Энигма-М4

Ключевая машина «Энигма-М4».

Ключевая инструкция Кригсмарине "Ключ М".

Enigma -M4 (также называемая Schlüssel M , точнее Schlüssel M Form M4 ) — роторная ключевая машина , которая использовалась для зашифрованной связи немецкой Кригсмарине во время Второй мировой войны с октября 1941 года.

В отличие от ранее использовавшихся Enigma-M3, а также Enigma I и Enigma-G, используемых немецкими секретными службами, Enigma-M4 характеризуется четырьмя роликами (за исключением входного ролика и обратного ролика). Это делает его криптографическое шифрование значительно более надежным, чем у других вариантов Enigma, имеющих всего три ротора, и поэтому союзники не могли его взломать в течение длительного времени.

Предыдущая история

Все части немецкого Вермахта использовали роторную шифровальную машину для шифрования своих секретных сообщений. Энигма . Однако использовались разные модели. В то время как армия и военно-воздушные силы использовали почти исключительно Enigma I, существовали различные варианты модели Enigma-M для военно-морского флота, который обычно называл ее «Schlüssel M». Основным отличием было использование большего количества роликов, чем в Enigma I, где три ролика можно было выбрать из пяти. В результате получилось 5-4-3 = 60 возможных положений роликов Enigma I.

С другой стороны, Enigma -M1 имела набор из шести различных роликов (обозначенных римскими цифрами от I до VI), три из которых были вставлены в машину. Это увеличило комбинаторную сложность до 6-5-4 = 120 возможных положений ролика. В Enigma-M2 диапазон роликов был увеличен еще на один, так что теперь стало возможным 7-6-5 = 210 слоев роликов. А у «Энигмы‑М3», которая использовалась на флоте в начале войны, было восемь катков, три из которых использовались. Это означало, что у М3 было 8-7-6 = 336 возможных положений роликов. использовалось только три В то время как в моделях от M1 до M3 в машине M4 было четыре ролика, в машине ролика, расположенных рядом друг с другом. Это значительно повысило криптографическую безопасность M4 по сравнению с моделями-предшественниками.

Операция была описана в уставе военно-морской службы М.Дв.Нр. 32/1 под заголовком «Ключ М – Общая процедура М». Ключевая процедура, используемая в Enigma-M4, была точно определена в этом документе.

Особенно важной частью ключевой процедуры, помимо корректной работы, было согласование общего криптологического ключа . Как и во всех симметричных криптосистемах, отправитель и получатель зашифрованного секретного сообщения не только должны были иметь одну и ту же машину, но также должны были настроить ее идентично друг другу. Для этого всем авторизованным участникам заранее были розданы таблицы секретных ключей. Для обеспечения безопасности внутри такой крупной организации, как Кригсмарине, существовало множество различных ключевых сетей, как в армии, так и в военно-воздушных силах, например «Эгир» для надводных боевых кораблей и вспомогательных крейсеров за рубежом, «Гидра» для боевых кораблей у побережья, «Медуза» для подводных лодок. в Средиземном море для линкоров и тяжелых крейсеров и «Тритон» для подводных лодок в Атлантике. Были и другие ключевые сети. Первоначально Кригсмарине использовала исключительно Enigma‑M3 для всех них.

Однако вскоре была признана необходимость сформировать отдельную, специально защищенную ключевую сеть для Эйнхайтена, действующего на Хоэхер-Зе. В октябре 1941 года в письме Верховного командования Кригсмарине (ОКМ) командиру линкоров была представлена ​​«клавиатура Нептуна» в качестве нового ключа и предписывалось использовать для этой цели Энигму-М4. Это произошло за четыре месяца до того, как М4 был принят на вооружение подводных лодок. В отличие от Тритона, ключевая сеть Нептуна в то время не была взломана.

Если снять ролики, слева можно увидеть тонкий реверсивный ролик с 26 контактными пластинами.

Два ролика Marine Enigma незадолго до сборки.

Сюда вставляются все ролики. Крайний слева — тонкий ФМ С, называемый «Цезарь» (обозначен гравировкой «С-»), а сразу справа — один из «греческих роликов», который при скремблировании не включается, но может быть включен. поворачивается вручную в одно из 26 положений (от A до Z).

M4 (без крышки) с полностью вставленным набором роликов.

Структура

Конструкция с Enigma‑M4 имеет некоторые особенности по сравнению I. Enigma Самым важным отличием является использование четырех роликов (роторов) по сравнению с тремя в других моделях. Четыре ролика были выбраны из восьми плюс два ролика. Следует различать ролики I–V, которые также использовались на Enigma‑I, ролики VI–VIII, знакомые по Enigma‑M3, и два ролика, специально разработанные для Enigma‑M4, которые были тоньше остальных и поэтому назывались «тонкими» роликами.

