Qui a créé la machine de cryptage Enigma. Comment les codes de cryptage de l'Allemagne hitlérienne ont été déchiffrés

Enigma était théoriquement et pratiquement une machine très fiable pour son époque. Les Allemands avaient entièrement confiance en ses capacités. Ce fut précisément leur erreur fatale.
Des spécialistes et des scientifiques de France, des États-Unis, de Pologne et d'Angleterre se sont sérieusement penchés sur la question du décryptage du code machine de cryptage. Des travaux importants dans ce sens ont été réalisés notamment par des cryptologues en Pologne et en Angleterre. Le projet de décryptage lui-même portait le nom de code ULTRA.

Les mathématiciens polonais, considérés à l'époque parmi les meilleurs au monde, reconnaissaient l'importance d'Enigma comme base de la technologie de cryptage allemande avant même le déclenchement de la Seconde Guerre mondiale. Pour cette raison, en 1928, une unité militaire spéciale a été créée en Pologne, chargée uniquement du décryptage des messages transmis via Enigma.
Pendant quatre ans, aucun résultat positif n’a été obtenu. Il semblait que les messages cryptés ne pouvaient pas être déchiffrés. Il faudra attendre 1932 pour que le mathématicien Marian Rejewski et ses collaborateurs parviennent à déchiffrer le premier message Enigma.
Le principe de fonctionnement de la machine supposait qu'avant de l'utiliser, le cryptographe sélectionnait un certain positionnement initial des arbres. La transmission de chaque nouveau message impliquait la nécessité obligatoire d'un nouveau positionnement de l'ensemble d'arbres. Au fil du temps, les cryptographes allemands sont devenus si paresseux qu’ils ont utilisé pendant une journée entière le positionnement initialement défini des arbres. Ainsi, chaque nouveau message ce jour-là commençait par les mêmes six premières lettres. Cela a été remarqué par Rejewski, qui a examiné chaque message intercepté par les Allemands. Il avait une excellente compréhension de la structure de la machine, puisqu'elle pouvait être achetée librement immédiatement après son tournage, et il a immédiatement compris le lien entre les mêmes lettres et le positionnement initial des arbres. Après avoir étudié le problème de manière encore plus approfondie, les Polonais parvinrent enfin à déchiffrer les transmissions allemandes.
En 1938, les Allemands équipèrent l'Enigma de deux arbres de remplacement supplémentaires. En conséquence, le système mécanique est devenu beaucoup plus compliqué et les Polonais ont recommencé à «errer dans le noir».
En juillet 1939, un groupe de cryptologues anglais et français rejoignit les Polonais pour trouver ensemble une solution au problème.

Angleterre
Au début, les Britanniques ont sous-estimé l’importance d’Enigma. Bien sûr, il existait des départements spéciaux dans l'armée, mais le décryptage était effectué exclusivement à l'aide de livres de codes. De plus, en raison d'un financement limité, ces départements se sont développés très lentement et leur direction n'a pas pu attirer des spécialistes civils dans leur travail, alors qu'il y avait simultanément une pénurie de spécialistes dans ce domaine dans la Marine. Lorsque l’Angleterre réalisa l’importance du problème, il était déjà trop tard. "Enigma", qui était disponible gratuitement avant la guerre, était connu des Britanniques, tout comme ils interceptaient constamment les communications allemandes, mais les Britanniques n'ont pas pu réaliser ce que les Polonais avaient réalisé il y a longtemps.
En 1938, un chef du département de Betchley Park, Dillwyn Knox, participa à une conférence avec les Polonais. Au départ, il était pessimiste quant aux réalisations des Polonais, mais dès juillet 1939, les Britanniques reçurent de Pologne la documentation appropriée sur Enigma et purent commencer à travailler.

erreur allemande
Aussi paradoxal que cela puisse paraître, les Allemands eux-mêmes ont apporté une contribution significative à la résolution du problème de la rupture de l’Enigma.
Les bulletins météorologiques échangés entre les sous-marins allemands étaient transmis à la fois sous forme cryptée et en texte clair, ce qui facilitait considérablement le travail des décrypteurs anglais et polonais sur la base d'une comparaison de messages cryptés et en texte clair.
À un moment donné, un cas a été connu lorsqu'un cryptographe allemand « par ennui » a appuyé sur la même touche de lettre. Il convient de noter ici qu'une caractéristique d'Engima était l'incapacité de remplacer une certaine lettre par la même lettre, c'est-à-dire que la machine ne pouvait pas chiffrer "A" comme "A" ou "B" comme "B". Autrement dit, lorsque la même touche de lettre était enfoncée pendant une longue période, la machine produisait une longue chaîne de lettres différentes contenant toutes les lettres sauf celle enfoncée, qui était immédiatement enregistrée par les adversaires à Betchley Park. Ces données se sont révélées très utiles aux experts pour déterminer le positionnement des rotors. En outre, comme nous l'avons déjà indiqué, certains cryptographes allemands travaillaient parfois plusieurs jours d'affilée sur un réglage de base de la machine sans modifier la position des arbres.
L'erreur suivante des soldats allemands était que dans presque tous les messages il y avait les mots « Vaterland » (« patrie ») et « Kaiserreich » (« Reich impérial »), qui, à leur tour, ont été immédiatement exploités par les experts en « locuteurs natifs», puis il y a des locuteurs natifs allemands qui ont filtré les messages cryptés en utilisant ces mots. En conséquence, ils ont pu déterminer rapidement le code utilisé.

Les Allemands qui utilisaient Enigma étaient convaincus qu'il était impossible de déchiffrer les messages transmis par la machine par les méthodes conventionnelles. À une époque, une telle confiance était justifiée. Les Allemands n'ont cependant pas tenu compte du fait que lors du décryptage manuel, la méthode de décryptage numérique automatique peut également être utilisée. Dans l’ensemble, la machine s’est avérée être un moyen extrêmement fiable de transmission de messages cryptés. L'erreur des Allemands s'exprimait dans leur confiance aveugle dans le haut niveau de fiabilité du cryptage Enigma.

Après la fin de la Seconde Guerre mondiale, Enigma a continué à être activement utilisé. Il a été vendu au Moyen-Orient et en Afrique et a été généralement utilisé jusqu'en 1975. Aujourd'hui, il n'y a pratiquement plus de copies de travail d'Enigma, et si on en trouve une, alors ceux qui veulent l'acheter doivent être prêts à débourser beaucoup d'argent. . Ainsi, en avril 2006, l'une des dernières voitures a été vendue pour 55 050 dollars américains.

Énigme

Machine de cryptage militaire allemande Enigma à trois rotors (version avec tags).

Enigma a été utilisé à des fins commerciales, ainsi que dans les services militaires et gouvernementaux dans de nombreux pays du monde, mais il a été plus largement utilisé dans l'Allemagne nazie pendant la Seconde Guerre mondiale, à savoir L'énigme de la Wehrmacht (L'énigme de la Wehrmacht) - le modèle militaire allemand - fait le plus souvent l'objet de débats.

Cette machine a gagné en notoriété car les cryptanalystes de la coalition anti-hitlérienne (plus précisément de la Grande-Bretagne) ont pu déchiffrer un grand nombre de messages cryptés grâce à son aide. Une machine nommée Turing Bombe a été créée spécialement à ces fins, ce qui a apporté une aide significative à la coalition anti-hitlérienne (plus précisément à la Grande-Bretagne) pendant la guerre. Toutes les informations obtenues par cryptanalyse avec son aide portaient le nom de code ULTRA.

