зашифрованного текста сравнивались, чтобы установить пары между зашифрованным текстом и открытым текстом шпаргалки. Затем они были отображены так, как показано на диаграмме. Следует иметь в виду, что отношения взаимны, так что A в открытом тексте, связанное с W в зашифрованном тексте, совпадает с W в открытом тексте, связанном с A в зашифрованном тексте. В позиции 1 сравнения открытого текста и зашифрованного текста буква A связана с W , но A также связана с P в позиции 4, K в позиции 7 и T в позиции 10. Построение этих отношений в такую ​​​​диаграмму обеспечило меню откуда будут устанавливаться соединения бомбы и стартовые позиции барабана.

Зашифрованный текст	В	С	Н	П	Н	л	К	л	С	Т	С	С
Открытый текст «кроватка»	А	Т	Т	А	С	К	А	Т	Д	А	В	Н
Позиция сообщения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Установка верхнего барабана	С	С	С	С	С	С	С	С	С	С	С	С
Настройка среднего барабана	С	С	С	С	С	С	С	С	С	С	С	С
Нижняя установка барабана	А	Б	С	Д	И	Ф	Г	ЧАС	я	Дж	К	л

На иллюстрации показаны три последовательности букв, образующие петли (или циклы или замыкания ): ATLK , TNS и TAWCN . Чем больше циклов в меню, тем больше возможных настроек ротора бомба может отклонить и, следовательно, тем меньше ложных остановок.

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

Расчетное количество остановок бомбы на один порядок ротора

	Количество букв в меню
Петли	8	9	10	11	12	13	14	15	16
3	2.2	1.1	0.42	0.14	0.04	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
2	58	28	11	3.8	1.2	0.30	0.06	<0,01	<0,01
1	1500	720	280	100	31	7.7	1.6	0.28	0.04
0	40 000	19 000	7300	2700	820	200	43	7.3	1.0

Значения разъемов

Шаг удержания, используемый бомбой; хотя фактические промежуточные значения после коммутационной панели P - «сложенные» значения - неизвестны, если одно из них угадано, то можно использовать шпаргалку для вывода других сгруппированных значений. Здесь предполагается, что P ( А ) = Y можно использовать, чтобы сделать вывод, что P ( Т ) = Вопрос, потому что А и Т связаны на 10-й позиции в шпаргалке.

Немецкая военная Enigma включала в себя коммутационную панель ( Steckerbrett на немецком языке), которая меняла местами буквы (обозначенные здесь P ) до и после замены основного скремблера (обозначенного S ). Соединения коммутационной панели были известны криптоаналитикам как значения Стекера. Если бы не было коммутационной панели, проверить настройку ротора было бы относительно просто; можно было бы установить машину Typex , модифицированную для репликации Enigma, и написать шпаргалку Зашифрованное на нем, и сравненное с зашифрованным текстом, В. ​Если они совпадают, будет проверена следующая буква, проверяя, что T зашифрован в S и так по всей длине кроватки. Если в какой-то момент буквы не совпадут, первоначальная настройка ротора будет отклонена; большинство неправильных настроек будут исключены после проверки всего двух букв. Это испытание можно легко механизировать и применить ко всем 17 576 настройкам несущих винтов.

Однако с помощью коммутационной панели было гораздо сложнее выполнять пробное шифрование, поскольку было неизвестно, во что были преобразованы шпаргалки и буквы зашифрованного текста с помощью коммутационной панели. Например, в первой позиции P ( А ) и Р ( W ) были неизвестны, поскольку настройки коммутационной панели были неизвестны.

Решение Тьюринга по вычислению значений стекера (соединения коммутационной панели) заключалось в том, чтобы отметить, что, хотя значения, скажем, P ( А ) или Р ( W ) были неизвестны, шпаргалка по-прежнему обеспечивала известные отношения между этими значениями; то есть значения после преобразования коммутационной панели. Используя эти отношения, криптоаналитик мог рассуждать от одного к другому и, потенциально, вывести логическое противоречие, и в этом случае рассматриваемую настройку ротора можно было бы исключить.