Технической причиной производства тонких роликов было желание ВМФ и дальше использовать тот же корпус, что и Enigma I и Enigma-M3. Для этой цели пространство, ранее занимаемое (толстым) реверсивным роликом, теперь должно было использоваться тонким реверсивным роликом и одним из недавно добавленных тонких четвертых роликов. Вместо римских цифр тонкие ролики маркировались греческими буквами , а именно «β» ( Бета ) и «γ» ( Гамма ). Хотя каждый из них можно было вручную повернуть в одно из 26 положений, в отличие от роликов с I по VIII, во время процесса шифрования они больше не вращались.

Схема подключения входного ролика и восьми вращающихся роликов (от I до VIII) Enigma-M4 была идентична Enigma I и M3. В частности, два невращающихся тонких ролика «Бета» и «Гамма» и два одинаково тонких реверсивных ролика (UKW) «Бруно» и «Цезарь». Соединение двух тонких роликов и реверсивных роликов было спроектировано таким образом, что комбинация реверсивного ролика (UKW) с «соответствующим» роликом (т. е. Бруно с Бетой или Цезарем с Гаммой) приводит к точно такому же инволютивному характеру. перестановка, как обратные ролики B и C (толстые) только у Enigma I и Enigma‑M3. Это служило цели обратной совместимости с более ранними системами. Единственным требованием для этого было то, чтобы ключ заклинания подводных лодок был выбран так, чтобы он начинался с «А». Тогда левый цилиндр оказался именно в том положении, в котором он работал вместе с соответствующим УКВ точно так же, как и соответствующий УКВ других моделей Энигмы.

Как и в Model-D, расположение клавиш и лампочек аналогично QWERTZU . Только буквы P и L были сдвинуты к краям нижнего ряда, в отличие от QWERTZU.

Q   W   E   R   T   Z   U   I   O
  A   S   D   F   G   H   J   K
P   Y   X   C   V   B   N   M   L

В отличие от других моделей, таких как Model-D, Model-K или Model-T, на клавиатуре не было поддержки цифр. Специальных символов (как в Model-G) также не было.

Для сжатия данных ВМФ использовал группы сигналов (четыре буквы) и фразы из кодовых книг, таких как «Короткий буклет сигналов» и «Краткая клавиша погоды», состоящие исключительно из букв.

При закрытой крышке «греческий валик», расположенный за левым окном валика, снаружи практически неотличим от остальных валиков.

«Тонкий» VHF B (крайний слева), также известный как «Бруно», в роликовой коробке M4 вместе с несколькими роликами.

Операция

Чтобы полностью установить ключ, военно-морской флот различал «внешнюю» и «внутреннюю» части ключа. Внутренний ключ включал выбор роликов, положение роликов и положение кольца. Настройки внутреннего ключа мог производить только офицер, который открывал корпус и соответствующим образом выбирал, настраивал и располагал ролики. Затем он снова закрыл «Энигму» и передал ее радисту.

Задача радиста заключалась в том, чтобы произвести настройки внешнего ключа, то есть вставить десять пар штекеров в штекерную плату на передней панели М4 в соответствии с дневным ключом, закрыть переднюю крышку и затем повернуть четыре ролика в правильное положение. исходное положение. В то время как внутренние настройки менялись только раз в два дня, внешние настройки приходилось менять каждый день. Ключевое изменение также произошло в открытом море в 12:00 DGZ («правовое время Германии»), например, рано утром для подводных лодок, действующих у восточного побережья Америки.

Заказанные ключи были в то время перечислены на сверхсекретных «клавишных досках». Здесь также проводилось различие между внутренними и внешними установками. Клавиатура, предназначенная для офицера, с внутренними настройками выглядела примерно так:

                     Key M " T r i t o n "
                     ---------------------------
 Month: J u n e   1945                          Test number:  123
 ------                                         ----------------
                       Secret matter of command!
                        ----------------------
                     Key panel M-General
                     ---------------------------
                          (Schl.T. M Allg.)
                         Inner attitude
                         ------------------
                      Change 1200 h D.G.Z.
                      --------------------------
         ----------------------------------------------
         |Months- |                                   |
         |  ayd   |     Inner attitude            |
         ----------------------------------------------
         |  29.   |B  Beta       VII     IV      V    |
         |        |   A          G       N       O    |
         ----------------------------------------------
         |  27.   |B  Beta       II      I       VIII |
         |        |   A          T       Y       F    |
         ----------------------------------------------
         |  25.   |B  Beta       V       VI      I    |
         |        |   A          M       Q       T    |
         ----------------------------------------------

В качестве примера выше показаны только несколько дней месяца, причем дни отсортированы по убыванию, как это было принято в то время. Это позволило легко отрезать и уничтожить «использованные» коды предыдущих дней. Другая клавиатурная доска, на которой перечислены внешние части клавиш, имела аналогичную структуру.