Malgré le fait que du point de vue de la cryptographie moderne, le chiffre Enigma était faible, en pratique, seule une combinaison de ce facteur avec d'autres (tels que des erreurs d'opérateur, des défauts de procédure, un texte de message connu (par exemple, lors de la transmission de bulletins météorologiques), les captures de copies Enigma et de codes de cryptage) ont permis aux décrypteurs de résoudre les chiffrements Enigma et de lire les messages. On pense également qu’il s’agissait de l’un des codes les plus puissants de la Seconde Guerre mondiale. Et seule la capture par les Britanniques d'une Enigma intacte depuis un sous-marin et un bombardier (ce qui est fondamentalement important, ces faits restaient inconnus des Allemands), compte tenu du plus haut niveau scientifique et technologique de la Grande-Bretagne, l'a permis (après travail intense et long dans ce sens) pour créer une contre-Enigma. L'importance et le caractère unique de ce succès ont été bien compris par les dirigeants britanniques - laissant leur succès «sous sept sceaux», le gardant secret jusqu'au bout, même des partenaires de la coalition anti-hitlérienne.

On estime qu'environ 100 000 copies des machines de chiffrement Enigma ont été produites.

Description

Rotors

Les rotors sont le cœur d'Enigma. Chaque rotor était un disque d'environ 10 cm de diamètre, en ébonite ou en bakélite, avec des contacts à broches à ressort sur un côté du rotor, disposés selon un motif circonférentiel. De l’autre côté se trouvait un nombre correspondant de contacts électriques plats. Les contacts à broche et à fourche correspondaient aux lettres de l'alphabet (généralement les 26 lettres de A à Z). Lors du contact, les contacts des rotors adjacents ont fermé un circuit électrique. À l’intérieur du rotor, chaque contact à broche était connecté à l’un des contacts plats. L'ordre de connexion pourrait être différent.

Trois rotors et une broche sur laquelle ils sont fixés.

Le rotor lui-même produisait un type de cryptage très simple : le chiffre de substitution élémentaire. Par exemple, le contact représentant la lettre E pourrait être relié au contact de la lettre T de l'autre côté du rotor. Mais lors de l'utilisation de plusieurs rotors en combinaison (généralement trois ou quatre), en raison de leur mouvement constant, un chiffre plus fiable est obtenu.

Rotor démonté			Trois rotors connectés en série
	bague crantée Point de marquage pour le contact "A" bague alphabétique contacts étamés câblage contacts à broches levier à ressort pour le réglage de la bague manche bague roue à rochet

Les modèles militaires Enigma ont été produits avec un nombre variable de rotors. Le premier modèle n’en contenait que trois. Le 15 décembre 1938, ils étaient cinq, mais seulement trois d'entre eux étaient utilisés à la fois dans la voiture. Ces types de rotors étaient marqués de chiffres romains I à V et chacun avait une seule encoche située à un endroit différent sur l'anneau alphabétique. Les modèles Navy contenaient toujours plus de rotors que les autres : six, sept ou huit. Ces rotors supplémentaires étaient numérotés VI, VII et VIII, tous avec un câblage différent. Tous contenaient deux encoches à proximité des lettres « N » et « A », qui assuraient des rotations plus fréquentes des rotors.

Modèle naval Enigma à quatre rotors, le M4 avait un rotor supplémentaire, bien qu'il ait la même taille que le trois rotors en raison d'un réflecteur plus fin. Il y avait deux types de ce rotor : Beta et Gamma. Il ne bougeait pas pendant le processus de cryptage, mais pouvait être réglé manuellement sur l'une des 26 positions différentes.

Mouvement du rotor étagé

Mouvement pas à pas des rotors Enigma. Les trois chiens (indiqués en vert) se déplacent simultanément. Pour le premier rotor (1), le cliquet (rouge) est toujours engagé et il tourne à chaque pression de touche. Dans ce cas, l'encoche du premier rotor permet au cliquet d'engager le deuxième rotor (2), qui tournera au prochain appui sur la touche. Le troisième rotor (3) n'est pas en prise, puisque le cliquet du troisième rotor ne rentre pas dans l'évidement du deuxième, le cliquet va simplement glisser le long de la surface du disque.

Chaque rotor était attaché à un engrenage à 26 dents (un cliquet) et un ensemble de cliquets engageait les dents des engrenages. Les chiens avançaient simultanément en appuyant sur une touche de la machine. Si le chien accrochait une dent d'engrenage, le rotor tournait d'un pas.

Dans le modèle militaire de l'Enigma, chaque rotor était fixé à un anneau réglable doté d'encoches. Les cinq rotors de base (I-V) avaient chacun un évidement, tandis que le modèle naval (VI-VIII) en avait deux. À un certain moment, l'encoche tombait à l'opposé du cliquet, lui permettant d'engager le cliquet du rotor suivant la prochaine fois que la touche serait enfoncée. Lorsque le chien ne tombait pas dans le renfoncement, il glissait simplement le long de la surface de l'anneau sans attraper l'engrenage. Dans le système à un seul cran, le deuxième rotor a avancé d'une position dans le même laps de temps que le premier a fait 26 pas. De même, le troisième rotor a avancé d'un pas en même temps que le second a fait 26 pas. Une particularité de la machine était que le deuxième rotor tournait également si le troisième tournait. Cela signifie que le deuxième rotor pourrait tourner deux fois avec deux pressions successives sur une touche - ce que l'on appelle un "mouvement en deux étapes" - ce qui entraînerait une période plus courte.

Le mouvement en deux étapes distingue le fonctionnement des rotors d'un compteur kilométrique normal. Le double pas a été mis en œuvre de la manière suivante : le premier rotor a tourné, obligeant le second à tourner également d'un pas. Et, si le deuxième rotor se déplaçait vers la position souhaitée, alors le troisième cliquet engageait la troisième vitesse. À l'étape suivante, ce chien a poussé l'engrenage et l'a fait avancer, tout en faisant également avancer le deuxième rotor.

Avec trois disques et une seule encoche dans le premier et le deuxième disque, la machine avait une période de 26x25x26 = 16 900. Généralement, les messages ne dépassaient pas quelques centaines de caractères et il n'y avait donc aucun risque de répéter la position des rotors. lors de la rédaction d'un seul message.

Dans les modèles navals à quatre rotors, aucune modification n'a été apportée au mécanisme. Il n'y avait que trois cliquets, ce qui signifie que le quatrième rotor ne bougeait jamais, mais pouvait être réglé manuellement sur l'une des 26 positions.

Lorsque la touche était enfoncée, les rotors tournaient jusqu'à ce que le circuit électrique soit fermé.

Rotors Enigma en état assemblé. Trois rotors mobiles sont placés entre deux parties fixes : la bague d'entrée et le réflecteur (repéré « B » à gauche).

Roue d'entrée

Réflecteur

À l'exception des premiers modèles A et B, ce dernier rotor a été suivi par réflecteur(Allemand) Umkehrwalze), une caractéristique brevetée qui distinguait la famille Enigma des autres machines rotatives développées à l'époque. Le réflecteur connectait les contacts du dernier rotor par paires, commutant le courant à travers les rotors dans la direction opposée, mais selon un itinéraire différent. La présence d'un réflecteur garantissait que la transformation effectuée par l'Enigma était une involution, c'est-à-dire que le décryptage était la même chose que le cryptage. Cependant, la présence d'un réflecteur rend impossible le cryptage d'une lettre par lui-même. Il s’agissait d’un grave défaut conceptuel, qui s’est ensuite avéré utile pour les décrypteurs.

Dans le modèle commercial Enigma C, le réflecteur pouvait être situé dans deux positions différentes, et dans le modèle D, dans 26 positions possibles, mais il était stationnaire pendant le processus de cryptage. Dans le modèle de l'Abwehr, le réflecteur bougeait pendant le chiffrement, comme les autres disques.

Dans les modèles militaires et aéronautiques de l'Enigma, le réflecteur était installé, mais ne tournait pas. Il existait en quatre variétés. La première variété était marquée de la lettre A. La suivante, Umkehrwalze B, est sorti le 1er novembre 1937. Troisième, Umkehrwalze C, paru en 1941. Quatrième, Umkehrwalze D, introduit pour la première fois le 2 janvier 1944, permettait à l'opérateur Enigma de contrôler les paramètres de commutation au sein du réflecteur.

Panneau de brassage

Panneau de brassage à l'avant de la machine. Jusqu'à 13 connexions peuvent être utilisées. Il y a deux paires de lettres inversées sur la photo (S-O et J-A).