Проработанный пример такого рассуждения может выглядеть следующим образом: криптоаналитик может предположить, что P ( А ) = Ю. ​Глядя на позицию 10 сравнения шпаргалка: зашифрованный текст, мы видим, что А шифрует T , или, выраженное формулой:

Т = П ( С ₁₀ ( П ( А )))

Поскольку функция P является обратной самой себе, мы можем применить ее к обеим частям уравнения и получить следующее:

П ( Т ) знак равно S ₁₀ ( п ( А ))

Это дает нам связь между P ( А ) и Р ( Т ) . Если П ( А ) = Y , а для рассматриваемой настройки ротора S ₁₀ ( Y ) = Q (скажем), мы можем сделать вывод, что

П ( Т ) знак равно S ₁₀ ( п ( А )) = S ₁₀ ( Y ) = вопрос

Хотя набор не позволяет нам определить значения после панели подключения, он обеспечивает ограничение между ними. В данном случае это показывает, как P ( T ) полностью определена, если P ( А ) известно.

Аналогичным образом мы также можем заметить, что T шифрует в L в позиции 8. Используя S ₈ , мы можем вывести значение стекирования для L также использует аналогичный аргумент, чтобы получить, скажем,

П ( L ) знак равно S ₈ ( п ( Т )) = S ₈ ( Q ) = Г

Аналогично в позиции 6 K шифрует в Л. ​Поскольку машина «Энигма» является взаимообратной, это означает, что в одном и том же положении L также будет шифровать в К. ​Зная это, мы можем применить этот аргумент еще раз, чтобы вывести значение P ( К ) , что может быть:

П ( К ) знак равно S ₆ ( п ( Л )) = S ₆ ( Г ) = Ф

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

П ( А ) знак равно S ₇ ( п ( К )) = S ₇ ( F ) = Н

Однако в данном случае мы получили противоречие , так как по условию мы предполагали, что P ( А ) = Ю в самом начале. Это означает, что первоначальное предположение должно было быть неверным, и что (для этой настройки ротора) P ( А ) ≠ Y (этот тип аргументации называется доведением до абсурда или «доказательством от противного»).

Криптоаналитик предположил, что бомбе предстоит проверить одно соединение коммутационной панели. Остальные значения стекера и настройки кольца были рассчитаны вручную.

Автоматический вычет

Чтобы автоматизировать эти логические выводы, бомба приняла форму электрической цепи. Ток протекал по цепи почти мгновенно и представлял собой все возможные логические выводы, которые можно было сделать в этом положении. Чтобы сформировать эту схему, бомба использовала несколько наборов роторных блоков «Энигмы», соединенных вместе в соответствии с инструкциями, данными в меню, взятом из шпаргалки. Поскольку каждая машина Enigma имела 26 входов и выходов, стопки копий Enigma соединяются друг с другом с помощью 26-контактных кабелей. Кроме того, каждая настройка ротора стека Enigma смещена на несколько мест, определяемых его положением в кроватке; например, стопка Энигмы, соответствующая пятой букве в шпаргалке, будет находиться на четыре позиции дальше, чем стопка, соответствующая первой букве.

На практике

В практических бомбах использовалось несколько стопок роторов, вращающихся вместе, чтобы проверить несколько гипотез о возможных конфигурациях машины «Энигма», например, о порядке роторов в стопке.

Хотя бомба Тьюринга работала теоретически, она требовала непрактично длинных шпаргалок, чтобы исключить достаточно большое количество настроек. Гордон Уэлчман придумал, как использовать симметрию стекера «Энигма» для увеличения мощности бомбы. Его предложение заключалось в приспособлении под названием « диагональная доска» , которое еще больше повышало эффективность бомбы.

