Kaip buvo įveikta „Enigma“: šifravimo mašina, kurios kodai atrodė beveik neįveikiami

Sekite TechNaujienos Google

Antrojo pasaulinio karo metais vokiečių „Enigma“ šifravimo mašinos leido keisti kiekvienos raidės kodavimo taisykles nuolat sukant mechaninius rotorius. Bletchley Park istoriniame paaiškinime aprašomas sąjungininkų darbas siekiant skaityti užšifruotus pranešimus. Tikra Wikimedia archyvo fotografija rodo išlikusį to laikotarpio aparatą.

Mašinos išvaizda primena rašomąją mašinėlę, tačiau jos viduje esantys rotoriai, laidai ir komutacinės jungtys kiekvieną paspaustą raidę paversdavo kita raide. Jei siuntėjas ir gavėjas turėjo tinkamus nustatymus, pranešimą buvo galima atkurti. Nustatymų gausa sukūrė labai didelę galimų kombinacijų erdvę, todėl vien rankomis tikrinti kiekvieną variantą būtų buvę nepraktiška.

„Enigma“ istorija neatsiejama nuo Lenkijos matematikų. Marian Rejewskis, Jerzy Różyckis ir Henrykas Zygalskis dar iki karo atliko reikšmingą kriptanalizės darbą ir dalijosi rezultatais su sąjungininkais. Britanijoje šiuos pasiekimus plėtojo didesnės komandos, tarp jų ir Alanas Turingas, kurdamas automatizuotą analizės įrangą.

Kodėl vien mašinos sudėtingumo nepakako?

Šifravimo saugumas priklauso ne tik nuo matematikos ir mechanikos. Svarbios kasdienės operatorių procedūros, pranešimų struktūra, pasikartojimai ir tai, kaip dažnai keičiami raktai. Sąjungininkai naudojosi ir perimtais dokumentais, ir procedūrų klaidomis, ir technologine pažanga. Todėl nėra tikslu teigti, kad vienas žmogus per vieną dieną „nulaužė Enigmą“.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 3 minutės

NASA ir Japonija ruošiasi grąžinti Marso palydovo Fobo mėginius į Žemę

2 min. skaitymo • prieš 3 minutės

Kosmoso technologijų bendrovė „Redwire“ pristatė „ShadowVision“: DI padės sekti objektus ir valdyti jutiklius

2 min. skaitymo • prieš 13 minučių

Europos kosminė misija pirmą kartą parodė visą šiaurės pašvaistės žiedą iš kosmoso

Visi naujausi straipsniai →

Kriptanalizės rezultatai padėjo sąjungininkams geriau suprasti priešo veiksmus, tačiau konkrečių pranešimų skaitymo galimybės skyrėsi pagal laikotarpį bei naudojamą mašinos variantą. Istorija apima ilgą darbą ir daugybę specialistų, o ne vieną filmui tinkamą atradimo akimirką.

„Enigma“ buvo elektromechaninis šifravimo aparatas, kuriame kiekvienas klavišo paspaudimas keitė rotorių padėtį ir kartu šifro transformaciją. Dėl šios savybės paprastas raidžių dažnumo skaičiavimas negalėjo tiesiogiai atskleisti pranešimo. Tačiau tikroji sistema priklausė ir nuo operatorių procedūrų: pranešimų formato, kasdienių raktų, pakartojimų bei žinomų teksto fragmentų. Lenkų kriptoanalitikų, tarp jų Mariano Rejewskio, darbai padėjo pagrindą vėlesniam britų specialistų progresui Bletchley Parke. „Bombe“ įrenginiai automatizavo dalį galimų nustatymų tikrinimo, bet kodų iššifravimas vis tiek reikalavo žmonių darbo, žvalgybinės informacijos ir daugelio skirtingų metodų. Daugiau susijusios informacijos pateikiama straipsnyje apie šiandieninius šifravimo saugumo iššūkius.

Svarbi „Enigma“ istorijos dalis prasidėjo ne Didžiojoje Britanijoje, o Lenkijoje. Dar iki Antrojo pasaulinio karo lenkų kriptoanalitikai Marianas Rejewskis, Jerzy Różyckis ir Henrykas Zygalskis taikė matematinius metodus vokiečių šifravimo sistemai analizuoti. Jie kūrė įrankius ir sprendimus, leidusius nustatyti dalį kasdien keičiamų raktų. Šio indėlio negalima laikyti vien pagalbine istorija: jis turėjo tiesioginį poveikį vėlesnei sąjungininkų sėkmei.

1939 metų liepos 25–26 dienomis netoli Varšuvos įvyko slaptas lenkų, britų ir prancūzų specialistų susitikimas. Lenkų komanda pasidalijo savo metodais, įranga ir techninėmis žiniomis. Britanijos GCHQ istoriniame aprašyme pažymi, kad ši informacija iš esmės pakeitė britų kriptoanalizės galimybes. Tačiau tuo metu vokiečiai jau buvo patobulinę „Enigma“ veikimo procedūras, todėl ankstyvieji metodai nebegalėjo išspręsti visų naujų šifravimo variantų.

Bletchley Park komandoje Alanas Turingas ir Gordonas Welchmanas kūrė elektromechaninius „Bombe“ įrenginius, skirtus galimiems raktų nustatymams tikrinti. Jų darbas rėmėsi matematiniais apribojimais ir tikėtinomis pradinio teksto dalimis, o ne aklu visų galimų kombinacijų išbandymu. Nacionalinis kompiuterijos muziejus aiškina, kad kasdien reikėjo spręsti skirtingus raktų nustatymo uždavinius. Kai kurių dienų pranešimai būdavo perskaitomi greitai, kitų – visai ne.

„Enigma“ laužymas taip pat reikalavo didžiulės žvalgybinės infrastruktūros. Ryšio stebėjimo stotys rinko užšifruotus pranešimus, analitikai bandė atpažinti pasikartojančias formuluotes, o specialistai tikrino iššifruoto teksto prasmę. Svarbiausi rezultatai buvo slepiami itin griežtai, nes vokiečiai, sužinoję apie šifravimo sistemos kompromitavimą, galėjo pakeisti procedūras. Todėl vien techninis raktų nustatymas nebuvo visas operacijos tikslas.

Ši istorija primena, kad kriptografinė apsauga priklauso ne tik nuo teorinio galimų raktų skaičiaus. Didelę reikšmę turi operatorių įpročiai, raktų keitimo procedūros ir pasikartojantis turinys. Šiandien panašūs principai svarbūs valdant skaitmeninius raktus, paskyras ir apsaugos priemones. Pavyzdžiui, šiuolaikinio šifravimo atsparumo aptarimas taip pat turi atskirti teorinį algoritmo saugumą nuo realaus diegimo ir naudojimo rizikų.

Šiandien „Enigma“ yra pamoka apie informacijos saugumą. Net sudėtinga sistema gali būti pažeidžiama, jei netinkamai organizuojamas jos naudojimas. Dėl tos pačios priežasties šiuolaikinėje kibernetinėje gynyboje svarbūs ne tik šifravimo algoritmai, bet ir raktų valdymas, procedūros bei žmogiškųjų klaidų mažinimas.