Польшаның Enigma шифрін бұзуға арналған құрылғысы – "бомба". 1938 ж. Мариан Реевский жасаған, неміс шифрларын бұзуға көмектескен маңызды жаңалық. Тарихы қызықты!
Polish decryption device
the Polish decryption device
Бомба немесе bomba kryptologiczna (поляк тілінде "бомба" немесе "криптологиялық бомба") – 1938 жылдың қазан айында Польшалық шифр бюросының криптологы Мариан Реевски жасаған, неміс Enigma машинасының шифрларын бұзуға арналған арнайы құрылғы.
The bomba, or bomba kryptologiczna (Polish for "bomb" or "cryptologic bomb"), was a special purpose machine designed around October 1938 by Polish Cipher Bureau cryptologist Marian Rejewski to break German Enigma machine ciphers.
Этимология
Бұл машинаның қалай "бомба" деп аталғаны қызығушылық пен болжамдарға орын берді. Бір теория, көбінесе шындықтан алыс, поляк инженері және әскери офицері Тадеуш Лисицкийден (Реевский мен оның әріптесі Генрик Зигальскиді соғыс кезіндегі Ұлыбританияда білген, бірақ Шифр бюросымен байланысы болмаған) бастау алды. Ол, Ержан Рожицкий (үшінші Энигма шифрлеушісінің ең жасы, 1942 жылдың қаңтарында Жерорта теңізіндегі кеме апатта болған) осы аттас мұздақтың десертінің атымен "бомба" деп атады деп мәлімдеді. Бұл оқиға сенімсіз, өйткені Лисицкий Рожицкийді білмеген. Реевский өзі бұл құрылғыны "жақсырақ идея болмағандықтан" "бомба" деп атады деді. Ең сенімді түсіндірмені Шифр бюросының техникалық қызметкері Чеслав Бетлевский береді: Шифр бюросының неміс бөлімшесі B. S. 4-тегі жұмысшылар машинаны "бомба" (сондай-ақ, "жуу машинасы" немесе "мангл") деп атады, себебі ол жұмыс істеген кезде ерекше, өте жұмсақ дыбыс шығарды. 1945 жылдың 15 маусымындағы АҚШ армиясының жоғары құпия есебінде былай делінген:
How the machine came to be called a "bomb" has been an object of fascination and speculation. One theory, most likely apocryphal, originated with Polish engineer and army officer Tadeusz Lisicki (who knew Rejewski and his colleague Henryk Zygalski in wartime Britain but was never associated with the Cipher Bureau). He claimed that Jerzy Różycki (the youngest of the three Enigma cryptologists, and who had died in a Mediterranean passenger ship sinking in January 1942) named the "bomb" after an ice cream dessert of that name. This story seems implausible, since Lisicki had not known Różycki. Rejewski himself stated that the device had been dubbed a "bomb" "for lack of a better idea". Perhaps the most credible explanation is given by a Cipher Bureau technician, Czesław Betlewski: workers at B. S. 4, the Cipher Bureau's German section, christened the machine a "bomb" (also, alternatively, a "washing machine" or a "mangle") because of the characteristic muffled noise that it produced when operating. A top secret U. S. Army report dated 15 June 1945 stated:
"Шешімді жылдамдату үшін "бомба" деп аталатын машина қолданылады. Алғашқы машинаны поляктар жасаған, ол қолмен басқарылатын көптеген Энигма машинасы болды. Мүмкін болатын шешімге жеткенде, машинадан бір бөлігі қатты дыбыспен еденге түсіп, жарылып кетті. Сондықтан оған "бомба" деген ат қойылды." АҚШ армиясының жоғарыдағы польшалық "бомба" сипаттамасы шатас және дәл емес, бұл "Тарих" бөлімінің екінші абзацының соңындағы құрылғының сипаттамасынан көрінеді: "Әрбір бомба, негізінен, алты Энигманың электрмен жұмыс істейтін жиынтығынан тұрды." Шешімді табу үшін құрылғының ешқандай бөлігін ажыратудың қажеті болмады ("бір бөлігі түсіп кетті").
A machine called the "bombe" is used to expedite the solution. The first machine was built by the Poles and was a hand operated multiple enigma machine. When a possible solution was reached a part would fall off the machine onto the floor with a loud noise. Hence the name "bombe". The U. S. Army's above description of the Polish bomba is both vague and inaccurate, as is clear from the device's description at the end of the second paragraph of the "History" section, below: "Each bomb essentially constituted an electrically powered aggregate of six Enigmas " Determination of a solution involved no disassembly ("a part fall[ing] off") of the device.