Пример на 27 июня 1945 года: Внутренняя настройка «B Beta II I VIII» означает, что офицер сначала должен был выбрать ролик B (тонкий) в качестве реверсивного ролика. Затем ему пришлось установить невращающийся греческий ролик Бета в положение кольца A, ролик II в положение кольца T, ролик I в положение кольца Y и, наконец, ролик VIII на крайнем правом углу (как быстрый ротор) в положение кольца F и вставить ролики в порядке слева направо. Немного почувствовав, положение кольца можно было установить и на установленных роликах. Офицер запер крышку ролика и передал М4 шифровальщику, который произвел внешние настройки, используя собственные документы.

                     Key M " T r i t o n "
                     ---------------------------
 Month: J u n e   1945                          Test number:  123
 ------                                         ----------------
                        Secret commando matter!
                        ----------------------
                         Key panel M-General
                     ---------------------------
                          (Schl.T. M Allg.)
                         External setting
                         ------------------
                        Change 1200 h D.G.Z.
                      --------------------------
----------------------------------------------------------------------
| Mon-  |                                                    | Home - |
| ths-  |            P l u g c o n n e c t i o n s           | Posi-  |
| day   |                                                    | tion   |
----------------------------------------------------------------------
|  30. |18/26 17/4 21/6 3/16 19/14 22/7 8/1 12/25 5/9 10/15 |H F K D |
|  29. |20/13 2/3 10/4 21/24 12/1 6/5 16/18 15/8 7/11 23/26 |O M S R |
|  28. |9/14 4/5 18/24 3/16 20/26 23/21 12/19 13/2 22/6 1/8 |E Y D X |
|  27. |16/2 25/21 6/20 9/17 22/1 15/4 18/26 8/23 3/14 5/19 |T C X K |
|  26. |20/13 26/11 3/4 7/24 14/9 16/10 8/17 12/5 2/6 15/23 |Y S R B |

На М4 розетки обозначались цифрами, а не буквами. На заводской табличке указан производственный код Olympia Büromaschinenwerke в Эрфурте и год 44 (1944).

Радиомастер должен был соединить двухполюсные розетки на передней панели соответствующими двухполюсными кабелями. Как правило, подключалось ровно десять кабелей. Шесть букв оставались «неподключенными». Штекерные соединения на флоте (в отличие от других частей Вермахта) располагались в цифровом, а не в алфавитном порядке. В соответствующем секретном уставе военно-морской службы М.Дв.Нр. 32/1 под названием «Der Schlüssel M - Verfahren M Allgemein» в помощь оператору была приведена таблица преобразования.

А	Б	С	Д	И	Ф	Г	ЧАС	я	Дж	К	л	М	Н	ТО	П	вопрос	Р	С	Т	В	V	В	Х	И	С
01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26

Теперь ключевой оператор должен был повернуть четыре ролика в определенное исходное положение, и «Энигма-М4» была готова к шифрованию или расшифровке радиосообщений.

Катушка, отмеченная римской цифрой VI, является одной из трех катушек, разработанных исключительно для ВМФ.

Ключевая комната

Размер пространства клавиш Enigma‑M4 можно рассчитать, исходя из четырех отдельных частичных клавиш и количества различных настроек клавиш, возможных в каждом случае. Общее пространство клавиш Enigma‑M4 определяется следующими четырьмя факторами:

а) положение ролика

Три из восьми барабанов выбираются на нужные три места. Кроме того, один из двух греческих роликов для левого положения и один из двух реверсивных роликов для крайнего левого положения. В результате получается 2-2-(8-7-6) = 1344 возможных положения ролика (соответствует « длине ключа » около 10 бит ).

б) положение кольца

Для каждого из двух правых роликов имеется 26 различных положений колец. Кольца двух левых роликов не способствуют увеличению пространства клавиш, так как греческий ролик не индексируется. Всего имеют значение 26² = 676 позиций кольца (соответствует примерно 9 битам).

в) положение ролика

Для каждого из четырех роликов имеется 26 различных положений. (Реверсивный ролик не регулируется.) Всего 26 ⁴ = Таким образом, доступно 456 976 позиций роликов (что соответствует чуть менее 19 битам). Если предполагается, что положение кольца известно, 26³-26² = 16 900 начальных позиций, которые необходимо исключить как криптографически избыточные. В результате остается 440 076 позиций роликов (что также соответствует примерно 19 битам).

г) штекерные соединения

Между 26 буквами можно выполнить максимум 13 штекерных соединений. В случае с пустой платой разъема (в таблице ниже она обозначена нулевым номером) существует 26 вариантов первого подключения для одного конца разъема, а затем еще 25 для другого конца кабеля. Это значит, что существует 26-25 различных вариантов подключения первого кабеля. Однако, поскольку не имеет значения, в каком порядке подключаются два конца кабеля, половина опций опущена. Это оставляет 26-25/2 = 325 возможностей для первого подключения. Во втором случае вы получите 24-23/2 = 276 возможностей. В общем случае существует (26-2 n +2)-(26-2 n +1)/2 возможностей для n -го штекерного соединения (см. также: Формула суммирования Гаусса).