Panneau de brassage(Allemand) Steckerbrett) permet à l'opérateur de varier les connexions filaires. Il est apparu pour la première fois dans les versions militaires allemandes en 1930 et a rapidement été utilisé avec succès dans les versions navales. Le panneau de brassage a grandement contribué à la complexité du cryptage de la machine, bien plus encore que l'introduction d'un rotor supplémentaire. Enigma sans panneau de brassage peut être géré presque à la main, mais après avoir ajouté un panneau de brassage, les crackers ont été obligés de construire des machines spéciales.

Un câble placé sur le panneau de brassage reliait les lettres par paires, par exemple E et Q pourraient être appariés. L'effet était de réorganiser ces lettres avant et après le passage du signal à travers les rotors. Par exemple, lorsque l'opérateur appuyait sur E, le signal était envoyé à Q, puis seulement au rotor d'entrée. Plusieurs de ces paires (jusqu'à 13) pourraient être utilisées simultanément.

Chaque lettre du panneau de brassage avait deux emplacements. L'insertion d'une fiche a déconnecté la prise supérieure (du clavier) et la prise inférieure (vers le rotor d'entrée) de cette lettre. La fiche à l'autre extrémité du câble était insérée dans les prises de l'autre lettre, commutant ainsi les connexions des deux lettres.

Accessoires

Une fonctionnalité pratique utilisée sur le M4 Enigma était ce qu'on appelle le "Schreibmax", un petit périphérique d'impression capable d'imprimer les 26 lettres sur un petit morceau de papier. À cet égard, il n’était pas nécessaire de recourir à un opérateur supplémentaire pour surveiller les ampoules et noter les lettres. Le dispositif d'impression était installé au-dessus de l'Enigma et était connecté à un panneau d'ampoules. Pour installer le dispositif d'impression, il a fallu retirer les culots de lampes et toutes les ampoules. De plus, cette innovation a accru la sécurité : désormais, l'officier des transmissions n'avait plus besoin de voir le texte non crypté. Le dispositif d'impression a été installé dans la cabine du commandant du sous-marin et l'officier des communications n'a saisi que du texte crypté sans accéder aux informations classifiées.

Un autre accessoire était un panneau distant séparé avec des ampoules. Dans la version avec panneau supplémentaire, la carrosserie en bois de l'Enigma était plus large. Il existait un modèle de panneau avec des ampoules pouvant être connectées ultérieurement, mais cela nécessitait, comme dans le cas du dispositif d'impression Schreibmax, le remplacement du panneau d'usine par des ampoules. Le panneau distant permettait à une personne de lire le texte décrypté sans intervention de l'opérateur. En 1944, l'Air Force a introduit un commutateur de panneau de brassage supplémentaire appelé « Uhr » (horloge). C'était une petite boîte contenant un interrupteur à 40 positions. Il remplace les fiches standards. Après avoir branché les fiches, comme déterminé par la liste de codes de chaque jour, l'opérateur pouvait changer l'interrupteur dans l'une des 40 positions. Chaque position aboutissait à une combinaison différente de câblage de fiche. Contrairement aux fiches standard, la plupart de ces connexions enfichables n'étaient pas appariées.

Description mathématique

La transformation Enigma pour chaque lettre peut être définie mathématiquement comme le résultat de permutations. Prenons un modèle militaire à trois rotors. Supposons que P désigne le panneau de brassage, U désigne le réflecteur et L, M, R désignent respectivement les actions des rotors gauche, central et droit. Alors le chiffrement E peut s’exprimer comme suit :

Après chaque pression sur une touche, le rotor bouge, modifiant la transformation. Par exemple, si le rotor droit R tourne i positions, une transformation se produit, où ρ est une permutation cyclique allant de A à B, de B à C, et ainsi de suite. De la même manière, les rotors du milieu et de gauche peuvent être désignés par les rotations j et k de M et L. La fonction de cryptage dans ce cas peut être affichée comme suit :

Procédures d'utilisation d'Enigma

Dans les forces armées allemandes, les installations de communication étaient divisées en différents réseaux, chacun avec ses propres paramètres de codage pour les machines Enigma. Au centre de décryptage anglais de Bletchley Park. Parc Bletchley ), ces réseaux de communication étaient appelés clés et recevaient des noms de code tels que Rouge, Chaffinch ou Requin. Chaque unité fonctionnant sur le réseau s'est vu attribuer de nouveaux paramètres pour une nouvelle période de temps. Pour que le message soit correctement crypté et déchiffré, les machines émettrices et destinataires devaient être configurées de la même manière, notamment le choix des rotors, les positions de départ des rotors et les connexions des panneaux de brassage devaient être identiques. Ces paramètres ont été convenus à l'avance et enregistrés dans des livres de codes spéciaux.

L'état initial de la clé de chiffrement Enigma comprend les paramètres suivants :

• Placement du rotor : sélection et placement du rotor.
• Positions initiales du rotor : sélectionnées par l'opérateur, différentes pour chaque message.
• Réglage de la bague : position de la bague alphabétique correspondant au motif du rotor.
• Paramètres de prise : branchez les connexions sur le panneau de brassage.

Enigma a été conçu pour que la sécurité soit maintenue même dans les cas où l'espion connaissait les circuits du rotor, bien qu'en pratique les réglages soient gardés secrets. Avec un circuit inconnu, le nombre total de configurations possibles peut être de l'ordre de 10,114 (environ 380 bits) ; avec un schéma de câblage et d'autres paramètres opérationnels connus, ce chiffre tombe à 10,23 (76 bits). Les utilisateurs d'Enigma étaient confiants dans sa sécurité grâce au grand nombre d'options possibles. Il était irréaliste ne serait-ce que de commencer à sélectionner une configuration possible.

Indicateurs

La plupart des clés n'étaient conservées que pendant une certaine période, généralement une journée. Cependant, pour chaque nouveau message, de nouvelles positions initiales des rotors étaient précisées. Cela est dû au fait que si le nombre de messages envoyés avec des paramètres identiques est important, un cryptanalyste ayant étudié en profondeur plusieurs messages peut sélectionner un chiffre pour les messages à l'aide de l'analyse de fréquence. Une idée similaire est utilisée dans le principe du « vecteur d'initialisation » dans le cryptage moderne. Ces positions initiales étaient envoyées avec le cryptogramme, avant le texte chiffré. Ce principe a été appelé « procédure indicatrice ». Et c’est précisément la faiblesse de ces procédures d’indication qui a conduit aux premiers cas réussis de déchiffrement du code Enigma.

Certaines des premières procédures d'indication ont été utilisées par des cryptanalystes polonais pour déchiffrer des codes. La procédure impliquait que l'opérateur configure la machine selon une liste de paramètres contenant les principales positions de départ initiales des rotors. Disons que le mot-clé principal est AOH. L'opérateur a fait tourner les rotors à la main jusqu'à ce que le mot AOH soit lu dans les fenêtres des rotors. L'opérateur choisissait ensuite sa propre clé pour le nouveau message. Disons que l'opérateur a choisi le mot EIN. Ce mot est devenu le mot clé de ce message. Ensuite, l'opérateur a saisi une nouvelle fois le mot EIN dans la machine pour éviter les erreurs lors de la transmission. En conséquence, après avoir saisi deux fois le mot EIN, le cryptogramme affichait le mot XHTLOA, qui précédait le corps du message principal. Et enfin, l'opérateur a de nouveau fait tourner les rotors conformément à la clé sélectionnée, dans cet exemple EIN, puis a saisi le texte principal du message.

A réception de ce message crypté, toute l’opération a été réalisée dans l’ordre inverse. L'opérateur récepteur a saisi les paramètres initiaux dans la machine (mot-clé AOH) et a saisi les six premières lettres du message reçu (XHTLOA). Dans l'exemple ci-dessus, le mot EINEIN était affiché, c'est-à-dire que l'opérateur récepteur a compris que le mot-clé était EIN. Après cela, il a placé les rotors sur la position EIN et a saisi le reste du message crypté, recevant en sortie un texte clair et décrypté.

