Введение

Банбуризм — криптоаналитический процесс, разработанный Аланом Тьюрингом в Блетчли-парке в Великобритании во время Второй мировой войны. Он использовался подразделением Hut 8 Блетчли-парка для дешифровки сообщений немецкого военно-морского флота (Kriegsmarine), зашифрованных на машинах «Энигма». В основе процесса лежало использование последовательной условной вероятности для определения вероятных настроек машины «Энигма». Это привело к изобретению Тьюрингом понятия «бан» как меры веса доказательств в пользу гипотезы. Позднее эта концепция была применена в «Тьюрингерии» и всех других методах, использовавшихся для взлома шифра «Лоренц».

Обзор

Целью Banburismus было сокращение времени работы электромеханических машин Bombe путем определения наиболее вероятных правого и среднего роторов Enigma. Отдел №8 выполнял эту процедуру непрерывно в течение двух лет, прекратив её только в 1943 году, когда стало доступно достаточно времени для работы на Bombe. Banburismus был развитием "метода часов", изобретенного польским криптоаналитиком Ежи Рожицким. Хью Александра считали лучшим из специалистов по Banburismus. Он и И. Дж. Гуд рассматривали этот процесс скорее как интеллектуальную игру, чем как работу. Это было "не настолько просто, чтобы быть незначительным, но и не настолько сложно, чтобы привести к нервному срыву".

История

В первые несколько месяцев после прибытия в Блетчли-Парк в сентябре 1939 года Алан Тьюринг правильно определил, что настройки сообщений сигналов Kriegsmarine Enigma шифровались с использованием общего Grundstellung (начальной позиции роторов), а затем подвергались повторному шифрованию с помощью биграмм и таблицы поиска триграмм. Эти таблицы триграмм содержались в книге под названием Kenngruppenbuch (Книга К). Однако, без таблиц биграмм, группе Hut 8 не удалось начать атаку на перехватываемые сообщения. Прорыв произошел после захвата в районе Нарвика замаскированного вооруженного траулера Polares, направлявшегося в Нарвик (Норвегия), который был захвачен в Северном море 26 апреля 1940 года. У немцев не было времени уничтожить все свои криптографические документы, и захваченные материалы раскрыли точную форму системы индикаторов, предоставили соединения плагина и Grundstellung на 23 и 24 апреля, а также журнал операторов, содержащий большой объем парного открытого текста и зашифрованных сообщений за 25 и 26 апреля. Сами таблицы биграмм не были захвачены, но группа Hut 8 смогла использовать списки настроек для ретроспективного прочтения всего трафика Kriegsmarine, перехваченного с 22 по 27 апреля. Это позволило им частично реконструировать таблицы биграмм и начать первую попытку использования Banburismus для атаки на трафик Kriegsmarine, начиная с 30 апреля. Подходящими считались дни, когда было получено не менее 200 сообщений, и для которых частичные таблицы биграмм расшифровали индикаторы. Первым взломанным днем стало 8 мая 1940 года, после чего этот день отмечался как "День Фосса" в честь Хью Фосса, криптоаналитика, совершившего это достижение. Эта задача заняла до ноября того же года, к тому времени разведданные устарели, но она показала, что Banburismus может быть эффективным. Это также позволило реконструировать большую часть таблиц биграмм, что, в свою очередь, позволило взломать 14 апреля и 26 июня. Однако Kriegsmarine изменила таблицы биграмм 1 июля. К концу 1940 года была разработана большая часть теории системы оценки Banburismus. Первый захват в Лофотенских островах с траулера Krebs 3 марта 1941 года предоставил полные ключи за февраль, но без таблиц биграмм или Книги К. Последующие дешифровки позволили усовершенствовать статистическую систему оценки, чтобы Banburismus мог стать стандартной процедурой против Enigma Kriegsmarine до середины 1943 года. Обычно индикаторы для двух сообщений никогда не совпадали, но могло случиться так, что в середине сообщения положения роторов становились такими же, как начальная позиция роторов другого сообщения; перекрывающиеся части этих двух сообщений находились в глубине. Принцип, лежащий в основе Banburismus, относительно прост (и кажется довольно похожим на индекс совпадений). Если два предложения на английском или немецком языке записаны одно над другим, и подсчитывается, как часто буква в одном сообщении совпадает с соответствующей буквой в другом, то совпадений будет больше, чем если бы предложения были случайными последовательностями букв. Для случайной последовательности ожидаемая частота повторения отдельных букв составляет 1 из 26 (около 3,8%), а для сообщений немецкого флота она составляла 1 из 17 (5,9%). Если два сообщения находятся в глубине, то совпадения происходят так же, как и в открытом тексте. Однако, если сообщения не находятся в глубине, то два шифротекста сравниваются так, как если бы они были случайными, что дает частоту повторения около 1 к 26. Это позволяет атакующему взять два сообщения, индикаторы которых отличаются только третьим символом, и сдвигать их относительно друг друга в поисках повторяющегося шаблона, указывающего на их выравнивание в глубине. Сравнение двух сообщений для поиска повторений было упрощено путем перфорации сообщений на тонкие карты высотой около полутора метров и шириной в несколько метров (ярдов), в зависимости от длины сообщения. Отверстие в верхней части колонки на карте представляло собой букву "А" в этой позиции, а отверстие в нижней части – букву "Z". Две карты с сообщениями накладывались друг на друга на световой стол, и там, где свет просвечивал, обнаруживалось повторение. Это значительно упрощало обнаружение и подсчет повторений. Карты печатались в Банбери (Оксфордшир). В Блетчли-Парке они стали известны как "банбери", и отсюда произошло название процедуры, использующей их: Banburismus. Применение процедуры "скритчмус" (см. ниже) дает подсказку о возможном правом роторе.

Среднее колесо

После того, как конечное колесо было идентифицировано, те же принципы можно было применить и к среднему ротору, хотя и с дополнительной сложностью: поиск осуществлялся для перекрытий в парах сообщений, имеющих только одну общую первую букву индикатора, а значит, перекрытия могли возникать на расстоянии до 650 символов. Объем этой работы превышал возможности ручного труда, поэтому сотрудники BP переносили сообщения на 80-колонные перфокарты и использовали машины Холлерита для поиска повторений тетраграмм или более длинных последовательностей. Это позволяло определить, какие «банбури» устанавливать на световых панелях (и с каким смещением), чтобы оценить всю повторяющуюся структуру. Имея набор вероятных перекрытий среднего колеса, Hut 8 мог составлять буквенные цепочки для среднего ротора аналогичным образом, как это было показано выше для конечного колеса. Это, в свою очередь (после обработки методом Scritchmus), давало хотя бы частичный алфавит среднего колеса, и, возможно, некоторые из возможных вариантов ротора для среднего колеса можно было исключить, используя знания о положении выемок (как это делалось при идентификации конечного колеса). Совместно, вероятные варианты правого и среднего колес определяли набор задач для «бомбы» на день, значительно меньший, чем 336 возможных.