Количество штекерное соединение	Возможности для		Варианты для штекерное соединение
	первая страница	вторая страница
0	1	1	1
1	26	25	325
2	24	23	276
3	22	21	231
4	20	19	190
5	18	17	153
6	16	15	120
7	14	13	91
8	12	11	66
9	10	9	45
10	8	7	28
11	6	5	15
12	4	3	6
13	2	1	1

Общее количество возможных комбинаций штекеров при использовании нескольких штекеров определяется произведением возможностей отдельных штекерных соединений. Однако, поскольку порядок выполнения и здесь неважен (он криптографически эквивалентен, если, например, A подключается сначала с X, а затем B с Y или наоборот, сначала B с Y, а затем A с X), соответствующие случаи не следует рассматривать как комбинации клавиш. В случае двух штекерных соединений это ровно половина случаев. Поэтому предварительно определенное произведение необходимо разделить на 2. При трех штекерных соединениях существует 6 возможных последовательностей выполнения штекерных соединений, все шесть из которых криптографически эквивалентны. Поэтому произведение необходимо разделить на 6. В общем случае при n штекерных соединениях произведение ранее определенных возможностей делится на n ! (Факультет). Число возможностей ровно n штекерных соединений определяется выражением

${\frac {1}{n!}}\prod _{i=1}^{n}{\frac {(26-2i+2)(26-2i+1)}{2}}\;=\;{\frac {26!}{2^{n}\cdot n!\cdot (26-2n)!}}$

Затыкать	Возможности для
	Штекерное соединение	Ровно n плагин связи	До n плагин связи
0	1	1	1
1	325	325	326
2	276	44850	45176
3	231	3453450	3498626
4	190	164038875	167537501
5	153	5019589575	5187127076
6	120	100391791500	105578918576
7	91	1305093289500	1410672208076
8	66	10767019638375	12177691846451
9	45	53835098191875	66012790038326
10	28	150738274937250	216751064975576
11	15	205552193096250	422303258071826
12	6	102776096548125	525079354619951
13	1	7905853580625	532985208200576

Для М4 нужно было выполнить ровно десять штекерных соединений. Согласно таблице выше, это дает 150 738 274 937 250 (более 150 триллионов) возможностей плагинов (соответствует примерно 47 битам).

Общее пространство клавиш Enigma‑M4 с тремя роликами, выбранными из восьми, одним из двух греческих роликов и одним из двух обратных роликов и с использованием десяти разъемов, можно рассчитать как произведение 1344 позиций роликов, 676 позиций колец и 439 400 позиций роликов и 150 738 274 937 250 возможностей разъемов, определенных в разделах a)–d) выше. Это составляет:

1344 · 676 · 440.076 · 150.738.274.937.250 = 60.269.444.695.419.208.913.664.000

Это больше 6-10 ²⁵ возможностей и соответствует длине ключа почти 86 бит .

Ключевая комната огромна. Однако, как более подробно объясняется в Основной статье об Энигме , размер пространства ключей является лишь необходимым, но не достаточным условием безопасности криптографического метода. Даже такой простой метод, как простая одноалфавитная замена (с использованием 26 букв, например M4), имеет ключевое пространство, равное 26! (факториал), что составляет примерно 4-10 ²⁶ и соответствует примерно 88 битам и, таким образом, даже немного больше, чем Enigma-M4. Тем не менее одноалфавитная замена весьма неопределенна и легко может быть нарушена ( расшифрована ).

U-110 и HMS Bulldog

Единственная уцелевшая бомба Деша в Национальном криптологическом музее.

Расшифровка

Британские криптоаналитики работали над расшифровкой «Энигмы» в Блетчли-парке , примерно в 70 км (43 милях) к северо-западу от Лондона , с момента начала войны. Важнейшим инструментом была специальная электромеханическая машина под названием « бомба Тьюринга» , изобретенная английским математиком Аланом Тьюрингом и которую можно было использовать для определения действительных ключей дня. Для этого требовались «вероятные слова», то есть фрагменты текста, которые появляются в открытом тексте и подлежат расшифровке. Криптоаналитики извлекли выгоду из немецкой тщательности в написании рутинных сообщений, таких как сводки погоды, с повторяющимися шаблонами, которые можно было использовать для расшифровки. С помощью бомбы Тьюринга с января 1940 года удалось расшифровать сначала радиосообщения, зашифрованные Люфтваффе, а затем и армейские.

Метод шифрования, используемый Кригсмарине, то есть « Шлюссель М» , оказался гораздо более устойчивым к попыткам расшифровки. Даже «Энигму-М3» с ее всего тремя (а не четырьмя) цилиндрами было труднее сломать, чем «Энигму», которую я использовал в Люфтваффе и армии. Помимо использования большего диапазона цилиндров (восемь вместо пяти на выбор), это также во многом было связано с особенно сложной системой Verfahren zur Spruchschlüsselvereinbarung , которую использовал военно-морской флот. Британским взломщикам кодов удалось проникнуть на Шлюссель М только в мае 1941 года после захвата немецкой подводной лодки U-110 вместе с неповрежденным двигателем М3 и всеми секретными документами ( кодовыми книгами ), включая важные двухбуквенные обменные таблички британским эсминцем. HMS Bulldog , 9 мая 1941 года.