Cette méthode présentait deux inconvénients. Tout d’abord, utilisez les paramètres des touches principales. Cela a ensuite été modifié dans la mesure où l'opérateur choisissait ses propres positions de départ pour chiffrer l'indicateur et envoyait les positions de départ en clair. Le deuxième problème était la répétabilité du mot indicateur choisi par l’opérateur du code, ce qui constituait une faille de sécurité importante. La clé du message a été chiffrée deux fois, ce qui a entraîné une similitude naturelle entre le premier et le quatrième, le deuxième et le cinquième, le troisième et le sixième caractères. Cette faille a permis aux décrypteurs polonais de déchiffrer le code Enigma dès 1932. Cependant, à partir de 1940, les Allemands modifièrent leurs procédures pour améliorer la sécurité.

• "GREEN" est un clone japonais d'Enigma, une machine peu utilisée contenant quatre rotors disposés verticalement.

• Aux États-Unis, le cryptanalyste William Friedman a inventé le M-325, une machine de chiffrement similaire à Enigma dans les opérations logiques, bien que de conception différente.

• Cette machine rotative unique a été inventée en 2002 par la cryptanalyste néerlandaise Tatjana van Vark.

L'énigme aujourd'hui

Les tentatives de « piratage » d’Enigma n’ont été rendues publiques qu’à la fin

Dans cette communauté, j'ai trouvé de nombreux articles sur la célèbre machine de chiffrement Enigma, mais aucun d'entre eux ne décrivait un algorithme détaillé pour son fonctionnement. Beaucoup diront sûrement qu'il n'est pas nécessaire d'en faire la publicité, mais j'espère qu'il sera utile à quelqu'un de le savoir. Où tout a commencé ? Pendant la Première Guerre mondiale, le chiffre Playfair était très populaire. Son essence était que les lettres de l'alphabet latin étaient écrites dans un carré de 5x5, après quoi les lettres de l'alphabet original étaient divisées en paires. Ensuite, en utilisant le carré comme clé, ces bigrammes ont été remplacés par d'autres selon un certain algorithme. L'avantage de ce chiffre était qu'il ne nécessitait pas de dispositifs supplémentaires et, en règle générale, au moment où le message était déchiffré, il avait déjà perdu sa pertinence. Une autre méthode d'écriture secrète était le chiffre de Jefferson.

Cet appareil était constitué d'un certain nombre de disques enfilés sur un seul axe (il y avait généralement 36 disques). Chacun d’eux était divisé en 26 parties, chacune représentant une lettre. Les lettres sur les disques étaient disposées dans un ordre aléatoire. L'opérateur, en faisant tourner les disques, tapait le message souhaité, puis réécrivait une autre ligne. La personne qui a reçu ce message devait avoir exactement le même appareil avec exactement la même disposition des lettres. Les deux méthodes étaient relativement bonnes à l’époque, mais étant donné que l’humanité était déjà entrée dans le 20e siècle, il était nécessaire de mécaniser le processus de cryptage. En 1920, l’inventeur néerlandais Alexander Koch invente la première machine de chiffrement rotative. Ensuite, les inventeurs allemands ont obtenu un brevet, l'ont amélioré et l'ont mis en production sous le nom d'« Enigma » (du grec – mystère). Ainsi, cette machine a été achetée par de nombreuses entreprises qui souhaitaient garder leur correspondance secrète. C'était tout le génie d'Enigma - tout le monde connaissait l'algorithme de cryptage, mais personne ne pouvait trouver la bonne clé, puisque le nombre de combinaisons possibles dépassait 15 quadrillions. Si vous souhaitez savoir comment l'Enigma a été décryptée, je vous conseille de lire le livre de Simon Singh "The Code Book". Pour résumer tout ce qui précède, je tiens à dire que le chiffre Enigma était une sorte de mélange du chiffre de Jefferson et du chiffre de César.

Commençons donc par étudier l'algorithme. Ce site dispose d'un très bon simulateur qui montre l'ensemble du processus dans son intégralité sous une forme accessible et visuelle. Regardons le principe de fonctionnement de l'Enigma à trois rotors. Il comportait trois compartiments pour accueillir trois rotors et un compartiment supplémentaire pour accueillir un réflecteur. Au total, huit rotors et quatre réflecteurs ont été fabriqués pendant la Seconde Guerre mondiale, mais seuls ceux pour lesquels la machine était conçue pouvaient être utilisés à la fois. Chaque rotor avait 26 sections, qui correspondaient à une lettre distincte de l'alphabet, ainsi que 26 contacts pour interagir avec les rotors voisins. Dès que l’opérateur cliquait sur la lettre souhaitée, le circuit électrique se fermait, entraînant l’apparition d’une lettre cryptée. Le circuit était fermé à cause du réflecteur.

La figure montre une illustration de l'appui sur la touche « A » suivi du décodage en la lettre « G ». Après avoir saisi une lettre, le rotor le plus à droite a avancé, changeant ainsi la clé. Alors, comment une lettre a-t-elle été remplacée par une autre ? Comme je l'ai dit, huit rotors différents ont été développés pour l'Enigma. À l'intérieur de chacun d'eux, 26 connexions de commutation différentes ont été installées. Des spécifications détaillées pour chacun d’eux sont présentées. Par exemple, si la lettre « N » a été reçue à l’entrée du premier rotor, alors la sortie ne devrait être que « W » et aucune autre lettre de plus. Si cette lettre avait été sur le deuxième rotor, elle aurait déjà été transformée en « T », etc. Autrement dit, chaque rotor effectuait une tâche clairement définie en termes de communication. Quel rôle ont joué les anneaux ? Considérez l'exemple suivant. Installons les rotors III, II et I, et l'ordre des anneaux est « C », « U » et « Q ».

Appuyez sur la touche « A ». Le rotor le plus à droite avancera d'un pas, c'est-à-dire que la lettre « Q » se transformera en « R ». Le rotor au milieu tournera également vers l'avant en forme de « V », mais j'en parlerai un peu plus tard. Ainsi, notre lettre « A » commence son voyage depuis le premier compartiment dans lequel est installé le rotor I et sur lequel la lettre « R » est déjà affichée. Déjà avant d'arriver au premier rotor, la lettre subit sa première transformation, à savoir : addition avec la lettre « R » modulo 26. En fait, il s'agit d'un chiffre de César. Si nous numérotons toutes les lettres de 0 à 25, alors la lettre « A » sera juste zéro. Cela signifie que le résultat de l'addition sera la lettre « R ». De plus, vous et moi savons que dans le premier compartiment se trouve un rotor I et que sa conception garantit que la lettre « R » se transforme toujours en « U ». Vient maintenant le deuxième compartiment avec rotor II. Encore une fois, avant de frapper le deuxième rotor, maintenant la lettre « U » change selon un algorithme légèrement différent : elle est ajoutée à différence valeurs du rotor suivant et du précédent. Laissez-moi vous expliquer. Sur le deuxième rotor, la lettre « V » nous attend, et sur le précédent « R », leur différence est égale à quatre lettres, et elles s'ajoutent à notre lettre « U ». Le deuxième rotor reçoit donc la lettre « Y ». De plus, d'après le tableau, nous constatons que dans le deuxième rotor la lettre « Y » correspond à « O ». Ensuite, nous examinons à nouveau la différence entre les lettres « C » et « V » - elle est égale à sept. Ainsi, nous décalons la lettre « O » de sept positions et obtenons « V ». Dans le rotor III, « V » devient « M ». Avant d'arriver au réflecteur, la lettre « C » est soustraite de notre lettre, la transformant en la lettre « K ». Vient ensuite la réflexion. Si vous remarquez, de grands groupes cycliques se forment dans chaque rotor, par exemple : (A – E – L – T – P – H – Q – X – R – U), et dans le réflecteur ils sont divisés en paires : (A - Y) (B - R)(C - U), etc. Ceci est fait pour qu'il puisse être déchiffré plus tard. Supposons que le réflecteur B soit installé, dans lequel "K" est remplacé par "N" (et vice versa). La moitié du chemin est parcourue. Maintenant, nous ajoutons à nouveau la valeur de la lettre « C », obtenant ainsi la lettre « P ». Ici, au contraire, dans la ligne du troisième rotor, nous trouvons « P » et regardons quelle lettre il apparaîtrait si nous appuyions. C'est la lettre "H". La conversion du troisième rotor est terminée. Maintenant, de cette lettre est soustraite la différence entre les lettres « C » et « V », soit sept. Nous obtenons la lettre "A". Dans le deuxième rotor, il se transforme en lui-même, nous le laissons donc inchangé. Ensuite, nous soustrayons la différence entre les lettres « V » et « R », soit quatre, et nous obtenons la lettre « W ». Dans le premier rotor, sa transformation inverse est affichée sous la forme de la lettre « N ». Il ne reste plus qu'à en soustraire la lettre « R » et on obtient la lettre « W » souhaitée. Comme vous pouvez le constater, l’algorithme de fonctionnement de la machine s’est avéré pas aussi compliqué qu’il y paraissait. Pour améliorer le chiffrement, les Allemands ont introduit un standard permettant d'échanger les lettres par paires. Si nous connectons les lettres « Q » et « W », alors lorsque nous entrons le même « A », nous obtiendrons « Q », puisqu'en fait il devrait y avoir un « W », mais il est remplacé par la lettre « Q ». . Voici le schéma ci-joint de l'opération.