Өмірбаян
Неміс Enigma машинасының жұмысын басқару үшін комбинациялық кілт қолданылды: роторлардың реті, қандай роторларды орнату қажеттігі, әрбір ротор үшін қандай сақина орнату қажеттігі, әрбір ротор үшін қандай бастапқы орнату қажеттігі және «стекер» плагинінің параметрлері. Ротор параметрлері триграммалар (мысалы, "NJR") түрінде болды, олар оператордың машинаны қалай орнату керектігін көрсететін. Неміс Enigma операторларына осы кілттердің тізімі берілді, әр күні бір кілт. Бірақ, қосымша қауіпсіздік үшін әрбір жеке хабарлама қосымша кілт модификациясымен шифрланды. Оператор әрбір хабарлама үшін кездейсоқ триграммалық ротор орнатуын таңдады (мысалы, "PDN"). Бұл хабарлама кілті екі рет ("PDNPDN") теріліп, күнделікті кілтті (қалған барлық параметрлерді) пайдалана отырып шифрланды. Осы кезде әрбір оператор өзінің машинасына хабарлама кілтін қайта орнатады, содан кейін ол хабарламаның қалған бөлігі үшін қолданылады. Enigma роторларының конфигурациясы әрбір перне басылған сайын өзгеретіндіктен, шифрмәтінде қайталану оңай көрінбейді, себебі бірдей ашық мәтіндік әріптер әртүрлі шифрланған мәтіндік әріптерге шифрланады. (Мысалы, "PDNPDN" "ZRSJVL" болып шығуы мүмкін.) Немістерге жеткілікті қауіпсіз көрінген бұл процедура, алайда криптографиялық қателік еді, өйткені Enigma шифрлау туралы алғашқы түсініктер бірдей таңбалар тізбегінің қатарынан екі рет әртүрлі шифрланған түрін көруден туындады.
The German Enigma used a combination key to control the operation of the machine: rotor order, which rotors to install, which ring setting for each rotor, which initial setting for each rotor, and the settings of the stecker plugboard. The rotor settings were trigrams (for example, "NJR") to indicate the way the operator was to set the machine. German Enigma operators were issued lists of these keys, one key for each day. For added security, however, each individual message was encrypted using an additional key modification. The operator randomly selected a trigram rotor setting for each message (for example, "PDN"). This message key would be typed twice ("PDNPDN") and encrypted, using the daily key (all the rest of those settings). At this point each operator would reset his machine to the message key, which would then be used for the rest of the message. Because the configuration of the Enigma's rotor set changed with each depression of a key, the repetition would not be obvious in the ciphertext since the same plaintext letters would encrypt to different ciphertext letters. (For example, "PDNPDN" might become "ZRSJVL.") This procedure, which seemed reasonably secure to the Germans, was nonetheless a cryptographic malpractice, since the first insights into Enigma encryption could be inferred from seeing how the same character string was encrypted differently two times in a row.
Тарих
Поляк математигі-криптологы Мариан Реевски хабарламаның алғашқы үш әріпінің екінші үш әріппен сәйкес екенін білгендіктен, «Энигма» машинасының ішкі сымдарын анықтап, құрылғының логикалық құрылымын қайта құруға мүмкіндік алды. Машинаның жалпы ерекшеліктері ғана күдік тудырды, атап айтқанда, немістердің дипломатиялық байланыс үшін қолданған «Энигма» машинасының коммерциялық нұсқасы. Әскери нұсқалар мүлдем жаңа мәселе тудыру үшін жеткілікті ерекшеленді. Осы жұмысты атқарганнан кейін, шифрланған хабарламаны (яғни «шифрмәтін») бұзу үшін әрбір күндік кілтті тексеру қажет болды. Мыңдаған мүмкін кілттердің болуы және «Энигма» машинасының күрделілігінің артуы бұл процесті күрделі ете бастады. Процесті механикаландыру және жылдамдату үшін Варшавадағы Польша Бас штабының Шифр бюросында жұмыс істейтін азаматтық математик Реевски шамамен 1938 жылдың қазанында «bomba kryptologiczna» (криптологиялық бомба) ойлап тапты. Барлығы алты бомба (Шифр бюросы үшін Варшавада 1939 жылдың қыркүйегіне дейін салынды) негізінен алты «Энигма» машинасынан тұратын электрмен жұмыс істейтін құрылғы болып табылды және шамамен жүз адамның жұмысын алмастырды. «Бомба» әдісі, поляктардың бұрынғы «гриль» әдісі сияқты, коммутатордағы («плагборд») штепсельдік қосылымдардың барлық әріптерді өзгерте бермейтініне негізделген. Бірақ «гриль» әдісі әріптердің өзгермеген жұптарын қажет етсе, «бомба» әдісіне тек өзгермеген әріптер ғана қажет болды. Сондықтан, бұл әдіс бес-сегіз штепсельдік қосылым болған жағдайда да қолданылуы мүмкін болды. 1938 жылдың қараша айының ортасында бомбалар дайын болды, ал күндік кілттерді қайта құруға екі сағат уақыт кетті. 1939 жылдың 25 шілдесіне дейін поляктар француз және британдық одақтастарына хабарламастан, алты жарым жылдан астам уақыт бойы «Энигма» хабарламаларын бұзып келді. 1938 жылдың 15 желтоқсанында екі жаңа ротор, IV және V енгізілді (қазіргі бес ротордың үшеуі машинада бір уақытта пайдалануға таңдалды). 