Особенно болезненным перерывом («затмением») для британцев стал момент замены М3 на подводных лодках М4 (с четырьмя катками) 1 февраля 1942 года. Эту процедуру, названную Schlüsselnetz Triton немцами и англичанами «Акулой» (нем. «Hai»), нельзя было нарушить в течение десяти месяцев, периода, который моряки подводных лодок называли « Вторым счастливым временем », в течение которого немецкие подводные лодки снова добились крупных успехов. Обкатка «Акулы» была достигнута только в декабре 1942 года. после того, как 30 октября 1942 года британский эсминец Petard сбил немецкую подводную лодку U-559 в Средиземном море. U-559 была взята на абордаж и захвачены важные секретные ключевые документы, такие как короткий сигнальный буклет и клавиша быстрого доступа к погоде, с помощью которых Блетчли-Парку также удалось преодолеть Энигму-М4 и Тритон. Однако первоначально на расшифровку сообщений уходило несколько дней, что снижало ценность информации.

С 1943 года на помощь пришли американцы, под руководством Джозефа Деша в Лаборатории вычислительных машин ВМС США (NCML), базирующейся на базе Национальной кассовой компании (NCR) в Дейтоне ( штат Огайо ), более 120 единиц по состоянию на 1943 год. апрель 1943 г. производила высокоскоростные варианты британской бомбы , специально предназначенные против М4. Американские агентства, такие как Агентство безопасности сигналов (SSA), Служба дополнительной деятельности в области связи (CSAW) и Подразделение береговой охраны США 387 (USCG Unit 387), освободили британцев от большей части трудоемкой повседневной работы. нашли и смогли быстро и без проблем сломать Тритон. Британцы теперь оставили обнаружение ключей М4 своим американским союзникам и их быстрым бомбам Деш . С сентября 1943 года расшифровка радиосообщений М4 обычно занимала менее суток. Даже если радиосообщение можно было полностью расшифровать, не все части всегда были понятны, поскольку информация о местоположении «перекодировалась» с использованием специальной процедуры и, таким образом, особо защищалась. В ноябре 1941 года Кригсмарине ввела для этой цели так называемую процедуру адресной книги.

4 июня 1944 года захват U-505 снова принес актуальный ключевой материал: краткий сигнальный буклет, буклет опознавательной группы и, прежде всего, так называемую процедуру адресной книги. Это была срочно разыскиваемая секретная процедура перекодирования местонахождения подводных лодок. Выход секретного материала из U-505 сравнялся с выходом U-110 и U-559 .

За время войны в хижине номер восемь (барак 8) в Блетчли-парке было расшифровано более миллиона военно-морских радиосообщений. Это охватывает период с осени 1941 г. до безоговорочной капитуляции Вермахта в мае 1945 г., благодаря чему, за исключением «затмения» с февраля по декабрь 1942 г., удалось сохранить непрерывный характер дешифровки большей части документов. время.

Буклет опознавательной группы, захваченный американцами с U-505

Значение для истории войны

Расшифровка радиосигнала М4 имела огромное значение для прогресса союзников в U-Boot-Abwehr. Донесения с лодок с точной информацией о местоположении и курсе предоставили союзникам полную картину стратегической ситуации. Подводные лодки также выдали себя, просто отправив радиотелеграммы, которые могли быть обнаружены и локализованы с помощью радиопеленгаторов, таких как Хафф-Дафф, с помощью военных кораблей союзников. Радар как средство радиолокации на море и ASDIC, ранняя форма гидролокатора , для обнаружения звука под водой были еще одним важным тактическим инструментом для подводной охоты. Но ничто из этого не давало столь полной картины ситуации, как радиопередачи.

Непосредственным следствием американской расшифровки стало потопление одиннадцати из восемнадцати немецких самолетов Versorgungs-U-Boote (« Milchkühe ») в течение нескольких месяцев в 1943 году. Это привело к ослаблению всех атлантических подводных лодок, которые больше не могли снабжаться морем, и им пришлось совершить долгий и опасный путь домой через Бискайский залив к базам подводных лодок на западном побережье Франции.

Особенно для выполнения операции «Оверлорд» , запланированного вторжения в Нормандию, руководству союзников было крайне важно иметь наиболее полную, актуальную и, конечно же, правильную картину ситуации. После захвата U-505 непосредственно перед запланированным днем ​​«Д» , который затем состоялся двумя днями позже, 6 июня, они опасались, что немецкие ключевые процедуры могут внезапно измениться в результате того, что о захвате U-505 станет известно. Это могло предотвратить взлом ключей «Энигмы» в день вторжения, что могло иметь фатальные последствия для сил вторжения. На деле, однако, все осталось неизменным, и поэтому дневной ключ можно было взломать менее чем через два часа после полуночи с помощью шпаргалки «WETTERVORHERSAGEBISKAYA», о которой британские криптоаналитики легко догадались и предположили правильно. и вторжение удалось.