Британская бомба

Польская криптологическая бомба (польский: бомба криптологична ; множественное число бомба ) была полезна только до тех пор, пока соблюдались три условия. Во-первых, форма индикатора должна была включать повторение ключа сообщения; во-вторых, количество доступных роторов должно было быть ограничено тремя, что давало шесть различных «порядков колес» (три ротора и их порядок внутри машины); и, в-третьих, количество выводов соединительной платы должно было оставаться относительно небольшим, чтобы большинство букв не располагалось друг над другом . Было построено шесть машин, по одной на каждый возможный порядок роторов. Бомбу доставили в ноябре 1938 года , но уже через месяц немцы ввели два дополнительных винта для загрузки в скремблер «Энигма», увеличив количество заказов на колеса в десять раз. Создание еще одной бомбы 54 оказалось за пределами возможностей поляков. Кроме того, 1 января 1939 года количество выводов штекерной платы было увеличено до десяти. Поэтому полякам пришлось вернуться к ручным методам, пишет Зыгальский .

Алан Тьюринг разработал британскую бомбу на более общем принципе: предположение о наличии текста, называемого «шпаргалкой» , который, как могли предсказать криптоаналитики, вероятно, будет присутствовать в определенном месте сообщения. Этот метод называется атакой по известному открытому тексту и в ограниченной степени использовался поляками, например, немцы использовали «ANX» — «AN», по-немецки «To», за которым следовал «X» в качестве разделителя.

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

Был получен бюджет в размере 100 000 фунтов стерлингов на строительство машины Тьюринга, а контракт на создание бомб был заключен с Британской компанией по производству счетных машин (BTM) в Летчворте . BTM передала проект под руководство Гарольда «Док» Кина . Каждая машина имела ширину около 7 футов (2,1 м), высоту 6 футов 6 дюймов (1,98 м), глубину 2 фута (0,61 м) и весила около тонны. В передней части каждой бомбы имелось 108 мест для установки барабанов. Барабаны были разделены на три группы по 12 троек. Каждый триплет, расположенный вертикально, соответствовал трем роторам скремблера «Энигма». Входные и выходные контакты бомбобарабанов выходили на кабельные разъемы, что позволяло подключать бомбу согласно меню. вращался со скоростью 50,4 об/мин. «Быстрый» барабан в первых моделях и 120 об/мин в более поздних, когда время на настройку и прохождение всех 17 576 возможных положений для одного заказа ротора составляло около 20 минут.

Первая бомба получила название «Победа». Он был установлен в «Хижине 1» в Блетчли-парке 18 марта 1940 года. Он был основан на оригинальном дизайне Тьюринга и поэтому не имел диагональной доски. 26 апреля 1940 года HMS Griffin захватил немецкий траулер ( Schiff 26 , Polares ) под голландским флагом; В захват вошли несколько ключей Enigma от 23 по 26 апреля. Блетчли ретроспективно проанализировал некоторые сообщения, отправленные в этот период, используя захваченные материалы и оригинальное меню Bombe, в котором все быстрые роторы Enigma находились в одном и том же положении. В мае и июне 1940 года Блетчли удалось прервать шестидневное военно-морское движение, 22–27 апреля 1940 года. Эти сообщения были первыми прорывами в сообщениях Кригсмарине о войне, «[b] но, хотя этот успех расширил знания Военно-морской секции об организации связи Кригсмарине, он не повлиял на военно-морские операции и не сделал возможными дальнейшие военно-морские решения «Загадки». Вторая бомба, названная « Agnus dei », позже сокращенная до «Agnes» или «Aggie», была оснащена диагональной доской Уэлчмана и была установлена ​​8 августа 1940 года; Позже «Виктори» вернули в Летчворт для установки диагональной доски. Позже бомбы были перенесены из «Хижины 1» в «Хижину 11». назвал бомбу Капитан группы Уинтерботэм «Бронзовой богиней» из-за ее цвета. Операторы более прозаично описывали эти устройства как «похожие на огромные металлические книжные шкафы».