1979 жылы Реевски екінші дүниежүзілік соғыстағы британдық барлау қызметінің ресми тарихының 1-томындағы 1-қосымшаны сынға алғанда былай деп жазды: «Біз [жаңа роторлардың] ішкі сымдарын тез анықтадық, бірақ [олардың] енгізілуі барабандардың ықтимал тізбектерінің санын 6-дан 60-қа дейін көтерді [ ] және осылайша кілттерді табу жұмысын он есе арттырды. Демек, бұл сапалық емес, сандық өзгеріс болды. Бізге бомбаларды іске қосу, перфорацияланған парақтарды дайындау үшін персоналдың санын айтарлықтай арттыру қажет болды (60 серияда 26 парақтан әрқайсысы қажет болды, ал 1939 жылдың 25 шілдесіндегі кездесуге дейін бізде осындай сериялардың тек екеуі ғана дайын болды) және парақтарды өңдеу қажет болды». Гарри Хинсли екінші дүниежүзілік соғыстағы британдық барлау қызметі туралы еңбегінде поляктардың 1939 жылдың шілдесінде француздар мен британдықтармен «Энигманы» бұзу техникалары мен жабдықтарын бөлісуіне себеп болған нәрсе – еңсерілмейтін техникалық қиындықтар екенін айтты. Реевски бұл пікірмен келіспеді: «Жоқ, бізді британдықтар мен француздармен жұмыс істеуге итермелеген нәрсе – [криптологиялық] қиындықтар [ ] емес, тек саяси жағдайдың нашарлауы болды. Егер қиындықтар болмағанда, біз әлі де, тіпті одан да көп, жетістіктерімізді одақтастарымызбен Германияға қарсы күреске өз үлесіміз ретінде бөліскен болар едік».
Using the knowledge that the first three letters of a message were the same as the second three, Polish mathematician–cryptologist Marian Rejewski was able to determine the internal wiring of the Enigma machine and thus to reconstruct the logical structure of the device. Only general traits of the machine were suspected, from the example of the commercial Enigma variant, which the Germans were known to have been using for diplomatic communications. The military versions were sufficiently different to present an entirely new problem. Having done that much, it was still necessary to check each of the potential daily keys to break an encrypted message (i. e., a "ciphertext"). With many thousands of such possible keys, and with the growing complexity of the Enigma machine and its keying procedures, this was becoming an increasingly daunting task. In order to mechanize and speed up the process, Rejewski, a civilian mathematician working at the Polish General Staff's Cipher Bureau in Warsaw, invented the "bomba kryptologiczna" (cryptologic bomb), probably in October 1938. Each bomb (six were built in Warsaw for the Cipher Bureau before September 1939) essentially constituted an electrically powered aggregate of six Enigmas and took the place of some one hundred workers. The bomb method was based, like the Poles' earlier "grill" method, on the fact that the plug connections in the commutator ("plugboard") did not change all the letters. But while the grill method required unchanged pairs of letters, the bomb method required only unchanged letters. Hence it could be applied even though the number of plug connections in this period was between five and eight. In mid November 1938, the bombs were ready, and the reconstructing of daily keys now took about two hours. Up to July 25, 1939, the Poles had been breaking Enigma messages for over six and a half years without telling their French and British allies. On December 15, 1938, two new rotors, IV and V, were introduced (three of the now five rotors being selected for use in the machine at a time). As Rejewski wrote in a 1979 critique of appendix 1, volume 1 (1979), of the official history of British Intelligence in the Second World War, "we quickly found the [wirings] within the [new rotors], but [their] introduction [ ] raised the number of possible sequences of drums from 6 to 60 [ ] and hence also raised tenfold the work of finding the keys. Thus the change was not qualitative but quantitative. We would have had to markedly increase the personnel to operate the bombs, to produce the perforated sheets (60 series of 26 sheets each were now needed, whereas up to the meeting on July 25, 1939, we had only two such series ready) and to manipulate the sheets." Harry Hinsley suggested in British Intelligence in the Second World War that the Poles decided to share their Enigma breaking techniques and equipment with the French and British in July 1939 because they had encountered insuperable technical difficulties. Rejewski rejected this: "No, it was not [cryptologic] difficulties [ ] that prompted us to work with the British and French, but only the deteriorating political situation. If we had had no difficulties at all we would still, or even the more so, have shared our achievements with our allies as our contribution to the struggle against Germany."