Многие немецкие водители подводных лодок, прежде всего бывший начальник B-Dienst (службы наблюдения) Кригсмарине, еще долгое время после войны были уверены, что «их» четырехроликовый ключевой автомат «небьется». Когда в 1974 году стала известна британская информация, которая ясно доказала обратное, это вызвало настоящий шок среди выживших в подводной войне, поскольку из примерно 40 000 немецких подводников около 30 000 не вернулись домой из командировки - самый высокий уровень потерь среди всех немецких родов войск. Особое историческое значение «Энигмы-М4» и ее расшифровки подчеркивается заявлением бывшего премьер-министра Великобритании Уинстона Черчилля : «Единственное, что действительно пугало меня во время войны, — это опасность подводных лодок». (Английский: « Единственное, чего я действительно боялся во время войны, — это подводная угроза». )

Проверка безопасности

Из-за различных подозрительных событий немецкая сторона провела несколько расследований безопасности собственной машины. Показательный пример немецких соображений, процедур, выводов и мер, вытекающих из них, можно найти в англоязычном, совершенно секретном протоколе допроса, классифицированном в то время как СОВЕРШЕННО СЕКРЕТНО «УЛЬТРА» , который был опубликован сразу после войны, в июне. 21 октября 1945 года, Союзным (британо-американским) TICOM ( Комитетом целевой разведки ) в Школе морской разведки во Фленсбурге-Мюрвике . В нем записаны показания немецкого военно-морского офицера лейтенанта Ханса-Йоахима Фровейна, который с июля по декабрь 1944 года был направлен в OKM/4 Skl II (Abteilung II der Seekriegsleitung ) для расследования безопасности M4. Ведущий немецкий криптоаналитик Вильгельм Транов , которого также допрашивали в этом контексте, пояснил, что причиной этого расследования стал чрезвычайно высокий уровень потерь, понесенных немецкими подводными лодками, особенно в 1943 и первой половине 1944 года. Командование не смогло объяснить этого, тем более, почему подводные лодки были потоплены в весьма специфических положениях, и вновь задалось вопросом: «Безопасна ли машина?»

Для выяснения этого вопроса Фровейн был откомандирован из Skl III в Skl II на шесть месяцев с июля 1944 года с приказом провести тщательное расследование безопасности четырехроликовой «Энигмы». Для этой цели к нему были прикомандированы еще два офицера и десять солдат. Они начали свои расследования с предположения, что противнику известна машина, включая все ролики, и что у них есть предположительно открытый текст (Шпаргалка) длиной в 25 букв. Причиной выбора этой относительно короткой длины кроватки было знание того, что радиосообщения U-Boot часто бывают очень короткими. Результатом расследования стало то, что этого было достаточно, чтобы открыть положение ролика и заглушку.

Фровейн смог подробно объяснить британским следователям свои мысли и действия в то время, когда дело дошло до раскрытия его собственной машины. Хотя ни у него, ни у кого-либо из его коллег не было опыта криптоанализа ключевых машин, таких как коммерческая «Энигма», им удалось взломать М4 за шесть месяцев, по крайней мере теоретически. Разработанные методы были поразительно похожи на те, которые реально применяли британцы в ВР , но Фровейн, конечно, этого не знал. Далее он объяснял, что он также понял, что его метод взлома будет серьезно нарушен, если левый или средний ролик внутри кроватки выдвинется вперед. Это потребовало бы различения случаев при криптоанализе, что увеличило бы рабочую нагрузку в 26 раз, что считалось практически неприемлемо высоким для потенциального злоумышленника.

После представления результатов военно-морское командование пришло к выводу, что хотя М3 и даже М4 были теоретически уязвимы для атаки, это уже не было бы так, если бы было обеспечено, чтобы выдвижение катков (среднего катка) происходило достаточно часто. . Поэтому в декабре 1944 г. было приказано с немедленным вступлением в силу в качестве правого катка использовать только катки с двумя передаточными насечками, то есть один из катков VI, VII или VIII. Эта мера сократила вдвое количество возможных позиций роликов (с 8-7-6=336 до 8-7-3=168), что означало ослабление комбинаторной сложности, но в то же время укрепило машину против признанной слабости.

Кригсмарине также передала результаты расследования другим частям Вермахта, которые продолжали использовать только «Энигму I», которая была криптографически слабее, чем М4, и имела всего три цилиндра и, как следствие, 60 слоев цилиндров. Согласно заявлению Фровейна в отчете TICOM, Heeresführung было «удивлено мнением ВМФ, основанным на этом расследовании» (...армия была удивлена ​​мнением ВМФ, основанным на этом расследовании)» .

Хронология

Ниже приводится список некоторых важных дат в истории Enigma‑M4.