В 1940 году на двух машинах было взломано 178 сообщений, почти все успешно. Из-за опасности потери бомб в Блетчли-парке в случае бомбардировки, бомбите отдаленные станции. были созданы в Адстоке , Гейхерсте и Уэйвендоне , все в Бакингемшире . В июне – августе 1941 года в Блетчли-парке было от 4 до 6 бомб, а когда Уэйвендон был завершен, в Блетчли, Адстоке и Уэвендене было в общей сложности от 24 до 30 бомб. Когда Гейхерст вступил в строй, всего было от 40 до 46 бомб, и ожидалось, что общее количество увеличится примерно до 70 бомб, которыми будут управлять примерно 700 Ренов (Женская королевская военно-морская служба) . Но в 1942 году с появлением военно-морского четырехвинтового самолета «Энигма» потребовалось бы «гораздо больше семидесяти бомб». Новые аванпосты были созданы в Стэнморе и Исткоте , туда были перевезены бомбы Уэйвендон и Адсток, хотя объект в Гейхерсте остался. Несколько бомб, оставшихся в Блетчли-парке, использовались только в демонстрационных и учебных целях.

Основные ( БТМ ) типы британских бомб

Тип	Количество Энигма эквиваленты	Механизм	Количество построенных
Оригинальный стандарт	36 (30 в стадии подготовки к производству)	Эквиваленты 3-роторной Enigma	73
Джамбо	36	Эквиваленты трехроторной Enigma плюс дополнительный механизм для проверки каждого упора и печати результатов (названный «пулеметом» из-за шума, издаваемого его униселекторами )	14
Мамонт	36	Эквиваленты 4-роторной системы Enigma с высокоскоростными реле для определения остановки	57
Кобра	36	Эквиваленты 4-роторной системы Enigma с электронным сенсорным блоком, разработанным командой CE Wynn-Williams и Tommy Flowers на исследовательской станции GPO. (эта машина была ненадежной)	12
'Новый' стандартный	36	Трехроторные эквиваленты Enigma (с высокоскоростными сенсорными реле типа Siemens)	68

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

Количество доступных трехроторных бомб

Год	Месяц	Число
1941	декабрь	12
1942	декабрь	40
1943	Июнь	72
1943	декабрь	87
1944	декабрь	152
1945	Может	155

возложил на сержанта Джонса общую ответственность за обслуживание бомбы Эдвард Трэвис . Позже командир эскадрильи, не путать с Эриком Джонсом . Он был одним из первых инженеров по техническому обслуживанию бомб и имел опыт работы с методами BTM . Уэлчман сказал, что позже, во время войны, когда другие люди пытались их содержать, они поняли, как им повезло, что он у них есть. Около 15 миллионов тонких проволочных щеток на барабанах должны были обеспечить надежный контакт с клеммами шаблона. На барабан приходилось 104 щетки, на бомбу — 720 барабанов, а в итоге — около 200 бомб.

После Второй мировой войны около пятидесяти бомб хранилось в ВВС Великобритании в Исткоте , а остальные были уничтожены. Уцелевшие бомбы были задействованы, возможно, на Восточного блока шифрах . Смит цитирует официальную историю бомбы, в которой говорится, что «некоторые из этих машин должны были быть спрятаны, но другие требовались для выполнения новых работ, а шестнадцать машин были сравнительно заняты работой в меню». и «Интересно отметить, что большинство рабочих мест появилось, а время работы, проверок и прочего обслуживания было быстрее, чем в лучшие времена в периоды войны».

Ответ на четырехроторную Энигму

Блетчли-Парк инициировал программу по разработке гораздо более быстрых бомб, которые могли бы расшифровать четырехроторную систему в разумные сроки. Было два потока развития. Один, под кодовым названием Cobra, с электронным сенсорным блоком, был произведен Чарльзом Винном-Уильямсом из Исследовательского центра телекоммуникаций (TRE) в Малверне и Томми Флауэрсом из Главпочтамта (GPO). Другой, под кодовым названием Mammoth, был разработан Гарольдом Кином из BTM , Летчворт. Первоначальная поставка была запланирована на август или сентябрь 1942 года. Двойные проекты разработки создали значительную напряженность между двумя командами, каждая из которых поставила под сомнение жизнеспособность машины противоположной команды. После значительного внутреннего соперничества и споров Гордон Уэлчман (к тому времени заместитель директора Блетчли-Парка по механизации) был вынужден вмешаться, чтобы разрешить ситуацию. В конечном итоге Cobra оказалась ненадежной, и Mammoth пошел в серийное производство.