Il ne reste plus qu'à parler du déplacement des rotors les uns par rapport aux autres. Le rotor droit tournait toujours d'un pas lorsqu'une touche était enfoncée. Par exemple, pour le rotor I, cette position est égale à la lettre « R ». C'est pourquoi dans notre exemple le deuxième rotor tournait : le premier rotor passait par la lettre « R ». Ensuite, après avoir traversé une certaine position, le rotor droit a mis le rotor gauche en mouvement d'un pas. Dans les modèles plus avancés, le rotor gauche tournait deux, voire trois fois.

En conclusion, je dirai que

La machine à chiffrer allemande n’a pas été appelée « Riddle » pour le plaisir des mots. Il existe des légendes autour de l’histoire de sa captation et du décodage des interceptions radio, et le cinéma y contribue largement. Les mythes et la vérité sur l'encodeur allemand sont dans notre matériel.

On sait que l'interception des messages par l'ennemi ne peut être contrée que par leur protection ou leur cryptage fiable. L'histoire du cryptage remonte à plusieurs siècles - l'un des chiffres les plus célèbres s'appelle le chiffre de César. Ensuite, des tentatives ont été faites pour mécaniser le processus de cryptage et de décryptage : nous sommes parvenus au disque Alberti, créé dans les années 60 du XVe siècle par Leon Battista Alberti, l'auteur du « Traité sur les chiffres » - l'un des premiers livres sur le l'art du cryptage et du décryptage.

La machine Enigma utilisée par l’Allemagne pendant la Seconde Guerre mondiale n’était pas unique. Mais il se distinguait des dispositifs similaires adoptés par d'autres pays par sa relative simplicité et son utilisation généralisée : il pouvait être utilisé presque partout - à la fois sur le terrain et sur un sous-marin. L'histoire d'Enigma remonte à 1917, lorsque le Néerlandais Hugo Koch en reçut un brevet. Son travail consistait à remplacer certaines lettres par d'autres à l'aide de rouleaux rotatifs.

Nous connaissons l’histoire du décodage de la machine Enigma principalement à partir des superproductions hollywoodiennes sur les sous-marins. Cependant, selon les historiens, ces films ont peu de points communs avec la réalité.

Par exemple, le film U-571 de 2000 raconte l'histoire d'une mission secrète menée par des marins américains pour capturer une machine de cryptage Enigma à bord du sous-marin allemand U-571. L'action se déroule en 1942 dans l'Atlantique Nord. Malgré le fait que le film soit spectaculaire, l'histoire qui y est racontée ne correspond pas du tout aux faits historiques. Le sous-marin U-571 était en fait en service dans l'Allemagne nazie, mais a été coulé en 1944, et les Américains n'ont réussi à capturer la machine Enigma qu'à la toute fin de la guerre, ce qui n'a pas joué un rôle sérieux dans l'approche de la Victoire. . À propos, à la fin du film, les créateurs rapportent des faits historiquement exacts concernant la capture de l'encodeur, mais ils sont apparus sur l'insistance du consultant du film, un Anglais de naissance. De son côté, le réalisateur du film, Jonathan Mostow, a déclaré que son film "est une œuvre d'art".

Les films européens tentent de maintenir l’exactitude historique, mais ils contiennent également une part de fiction artistique. Le film Enigma de Michael Apted, sorti en 2001, raconte l'histoire du mathématicien Tom Jericho, qui doit résoudre le code mis à jour d'une machine de chiffrement allemande en seulement quatre jours. Bien sûr, dans la vraie vie, il fallait beaucoup plus de temps pour déchiffrer les codes. Au début, cela a été fait par le service cryptologique polonais. Et un groupe de mathématiciens - Marian Rejewski, Henryk Zygalski et Jerzy Rozicki - étudiant des chiffres allemands obsolètes, a découvert que le soi-disant code du jour, qui changeait chaque jour, consistait en les réglages du tableau de distribution, l'ordre d'installation des rotors. , les positions des anneaux et les réglages initiaux du rotor . Cela s'est produit en 1939, avant même la prise de la Pologne par l'Allemagne nazie. En outre, le «Bureau des Chiffres» polonais, créé spécifiquement pour «combattre» Enigma, disposait de plusieurs exemplaires d'une machine en état de marche, ainsi que d'une machine électromécanique Bomba, composée de six appareils allemands appariés, qui aidaient à travailler avec codes. C'est elle qui deviendra plus tard le prototype de Bombe, l'invention d'Alan Turing.

La partie polonaise a pu transférer ses développements aux services de renseignement britanniques, qui ont organisé de nouveaux travaux pour résoudre « l’énigme ». À propos, les Britanniques se sont intéressés pour la première fois à Enigma au milieu des années 20, mais ils ont rapidement abandonné l'idée de déchiffrer le code, estimant apparemment que cela était impossible. Cependant, avec le début de la Seconde Guerre mondiale, la situation change : en grande partie grâce à la mystérieuse machine, l'Allemagne contrôle la moitié de l'Atlantique et coule les convois européens transportant de la nourriture et des munitions. Dans ces conditions, la Grande-Bretagne et les autres pays de la coalition anti-hitlérienne avaient absolument besoin de résoudre l’énigme Enigma.

Sir Alistair Dennison, directeur de la State Code and Cipher School, située dans l'immense château de Bletchley Park à 50 miles de Londres, a conçu et réalisé l'opération secrète Ultra, en faisant appel à des diplômés talentueux de Cambridge et d'Oxford, parmi lesquels se trouvait le célèbre le cryptographe et mathématicien Alan Turing . Le travail de Turing pour briser les codes de la machine Enigma fait l'objet du film de 2014 The Imitation Game. En 1936, Turing a développé une «machine de Turing» informatique abstraite, qui peut être considérée comme un modèle d'ordinateur - un dispositif capable de résoudre n'importe quel problème présenté sous la forme d'un programme - une séquence d'actions. À l'école de code et de chiffrement, il a dirigé le groupe Hut 8, responsable de la cryptanalyse des communications de la marine allemande, et a développé un certain nombre de méthodes pour briser le chiffreur allemand. En plus du groupe de Turing, 12 000 employés travaillaient à Bletchley Park. C'est grâce à leur travail acharné que les codes Enigma ont pu être déchiffrés, mais il n'a pas été possible de déchiffrer tous les chiffres. Par exemple, le chiffre Triton a fonctionné avec succès pendant environ un an, et même lorsque les « gars de Bletchley » l'ont piraté, cela n'a pas apporté le résultat souhaité, car trop de temps s'est écoulé entre le moment où le cryptage a été intercepté et celui où l'information a été transmise. aux marins britanniques.