Дата	Событие
15 октября 1941 г.	Введение ключевой сети «Нептун» для линкоров с М4.
ноябрь 1941 г.	Внедрение процедуры адресной книги для сокрытия сведений о должности
1 февраля 1942 г.	Введение M4 теперь и для подводных лодок (первоначально только греческий каток β ).
30 октября 1942 г.	HMS Petard запечатлел второе издание ярлыка погоды с U-559.
12 декабря 1942 г.	Блетчли Парку удается проникнуть в Тритон
10 марта 1943 г.	Третье издание аббревиатуры погоды
1 июля 1943 г.	Введение греческого ролика γ
5 июня 1944 г.	Восстановление краткого сигнального буклета, буклета идентификационной группы, адресной книги и М4 с U-505.

Поломка ключа М

Год	Дж	Ф	М	А	М	Дж	Дж	А	С	ТО	Н	Д
1939									тот	тот	тот	тот
1940	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот
1941	тот	тот	тот	тот	#	#	#	#	#	тот	#	#
1942	#	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	тот	#
1943	#	#	тот	#	#	#	#	#	#	#	#	#
1944	#	#	#	#	#	#	#	#	#	#	#	#
1945	#	#	#	#	#

Легенда: o Нет расшифровки # Дешифровка успешна

Три пробела (о) в способности союзников к расшифровке поразительны. Причинами этого являются:

• В октябре 1941 года «Тритон» был сформирован как отдельная ключевая сеть только для подводных лодок (первоначально еще с М3).
• В феврале 1942 года для подводных лодок был введен М4, преодолеть который удалось только десять месяцев спустя, в декабре («второе счастливое время»).
• В марте 1943 года вышло новое издание сводки погоды. С сентября 1943 года радиосообщения М4 обычно прерывались в течение 24 часов.

M4 производился с 1941 года, первоначально на главном производственном заводе Konski & Krüger в Берлине . (K&K) в Берлине . С 1942 года производство также было передано на аутсорсинг в другие места (см. Также: Список производственных кодов Enigma). Большая часть (около 45%) производства М4 с 1942 года осуществлялась компанией Olympia Büromaschinenwerke AG в Эрфурте . Доступны следующие цифры:

Год	Номер К&К	Анз. Олимпия
1942	1011	–
1942	1450	–
1943	2238	300
1944	1500	2870
1945	–	800

На этой фотографии, сделанной в марте 1941 года, менее чем за год до того, как М4 поступил на вооружение 1 февраля 1942 года, М3 все еще можно увидеть в радиошкафу U-124 , который также служил ключевой комнатой.

Этот М4, захваченный с немецкой подводной лодки U-505 , оснащен «Шрайбмаксом», благодаря которому трудоемкое чтение буквенных ламп осталось в прошлом.

Аутентичное радиосообщение

Примером может служить сообщение капитана-лейтенанта Хартвига Лукса, командира немецкой подводной лодки U 264 , которое было зашифровано с помощью Enigma-M4 19 ноября 1942 года, незадолго до окончания отключения электроэнергии . Перед шифрованием радист передал текст в нотации Enigma, который затем побуквенно зашифровал с помощью M4 и, наконец, отправил зашифрованный текст азбукой Морзе. Поскольку «Энигма» может кодировать только заглавные буквы, числа записывались по цифрам, знаки препинания были заменены на «Y» для запятой и «X» для точки, имена собственные были заключены в «J», а важные термины или буквы удваивались или утроено для защиты от недоразумений, вызванных ошибками передачи. Во флоте также было принято располагать текст группами по четыре человека, а в армии и ВВС - группами по пять человек. Короткие радиосообщения и почти неизбежные на практике ошибки в написании и передаче затрудняют расшифровку на основе статистического анализа.

Более подробный открытый текст:

Автор: U 264 Hartwig Looks - Радиотелеграмма 1132/19 - Содержание:

Во время атаки глубинными бомбами/водяными бомбами нас столкнуло под воду. Последнее местоположение противника, которое мы обнаружили, было в 8:30 часов на военно-морском плацу AJ 9863 (  51,550 ° N 41,583 ° W  / 51,550; -41,583  ( Радиосообщение «Энигма-М4» U-264 Смотрит 19 ноября 1942 года ) ), курс 220 градусов, скорость 8 узлов . Мы присоединяемся. Погодные данные: барометрическое давление падает до 1014 миллибар . Ветер северо-северо-восточный, сила 4 балла. Видимость 10 морских миль .

Сокращенный простой текст:

From Looks - FT 1132/19 - Contents: 

Pressed under water during attack, Wabos. 

Last enemy position 0830 hrs Mar.-Qu. AJ 9863, 220 degrees, 8 nm. 

Push to. 14 mb, falling. NNO 4. visibility 10.