В отличие от ситуации в Блетчли-Парке, вооруженные силы США не имели единой криптоаналитической службы. Действительно, существовало серьезное соперничество между армии США службой разведки сигналов (SIS) и службой ВМС США, известной как OP-20-G . До того, как США вступили в войну, существовало сотрудничество с Великобританией, хотя и со значительной осторожностью со стороны Британии из-за чрезвычайной важности того, чтобы Германия и ее союзники не узнали о том, что ее кодексы нарушаются. Несмотря на некоторое плодотворное сотрудничество между криптоаналитиками, их начальству потребовалось некоторое время, чтобы установить доверительные отношения, в которых как британские, так и американские бомбы использовались для взаимной выгоды.

В феврале 1941 года капитан Эйб Синьков и лейтенант Лео Розен из армии США, а также лейтенанты ВМС США Роберт Уикс и Прескотт Карриер прибыли в Блетчли-парк, привезя, среди прочего, копию «Пурпурной» шифровальной машины для японцев Блетчли-парка. секция в Хижине 7 . Все четверо вернулись в Америку через десять недель с военно-морским радиопеленгатором и множеством документов. включая «бумажную загадку».

Позже Карриер писал:

Было полное сотрудничество. Мы побывали повсюду, включая Хижину 6. Мы наблюдали за всей операцией, и нам очень подробно объяснили все методы. Нас подробно проинформировали о новейших методах разгадки «Энигмы» и действиях с бомбами. У нас было достаточно возможностей делать столько заметок, сколько нам хотелось, и непосредственно наблюдать за всеми происходящими операциями.

Основным ответом на четырехроторную «Энигму» стала бомба ВМС США, которая производилась на гораздо менее ограниченных мощностях, чем те, которые были доступны в Великобритании во время войны.

Количество доступных 4-роторных бомб (Великобритания и США)

Год	Месяц	Число
1943	Июнь	4
1943	декабрь	95
1944	декабрь	160
1945	Может	180

Бомба ВМС США

Полковник Джон Тилтман , который позже стал заместителем директора в Блетчли-Парке, посетил офис криптоанализа ВМС США ( OP-20-G ) в апреле 1942 года и осознал жизненный интерес Америки к расшифровке сообщений подводных лодок. Острая необходимость, сомнения относительно рабочей нагрузки британских инженеров и медленный прогресс побудили США начать исследование конструкции бомбы ВМФ на основе полных чертежей и электрических схем, полученных лейтенантами ВМС США Робертом Эли и Джозефом Ичусом в Блетчли-парке в июле 1942 года. . Финансирование полного развития военно-морского флота стоимостью 2 миллиона долларов было запрошено 3 сентября 1942 года и одобрено на следующий день.

«Бомба» ВМС США содержала 16 четырехроторных аналогов «Энигмы» и была намного быстрее британских трехроторных «Бомб».

Командующий Эдвард Трэвис , заместитель директора, и Фрэнк Берч , глава военно-морской секции Германии, отправились из Блетчли-Парка в Вашингтон в сентябре 1942 года. Вместе с Карлом Фредериком Холденом , директором военно-морских коммуникаций США, они заключили 2 октября 1942 года соглашение между Великобританией и США, согласно которому может иметь «более сильные претензии, чем BRUSA , на то, что он является предшественником Соглашения UKUSA» , являясь первым соглашением, «установившим особые отношения Sigint между двумя странами» и «оно установило образец для UKUSA, поскольку Соединенные Штаты были во многом старший партнер в альянсе». Он установил отношения «полного сотрудничества» между Блетчли-Парком и OP-20-G.

Было рассмотрено полностью электронное решение проблемы быстрой бомбы. но был отклонен по прагматическим соображениям, и был заключен контракт с Национальной кассовой корпорацией (NCR) в Дейтоне, штат Огайо . В результате была создана Лаборатория вычислительных машин ВМС США . Инженерную разработку возглавил Джозеф Деш из NCR .