Le fait est que, sur ordre de Winston Churchill, tous les documents de décryptage n'ont été reçus que par les chefs des services de renseignement et Sir Stuart Menzies, qui dirigeait le MI6. De telles précautions ont été prises pour que les Allemands ne se rendent pas compte que les codes avaient été déchiffrés. Dans le même temps, ces mesures n'ont pas toujours fonctionné ; les Allemands ont alors modifié les paramètres d'Enigma, après quoi le travail de décryptage a recommencé.

The Imitation Game aborde également le thème des relations entre les cryptographes britanniques et soviétiques. Le Londres officiel n'avait vraiment pas confiance dans la compétence des spécialistes de l'Union soviétique, cependant, sur ordre personnel de Winston Churchill, le 24 juillet 1941, des matériaux portant le cachet Ultra furent transférés à Moscou. Certes, pour exclure la possibilité de divulguer non seulement la source de l'information, mais aussi que Moscou découvre l'existence de Bletchley Park, tous les documents ont été déguisés en informations de renseignement. Cependant, l'URSS a entendu parler des travaux de déchiffrement d'Enigma en 1939 et, trois ans plus tard, l'espion soviétique John Cairncross est entré au service de l'École nationale des codes et des chiffres, qui envoyait régulièrement toutes les informations nécessaires à Moscou.

Beaucoup de gens se demandent pourquoi l'URSS n'a pas déchiffré les interceptions radio du « Riddle » allemand, alors que les troupes soviétiques ont capturé deux de ces appareils en 1941 et que lors de la bataille de Stalingrad, Moscou disposait de trois autres appareils. Selon les historiens, le manque d’équipements électroniques modernes en URSS à cette époque a eu un impact.

À propos, un département spécial de la Tchéka chargé du cryptage et du décryptage a été convoqué en URSS le 5 mai 1921. Pour des raisons évidentes - le département travaillait pour le renseignement et le contre-espionnage - il n'y a pas eu beaucoup de victoires annoncées au crédit des employés du département. Par exemple, la divulgation des codes diplomatiques d'un certain nombre de pays dès les années vingt. Ils ont également créé leur propre chiffre - le fameux « code russe », que, comme on dit, personne n'a pu déchiffrer.

Avec son aide, il avait le nom de code « Ultra". On a fait valoir que cette réussite était un facteur décisif dans la victoire alliée.

Malgré le fait que du point de vue de la cryptographie moderne, le chiffre Enigma était faible, en pratique, seule une combinaison de ce facteur avec d'autres (tels que des erreurs d'opérateur, des défauts de procédure, un texte de message connu (par exemple, lors de la transmission de bulletins météorologiques), les captures de copies Enigma "et de livres de codes) ont permis aux décrypteurs de résoudre les chiffrements Enigma et de lire les messages.

On estime qu'environ 100 000 copies des machines de chiffrement Enigma ont été produites.

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✪ Machine de cryptage Enigma (exemple de tutoriel)

✪ Faille dans le code Enigma - Numberphile en russe

✪ Piratez Enigma. Chiffre secret

✪ La machine secrète de cryptage du Troisième Reich "Enigma" a été vendue en Roumanie

Sous-titres

Description

Comme les autres machines rotatives, Enigma consistait en une combinaison de sous-systèmes mécaniques et électriques. La partie mécanique comprenait un clavier, un ensemble de disques rotatifs - des rotors - situés le long de l'arbre et à côté de celui-ci, et un mécanisme pas à pas qui déplaçait un ou plusieurs rotors à chaque pression sur une touche. La partie électrique, quant à elle, consistait en un circuit électrique reliant le clavier, le panneau de brassage, les ampoules et les rotors (des contacts coulissants étaient utilisés pour connecter les rotors).

Le mécanisme de fonctionnement spécifique pourrait être différent, mais le principe général était le suivant : à chaque pression sur une touche, le rotor le plus à droite se déplace d'une position et, dans certaines conditions, d'autres rotors se déplacent également. Le mouvement des rotors entraîne différentes transformations cryptographiques à chaque frappe ultérieure sur le clavier.

Il y a un schéma à gauche pour expliquer le principe de fonctionnement de la machine. Le schéma est simplifié : en effet, le mécanisme était constitué de 26 lumières, clés, connecteurs et circuits électriques à l'intérieur des rotors. Le courant circulait depuis (souvent une batterie) (1) via un interrupteur (2) vers un panneau de brassage (3). Le panneau de brassage permettait de reconnecter les connexions entre le clavier (2) et la molette de saisie fixe (4). Ensuite, le courant a traversé le connecteur (3), inutilisé dans cet exemple, la roue d'entrée (4) et le circuit de connexion de trois (dans le modèle militaire) ou quatre (dans le modèle naval) rotors (5) et est entré dans le réflecteur (6). Le réflecteur renvoyait le courant à travers les rotors et la roue d'entrée, mais par un chemin différent, puis à travers le connecteur « S » connecté au connecteur « D », à travers un autre interrupteur (9), et l'ampoule était allumée.

Ainsi, le changement constant du circuit électrique à travers lequel le courant circulait en raison de la rotation des rotors a permis de mettre en œuvre un chiffre de substitution multi-alphabétique, ce qui a conféré au chiffre une grande stabilité pour l'époque.

Rotors

Les rotors sont le cœur d'Enigma. Chaque rotor était un disque d'environ 10 cm de diamètre, en ébonite ou en bakélite, avec des contacts à broches à ressort sur le côté droit du rotor, disposés en circonférence. Sur le côté gauche se trouvait un nombre correspondant de contacts électriques plats. Les contacts à broche et à fourche correspondaient aux lettres de l'alphabet (généralement les 26 lettres de A à Z). Lors du contact, les contacts des rotors adjacents ont fermé un circuit électrique. À l’intérieur du rotor, chaque contact à broche était connecté à l’un des contacts plats. L'ordre de connexion était différent pour chaque rotor.

Le rotor lui-même produisait un type de cryptage très simple : un chiffre de substitution rudimentaire. Par exemple, le contact représentant la lettre E pourrait être relié au contact de la lettre T de l'autre côté du rotor. Mais lors de l'utilisation de plusieurs rotors en groupe (généralement trois ou quatre), en raison de leur mouvement constant, un chiffre plus fiable est obtenu.

Les modèles militaires Enigma ont été produits avec un nombre variable de rotors. Le premier modèle n’en contenait que trois. Les modèles ultérieurs avaient le choix entre cinq (1934), sept (1938) ou huit (1939) rotors. Les rotors étaient marqués des chiffres romains I, ..., VIII. Jusqu'en 1938, l'armée allemande n'utilisait que trois des cinq rotors disponibles.

Modèle naval à quatre rotors de l'Enigma, " Kriegsmarine M4"avait un rotor supplémentaire, même s'il était de la même taille que celui à trois rotors, en raison d'un réflecteur plus fin. Il y avait deux types de ce rotor : « Beta » et « Gamma ». Il ne bougeait pas pendant le processus de cryptage, mais pouvait être réglé manuellement sur l'une des 26 positions différentes.

Mouvement du rotor étagé

Chaque rotor était attaché à un engrenage à 26 dents (un cliquet) et un ensemble de cliquets engageait les dents des engrenages. Les chiens avançaient simultanément en appuyant sur une touche de la machine. Si le chien accrochait une dent d'engrenage, le rotor tournait d'un pas.

Dans la version militaire de l'Enigma, chaque rotor était fixé à un anneau réglable doté d'encoches. Les cinq rotors de base (I-V) avaient chacun un évidement, tandis que le modèle naval (VI-VIII) en avait deux. À un certain moment, l'encoche tombait à l'opposé du cliquet, lui permettant d'engager le cliquet du rotor suivant la prochaine fois que la touche serait enfoncée. Lorsque le chien ne tombait pas dans le renfoncement, il glissait simplement le long de la surface de l'anneau sans attraper l'engrenage. Dans un système à un seul cran, le deuxième rotor a avancé d'une position en même temps que le premier a fait 26 pas. De même, le troisième rotor a avancé d'un pas en même temps que le second a fait 26 pas. Une particularité de la machine était que le deuxième rotor tournait également si le troisième tournait. Cela signifie que le deuxième rotor pourrait tourner deux fois avec deux pressions successives sur une touche, appelée « mouvement en deux étapes », ce qui entraînerait une période de rotation plus courte.