Транскрибируемый простой текст группами по четыре человека:

vonv onjl ooks jfff ttte inse insd reiz woyy eins
neun inha ltxx beia ngri ffun terw asse rged ruec
ktyw abos xlet zter gegn erst andn ulac htdr einu
luhr marq uant onjo tane unac htse chsd reiy zwoz
wonu lgra dyac htsm ysto ssen achx eins vier mbfa
ellt ynnn nnno oovi erys icht eins null

Шифротекст (с орфографическими и транскрипционными ошибками):

NCZW VUSX PNYM INHZ XMQX SFWX WLKJ AHSH NMCO CCAK
UQPM KCSM HKSE INJU SBLK IOSX CKUB HMLL XCSJ USRR
DVKO HULX WCCB GVLI YXEO AHXR HKKF VDRE WEZL XOBA
FGYU JQUK GRTV UKAM EURB VEKS UHHV OYHA BCJW MAKL
FKLM YFVN RIZR VVRT KOFD ANJM OLBG FFLE OPRG TFLV
RHOW OPBE KVWM UQFM PWPA RMFH AGKX IIBG

Зашифрованный текст удалось расшифровать 2 февраля 2006 г. при следующих настройках ключа:

Базовая позиция и ключ:

Roller position: UKW Bruno-Beta-II-IV-I
Ring position: AAAV
Plug: AT BL DF GJ HM NW OP QY RZ VX
Saying key: VJNA

Расшифрованный текст (с орфографическими и транскрипционными ошибками, перерывами и пробелами для удобства чтения):

von von j looks j hff ttt eins eins drei zwo yy qnns neun inhalt xx
bei angriff unter wasser gedrueckt y
wabos x letzter gegnerstand nul acht drei nul uhr mar qu anton jota neun acht seyhs drei y
zwo zwo nul grad y acht sm y
stosse nach x
ekns vier mb faellt y nnn nnn ooo vier y sicht eins null

Текст в 232 символа (номер группы 58) необычно длинный. и не использует ни краткого сигнального буклета, ни ключа сокращения погоды.

Информация о погоде «Давление воздуха 1014 мб, ветер северо-северо-восточный, 4 балла, видимость 10 морских миль» была бы сокращена с помощью погодной аббревиатуры (WKS) до 8 символов.

hrbw apeh

вместо используемых 44 символов

eins vier mbfa ellt ynnn nnno oovi erys icht eins null

Литература

• Артур О. Бауэр: Радиопеленгация как оружие союзников против немецких подводных лодок 1939–1945 гг . Самостоятельная публикация, Diemen Нидерланды, 1997 г., ISBN   3-00-002142-6 .
• Фридрих Л. Бауэр : Расшифрованные тайны. Методы и принципы криптологии. 3-е, исправленное и дополненное издание. Спрингер, Берлин и др. 2000, ISBN   3-540-67931-6 .
• Ральф Эрскин, Фруд Вейруд: Военно-морская загадка – M4 и ее роторы. В: Криптология . Группа 11, №. 4, 1987, с. 235–244, doi:10.1080/0161-118791862063 .
• Стивен Харпер: Битва за Энигму. Охота на U-559 . Миттлер, Гамбург, 2001 г., ISBN   3-8132-0737-4 .
• OKM : Ключ M – Общая процедура M. Берлин, 1940 год. cryptomuseum.com (PDF; 3,3 МБ)
• Йоахим Шредер: Серьезная находка — «Дело» U 110 и сенсационный захват «Энигмы» . В: Клаузевиц — Военно-исторический журнал , выпуск 1, 2015 г., с. 56-61.
• Хью Себаг-Монтефиоре : Загадка – Битва за код . Cassell Military в мягкой обложке, Лондон, 2004 г., ISBN   0-304-36662-5 .

Внешние ссылки

Подробности

• Enigma M4 в Крипто-музее (на английском языке).
• Schlüssel M4 Фотогалерея и пояснения к M4 и аксессуарам (на английском языке).
• История хижины восемь, 1939–1945 гг., Автор: А. П. Махон (английский).
• Различные типы подводных радиосообщений (PDF, 378 КБ), Отрывки из книги Артура О. Бауэра.
• Щепотка от U 559 , короткая клавиша захвата погоды и буклет коротких сигналов (на английском языке).

Документы

• Ключ M (PDF; 3,3 МБ), скан оригинального регламента 1940 года в Криптомузее.
• Доски обмена двойными буквами Пароль: «Источник».
• Доски для обмена двойными буквами Пароль: «Море».
• Doppelbuchstabentauschtafel B Пароль: «River» (аутентичное написание).

Расшифровки

• Взлом шифров ВМС Германии , современная расшифровка М4 (англ.).
• M4 Message Breaking Project , современная расшифровка M4 (англ.).
• Союзники раскрывают военно-морскую загадку Ральфа Эрскина (английский).

Экспонаты

Фотографии, видео и аудио

• Фотография «греческого ролика» Бета (β) в Криптомузее.
• Видеоинтервью с Хартвигом Луксом (2003 г.) о нападении на конвой на YouTube (4 фута 15 дюймов).

Репродукционные проекты

• Реплика М4 .
• Реплика М4 (английская).

Моделирование M4

• Windows , Enigma I, M3 и M4 реалистично визуализированы (английский).
• МАС ОС (английский).
• ОС RISC (английский).