Алан Тьюринг , написавший меморандум к OP-20-G (вероятно, в 1941 году), был прикомандирован к миссии Объединенного штаба Великобритании в Вашингтоне в декабре 1942 года из-за его исключительно широких знаний о бомбах и методах их использования. Его попросили осмотреть бомбы, которые создавала НКР, и безопасность определенного оборудования для шифрования речи, разрабатываемого в Bell Labs. Он посетил OP-20-G и 21 декабря отправился в НКР в Дейтоне. Он смог показать, что нет необходимости строить 336 бомб, по одной для каждого возможного порядка роторов, используя такие методы, как Banburismus . Первоначальный заказ был сокращен до 96 машин.

В бомбах ВМС США использовались барабаны для роторов «Энигмы» почти так же, как и в британских бомбах. У них было восемь эквивалентов Enigma спереди и восемь сзади. Быстрый барабан вращался со скоростью 1725 об/мин , что в 34 раза превышало скорость первых британских бомб. «Остановки» обнаруживались электронным способом с использованием термоэмиссионных клапанов (вакуумных ламп) — в основном тиратронов — для высокоскоростных цепей. Когда «остановка» была найдена машина замедлилась, вернулась к найденному положению и распечатала его перед перезапуском. Время работы при запуске с 4 роторами составляло около 20 минут, а при запуске с 3 роторами - около 50 секунд. Каждая машина имела ширину 10 футов (3,0 м), высоту 7 футов (2,1 м), глубину 2 фута (0,61 м) и весила 2,5 тонны.

Первая машина была завершена и испытана 3 мая 1943 года. К 22 июня первые две машины, названные «Адам» и «Ева», взломали особенно сложный немецкий военно-морской шифр — настройки офицера на 9 и 10 июня. А. П. Махон, который присоединился к военно-морской секции в хижине 8 в 1941 году, сообщил в своей официальной «Истории хижины восемь 1939-1945» за 1945 год:

Американская бомба по своей сути была такой же, как и английская, хотя функционировала она гораздо лучше, поскольку им не мешала делать ее, как Кин был вынужден сделать из-за производственных трудностей, на основе трехколесной машины. К концу осени [1943 года] новые американские машины вводились в действие примерно по две в неделю, а общее количество составило около 125.

Эти бомбы были быстрее и вскоре более доступными, чем британские бомбы в Блетчли-парке и его пригородах. Следовательно, их использовали для работы в Хижине 6, а также в Хижине 8. В «Криптографической истории работы над немецкой военно-морской загадкой» Александра он написал следующее.

Когда американцы начали массово выпускать бомбы, происходил постоянный обмен сигналами – шпаргалки, ключи, тексты сообщений, криптографический чат и так далее. Все это происходило по кабелю, который сначала зашифровывался на объединенной англо-американской шифровальной машине CCM . Для большинства шпаргалок, имеющих оперативную актуальность, была необходима быстрая и эффективная связь, и в этом отношении были достигнуты высокие стандарты; сигнал чрезвычайного приоритета, состоящий из длинной шпаргалки со шпаргалкой и текстом сообщения, повторяемым в целях защиты от коррупции, занял бы менее часа с момента, когда мы начали записывать сигнал в Хижине 8, до завершения его расшифровки в Оп. 20 G. В результате этого мы смогли использовать Op. Бомбы калибра 20 G почти так же удобны, как если бы они находились на одной из наших аванпостов в 20 или 30 милях от нас. Ч. VIII пункт. 11

Производство было остановлено в сентябре 1944 года после того, как была изготовлена ​​121 бомба. Последняя изготовленная бомба ВМС США выставлена ​​в Национальном криптологическом музее США . Джек Ингрэм, бывший куратор музея, описывает, как ему сказали о существовании второй бомбы, и он искал ее, но не нашел ее целой. Неизвестно, хранится ли он в разобранном виде в ожидании открытия или больше не существует.