Avec trois disques et une seule encoche sur le premier et le deuxième disque, la machine avait une période de 26x25x26 = 16 900. En règle générale, les messages ne comportaient pas plus de quelques centaines de caractères et il n'y avait donc aucun risque de répéter la position des rotors lors de l'écriture d'un seul message.

Lorsque la touche était enfoncée, les rotors tournaient jusqu'à ce que le circuit électrique soit fermé.

Roue d'entrée

Réflecteur

À l'exception des premiers modèles « A » et « B », ce dernier rotor a été suivi par réflecteur(Allemand : Umkehrwalze), une caractéristique brevetée qui distinguait la famille Enigma des autres machines rotatives développées à l'époque. Le réflecteur connectait les contacts du dernier rotor par paires, commutant le courant à travers les rotors dans la direction opposée, mais selon un itinéraire différent. La présence d'un réflecteur garantissait que la transformation effectuée par Enigma était une involution, c'est-à-dire que le décryptage était la même chose que le cryptage. Cependant, la présence d'un réflecteur rend impossible le cryptage d'une lettre par lui-même. Il s’agissait d’un grave défaut conceptuel, qui s’est ensuite avéré utile pour les décrypteurs.

Dans le modèle commercial Enigma-C, le réflecteur pouvait être situé dans deux positions différentes, et dans le modèle D, dans 26 positions possibles, mais il était stationnaire pendant le processus de cryptage. Dans le modèle de l'Abwehr, le réflecteur bougeait pendant le chiffrement, comme les autres disques.

Dans les modèles militaires et aéronautiques de l'Enigma, le réflecteur était installé, mais ne tournait pas. Il existait en quatre variétés. La première variété était marquée de la lettre A. La suivante, Umkehrwalze B, est sorti le 1er novembre 1937. Troisième, Umkehrwalze C, paru en 1941. Quatrième, Umkehrwalze D, introduit pour la première fois le 2 janvier 1944, permettait à l'opérateur Enigma de contrôler le réglage de commutation à l'intérieur du réflecteur.

Panneau de brassage

Panneau de brassage(Allemand : Steckerbrett) permet à l'opérateur de varier les connexions filaires. Il est apparu pour la première fois dans les versions militaires allemandes en 1930 et a rapidement été utilisé avec succès dans les versions navales. Le panneau de brassage a grandement contribué à la complexité du cryptage de la machine, bien plus encore que l'introduction d'un rotor supplémentaire. Enigma sans panneau de brassage peut être géré presque manuellement, mais après avoir ajouté un panneau de brassage, les pirates ont été obligés de construire des machines spéciales.

Un câble placé sur le panneau de brassage reliait les lettres par paires, par exemple « E » et « Q » pourraient être connectés par paires. L'effet était de réorganiser ces lettres avant et après le passage du signal à travers les rotors. Par exemple, lorsque l'opérateur appuyait sur « E », le signal était envoyé à « Q », et seulement ensuite au rotor d'entrée. En règle générale, Enigma était livré avec six câbles.

Chaque lettre du panneau de brassage avait deux emplacements. L'insertion d'une fiche a déconnecté la prise supérieure (du clavier) et la prise inférieure (vers le rotor d'entrée) de cette lettre. La fiche à l'autre extrémité du câble était insérée dans les prises de l'autre lettre, commutant ainsi les connexions de ces deux lettres.

Accessoires

Une pièce pratique utilisée sur le M4 Enigma était ce qu'on appelle le "Schreibmax", un petit appareil d'impression capable d'imprimer les 26 lettres sur une petite feuille de papier. À cet égard, il n’était pas nécessaire de recourir à un opérateur supplémentaire pour surveiller les ampoules et noter les lettres. Le dispositif d'impression était installé au-dessus de l'Enigma et était connecté à un panneau d'ampoules. Pour installer le dispositif d'impression, il a fallu retirer les culots de lampes et toutes les ampoules. De plus, cette innovation a accru la sécurité : désormais, l'officier des transmissions n'avait plus besoin de voir le texte non crypté. Le dispositif d'impression a été installé dans la cabine du commandant du sous-marin et l'officier des communications n'a saisi que du texte crypté sans accéder aux informations classifiées.

Un autre accessoire était un panneau distant séparé avec des ampoules. Dans la version avec panneau supplémentaire, la carrosserie en bois de l'Enigma était plus large. Il existait un modèle de panneau d'ampoules qui pouvait être connecté ultérieurement, mais cela nécessitait, comme dans le cas de l'imprimante Schreibmax, le remplacement du panneau d'ampoules d'usine. Le panneau distant permettait à une personne de lire le texte décrypté sans intervention de l'opérateur.

En 1944, l'Air Force a introduit un commutateur de panneau de brassage supplémentaire appelé « Uhr » (horloge). C'était une petite boîte contenant un interrupteur à 40 positions. Il remplace les fiches standards. Après avoir branché les fiches, comme déterminé par la liste de codes de chaque jour, l'opérateur pouvait changer l'interrupteur dans l'une des 40 positions. Chaque position aboutissait à une combinaison différente de câblage de fiche. Contrairement aux fiches standard, la plupart de ces connexions enfichables n'étaient pas appariées.

Description mathématique

La transformation Enigma pour chaque lettre peut être définie mathématiquement comme le résultat de permutations. Prenons un modèle militaire à trois rotors. Supposons que "P" désigne le panneau de brassage, "U" désigne le réflecteur et "L", "M", "R" désignent respectivement les actions des rotors gauche, central et droit. Alors le cryptage « E » peut être exprimé comme suit :

Après chaque pression sur une touche, le rotor bouge, modifiant la transformation. Par exemple, si le rotor droit « R » tourne sur i positions, une transformation se produit ρ je R ρ − je (\displaystyle \rho ^(i)R\rho ^(-i)), où ρ est une permutation cyclique allant de "A" à "B", de "B" à "C", et ainsi de suite. De la même manière, les rotors du milieu et de gauche peuvent être désignés par j et k rotations « M » et « L ». La fonction de cryptage dans ce cas peut être affichée comme suit :

Procédures d'utilisation d'Enigma

Dans les forces armées allemandes, les installations de communication étaient divisées en différents réseaux, chacun avec ses propres paramètres de codage pour les machines Enigma. Au centre de décryptage anglais de Bletchley Park. Parc Bletchley), ces réseaux de communication étaient appelés clés et recevaient des noms de code tels que Rouge, Chaffinch ou Requin. Chaque unité fonctionnant sur le réseau s'est vu attribuer de nouveaux paramètres pour une nouvelle période de temps. Pour que le message soit correctement crypté et déchiffré, les machines émettrices et destinataires devaient être configurées de la même manière, notamment le choix des rotors, les positions de départ des rotors et les connexions des panneaux de brassage devaient être identiques. Ces paramètres ont été convenus à l'avance et enregistrés dans des livres de codes spéciaux.

L'état initial de la clé de chiffrement Enigma comprend les paramètres suivants.

• Placement du rotor : sélection et placement du rotor.
• Positions initiales du rotor : sélectionnées par l'opérateur, différentes pour chaque message.
• Réglage de la bague : position de la bague alphabétique correspondant au motif du rotor.
• Paramètres de prise : branchez les connexions sur le panneau de brassage.

Enigma a été conçu pour garantir le maintien de la sécurité même lorsque l'espion connaissait la conception du rotor, même si dans la pratique, les réglages étaient gardés secrets. Avec un circuit inconnu, le nombre total de configurations possibles peut être de l'ordre de 10,114 (environ 380 bits) ; avec un schéma de câblage et d'autres paramètres opérationnels connus, ce chiffre tombe à 10,23 (76 bits). Les utilisateurs d'Enigma étaient confiants dans sa sécurité grâce au grand nombre d'options possibles. Il était irréaliste ne serait-ce que de commencer à sélectionner une configuration possible.