Бомба армии США

Бомба армии США физически сильно отличалась от бомб Великобритании и ВМС США. Контракт на его создание был подписан с Bell Labs 30 сентября 1942 года. Машина была разработана для анализа 3-роторного, а не 4-роторного движения. Она была известна как «003» или «Мадам Икс». Для изображения роторов Enigma не использовались барабаны, вместо этого использовались реле телефонного типа. Однако он мог решить одну проблему, с которой не могли справиться бомбы с барабанами. Набор из десяти бомб состоял в общей сложности из 144 эквивалентов «Энигмы», каждая из которых была установлена ​​на стойке длиной примерно 7 футов (2,1 м), высотой 8 футов (2,4 м) и шириной 6 дюймов (150 мм). Было 12 станций управления, которые могли придать любому из эквивалентов Enigma желаемую конфигурацию с помощью коммутационных панелей. Изменение порядка роторов не требовало механического процесса замены барабанов, а осуществлялось примерно за полминуты с помощью кнопок. Запуск с тремя винтами занял около 10 минут.

Бомба восстановить

В 1994 году группа под руководством Джона Харпера из Общества охраны компьютеров BCS начала проект по созданию рабочей копии бомбы. Проект потребовал детального исследования, и потребовалось тринадцать лет усилий, прежде чем была завершена копия, которую затем выставили на обозрение в музее Блетчли-Парк. В марте 2009 года он получил премию «Инженерное наследие». Реконструкция Bombe была перенесена в Национальный музей вычислительной техники в Блетчли-парке в мае 2018 года. новая галерея официально откроется 23 июня 2018 года.

Симуляторы

• Виртуальная бомба - онлайн-3D-моделирование бомбы Тьюринга-Уэлчмана.
• Симулятор Turing Bombe и бомбы ВМС США

См. также

• Криптоанализ загадки
• Колоссальный компьютер
• Хит Робинсон
• Жан Валентайн (оператор бомбы)

Ссылки

• Александр, К. Хью О'Д. (ок. 1945), Криптографическая история работы над немецкой военно-морской загадкой , Национальный архив, Кью, Справочник HW 25/1.
• Будянский, Стивен (2000), Битва умов: полная история взлома кодов во Второй мировой войне , Free Press, ISBN  978-0-684-85932-3
• Берк, Колин Б. (2002) [1994], Это было не все волшебство: ранняя борьба за автоматизацию криптоанализа, 1930-1960-е годы (PDF) , Форт-Мид: Центр криптологической истории, Агентство национальной безопасности, заархивировано из оригинала ( PDF) от 5 марта 2016 г.
• Картер, Фрэнк, От «остановок бомбы» до ключей «Энигмы» (PDF) , Технические документы, Милтон Кейнс: Bletchley Park Trust, заархивировано из оригинала (PDF) 8 января 2010 г.
• Картер, Фрэнк (2010), «Бомба Тьюринга» , The Rutherford Journal , 3 , ISSN   1177-1380
• Дэвис, Дональд (апрель 1999 г.), «Бомба — замечательная логическая машина», Cryptologia , 23 (2): 108–138, doi : 10.1080/0161-119991887793 , ISSN   0161-1194
• Дэвис, Дональд (июль 1999 г.), «Эффективность диагональной доски», Cryptologia , 23 (3): 229–239, doi : 10.1080/0161-119991887865 , ISSN   0161-1194.
• ДеБросс, Джим; Берк, Колин (2004), Секрет в здании 26: нерассказанная история ультравойны Америки против кодов-загадок подводных лодок , Random House, ISBN  978-0375508073
• Эллсбери, Грэм (1988), Бомба Тьюринга: что это было и как она работала , получено 1 мая 2010 г.
• Фарли, Роберт Д. (1990), Интервью по устной истории NSA-OH-14-83 Кампейн, Ховард, доктор, 29 июня 1983 г. (PDF) , Агентство национальной безопасности США, заархивировано из оригинала (PDF) 18 сентября 2013 г. , извлечено 3 января 2014 г.
• Харпер, Джон (2007), Британская бомба: КАНТАБ, проект восстановления
• Хинсли, Флорида ; Рэнсом, CFG; Найт, RCC (1988), Британская разведка во Второй мировой войне: Том 3, Часть 2: т. 3 , Кембридж: Cambridge University Press, ISBN  978-0-521-35196-6
• Кан, Дэвид (1991), Овладев загадкой: гонка за взлом немецких кодов подводных лодок, 1939–1943 , Houghton-Mifflin, ISBN  0-395-42739-8
• Кин, Джон (2003), Гарольд «Док» Кин и бомба в Блетчли-парке , Клеобери Мортимер, Англия: M&M Болдуин, ISBN  978-0-947712-42-6
• Махон, AP (1945), История хижины восемь 1939–1945 , Справочник Национального архива Великобритании HW 25/2 , получено 10 декабря 2009 г.
• Сэйл, Тони , «Алан Тьюринг, загадка и бомба» , Virtual Wartime Bletchley Park , получено 1 мая 2010 г.
• Себаг-Монтефиоре, Хью (2004) [2000], Загадка: Битва за код (изд. Cassell Military в мягкой обложке), Лондон: Weidenfeld & Nicolson, ISBN  978-0-297-84251-4
• Смит, Кристофер (2014), «Как я научился перестать беспокоиться и полюбить бомбу: машинные исследования и разработки и Блетчли-Парк» , History of Science , 52 (2): 200–222, doi : 10.1177/0073275314529861 , S2CID   145181963
• Смит, Майкл (2007) [1998], Станция X: Взломщики кодов из Блетчли-Парка , Серия Pan Grand Strategy (Pan Books, переработанное и расширенное издание), Лондон: Pan MacMillan Ltd, ISBN  978-0-330-41929-1
• Армия США (1945), «Отчет о бомбе дивизии США 6812, Исткот, 1944 год» , Коды и шифры Тони Сейла , заархивировано из оригинала 22 июля 2009 года , получено 1 мая 2010 года.
• Уэлчман, Гордон (2005) [1997], История Hut Six: Взлом кодов Enigma , Клеобери Мортимер, Англия: M&M Baldwin, ISBN  9780947712341 Новое обновленное издание ' Уэлчман, Гордон (1982), История хижины шесть: взлом кодов загадки , Лондон: Аллен Лейн, ISBN  0-7139-1294-4 » с приложением, состоящим из статьи Уэлчмана 1986 года, в которой исправляются его заблуждения в издании 1982 года.
• Венгер, Й.Н.; Энгстром, ХТ; Мидер, Род-Айленд (30 мая 1944 г.), История проекта «Бомба»: Меморандум для директора военно-морских коммуникаций , Морской музей (опубликовано в 1998 г.), заархивировано из оригинала 16 июня 2010 г.
• Венгер, JN (12 февраля 1945 г.), «Приложение II: Криптоаналитическая бомба армии США» , «Разгадка загадки: история криптоаналитической бомбы», брошюра АНБ , заархивировано из оригинала 2 октября 2014 г. , получено 24 января 2017 г. (также Национальный архив и группа записей управления документацией 457, файл 35701.)
• Уилкокс, Дженнифер Э (2001), «О загадке» , Решение загадки: история криптоаналитической бомбы, брошюра АНБ , Центр криптологической истории, Агентство национальной безопасности, ASIN   B0006RLRA4 , заархивировано из оригинала 17 марта 2010 г. , получено 9 апреля 2010 г.
• Уинтерботэм, FW (2001) [1974], The ULTRA Secret , Orion Books Ltd, ISBN  0-7528-3751-6
• Райт, Джон (2016), «Победа бомбы Тьюринга и расшифровка первой военно-морской загадки», Cryptologia , 41 (4): 295–328, doi : 10.1080/01611194.2016.1219786 , S2CID   205488462

Внешние ссылки

• Симулятор бомбы (на Javascript)
• Музей обучения - Бомба: вызов четырехроторной машины-загадки
• «Энигма и бомба Тьюринга» , Н. Шейлор, 17 апреля 1997 г. Включает симулятор ( апплет Java и язык C ).
• Дейтонские взломщики кодов - документальный фильм о бомбе ВМС США; информация о Деше, сотруднике Лаборатории вычислительных машин ВМС США.
• Симулятор бомб Тьюринга и ВМС США.
• Взлом шифров ВМС Германии: сообщения U534 Enigma M4: взломаны с помощью программы Turing Bombe
• Шифровальные машины Enigma в Музее криптографии.