Indicateurs

La plupart des clés n'étaient conservées que pendant une certaine période, généralement une journée. Cependant, pour chaque nouveau message, de nouvelles positions initiales des rotors étaient précisées. Cela est dû au fait que si le nombre de messages envoyés avec des paramètres identiques est important, un cryptanalyste ayant étudié en profondeur plusieurs messages peut sélectionner un chiffre pour les messages à l'aide de l'analyse de fréquence. Une idée similaire est utilisée dans le principe du « vecteur d'initialisation » dans le cryptage moderne. Ces positions initiales étaient envoyées avec le cryptogramme, avant le texte chiffré. Ce principe a été appelé « procédure indicatrice ». Et c’est précisément la faiblesse de ces procédures d’indication qui a conduit aux premiers cas réussis de déchiffrement du code Enigma.

Certaines des premières procédures d'indication ont été utilisées par des cryptanalystes polonais pour déchiffrer des codes. La procédure impliquait que l'opérateur configure la machine selon une liste de paramètres contenant les principales positions de départ initiales des rotors. Disons que le mot-clé principal est AOH. L'opérateur a fait tourner les rotors à la main jusqu'à ce que le mot AOH soit lu dans les fenêtres des rotors. L'opérateur choisissait ensuite sa propre clé pour le nouveau message. Disons que l'opérateur a choisi le mot EIN. Ce mot est devenu le mot clé de ce message. Ensuite, l'opérateur a saisi une nouvelle fois le mot EIN dans la machine pour éviter les erreurs lors de la transmission. En conséquence, après avoir saisi deux fois le mot EIN, le cryptogramme affichait le mot XHTLOA, qui précédait le corps du message principal. Et enfin, l'opérateur a de nouveau fait tourner les rotors conformément à la clé sélectionnée, dans cet exemple EIN, puis a saisi le texte principal du message.

A réception de ce message crypté, toute l’opération a été réalisée dans l’ordre inverse. L'opérateur récepteur a saisi les paramètres initiaux dans la machine (mot-clé AOH) et a saisi les six premières lettres du message reçu (XHTLOA). Dans l'exemple ci-dessus, le mot EINEIN était affiché, c'est-à-dire que l'opérateur récepteur a compris que le mot-clé était EIN. Après cela, il a placé les rotors sur la position EIN et a saisi le reste du message crypté, recevant en sortie un texte clair et décrypté.

Cette méthode présentait deux inconvénients. Tout d’abord, utilisez les paramètres des touches principales. Cela a ensuite été modifié dans la mesure où l'opérateur choisissait ses propres positions de départ pour chiffrer l'indicateur et envoyait les positions de départ en clair. Le deuxième problème était la répétabilité du mot indicateur choisi par l’opérateur du code, ce qui constituait une faille de sécurité importante. La clé du message a été chiffrée deux fois, ce qui a entraîné une similitude naturelle entre le premier et le quatrième, le deuxième et le cinquième, le troisième et le sixième caractères. Cette faille a permis aux décrypteurs polonais de déchiffrer le code Enigma dès 1932. Cependant, à partir de 1940, les Allemands modifièrent leurs procédures pour améliorer la sécurité.

Histoire et évolution de la machine

La famille de machines de cryptage Enigma propose un grand nombre de modèles et de variantes de conception. Les premiers modèles étaient commerciaux à partir des années 1920. À partir du milieu des années 1920, divers services militaires allemands ont commencé à utiliser ces véhicules, apportant nombre de leurs propres modifications pour améliorer la sécurité. De plus, d’autres pays ont utilisé les plans Enigma pour créer leurs propres machines de chiffrement.

Commerciale "Enigme"

Le 23 février 1918, l'ingénieur allemand Arthur Scherbius obtient un brevet pour une machine de chiffrement utilisant des rotors (cette machine est la première version d'Enigma), et avec Richard Ritter il fonde la société Scherbius et Ritter ( Scherbius & Ritter). Ils ont tenté d’établir des relations avec la marine allemande et le ministère des Affaires étrangères, mais à cette époque ils n’étaient pas intéressés par les machines de cryptage. Par la suite, ils déposèrent des brevets pour la société Gewerkschaft Securitas, qui fonda le 9 juillet 1923 la société des fabricants de machines de chiffrement Chiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft. Scherbius et Ritter faisaient partie du conseil d'administration de cette société.

Chiffriermaschinen AG a commencé à faire la publicité d'une machine rotative, le modèle A Enigma, qui a été exposée au congrès de l'Union postale internationale en 1923 et 1924. La machine était lourde et très grande et ressemblait à une presse à imprimer. Ses dimensions étaient de 65x45x35 cm et il pesait environ 50 kg. Ensuite, le modèle « B » de conception similaire a été introduit. Les deux premiers modèles « A » et « B » étaient complètement différents des versions ultérieures. Ils étaient de tailles et de formes variées. Ils différaient également du point de vue du cryptage : les premières versions n'avaient pas de réflecteur.

Le réflecteur, une idée proposée par Willi Korn, collègue de Scherbius, a été introduit pour la première fois dans l'Enigma Model C (1926). Le réflecteur était une caractéristique clé d'Enigma.

Le modèle « C » était plus petit et plus portable que ses prédécesseurs. Ce modèle n'avait pas de machine à écrire pour remplacer l'opérateur supplémentaire surveillant les ampoules, d'où le nom alternatif « Glowlamp Enigma » pour le distinguer des modèles « A » et « B ». L'Enigma Model C devint rapidement obsolète, laissant la place au nouveau Model D (1927). Cette version a été largement utilisée en Suède, aux Pays-Bas, au Royaume-Uni, au Japon, en Italie, en Espagne, aux États-Unis et en Pologne.

"Enigma" dans le service militaire

La marine allemande fut la première à utiliser les machines Enigma. Le modèle, appelé « Funkschlüssel C », commença à être développé en 1925 et entra en masse dans l'armée l'année suivante. Le clavier et le panneau lumineux se composaient de 29 lettres de A à Z, plus Ä, Ö et Ü, classées par ordre alphabétique, contrairement au système QWERTZU. Les rotors avaient chacun 28 contacts, la lettre X était codée directement et non cryptée. Trois des cinq rotors et le réflecteur pourraient être installés dans quatre positions différentes, désignées α, β, γ et δ. Des corrections mineures à la voiture furent apportées en juillet 1933.

Le 15 juillet 1928, l'armée allemande introduisit son propre modèle Enigma, Enigma G, modifié en juin 1930 pour devenir le modèle Enigma I. Enigma I, également connue sous le nom de Wehrmacht Enigma ou Enigma « militaire », a été largement utilisée par les services militaires allemands et d'autres organisations gouvernementales (telles que les chemins de fer) pendant la Seconde Guerre mondiale. Une différence significative entre Enigma I et les modèles commerciaux Enigma était le panneau de brassage permettant de changer les paires de lettres, ce qui augmentait considérablement le niveau de sécurité des chiffrements. Il y avait aussi d'autres différences : l'utilisation d'un réflecteur fixe et le déplacement des fentes du corps du rotor vers les anneaux de lettres mobiles. Les dimensions de la voiture étaient de 28x34x15 cm, elle pesait environ 12 kg.

Il y avait aussi l'Enigma II, un grand modèle d'impression à huit rotors. En 1933, des experts polonais en décryptage ont découvert qu'Enigma II était utilisé pour des communications militaires de haut niveau, mais l'Allemagne a rapidement cessé de l'utiliser - la machine était trop peu fiable et souvent bloquée.

D'autres pays ont également utilisé Enigma. La marine italienne a utilisé une version commerciale d'Enigma appelée Navy Cipher D, et les Espagnols ont également utilisé Enigma commercial pendant la guerre civile. Des décrypteurs britanniques ont réussi à déchiffrer ces machines dépourvues de panneau de brassage. Les Suisses utilisaient l'Enigma K à des fins militaires et diplomatiques, ce qui était similaire à l'Enigma D commercial. Ces machines ont été démantelées par un grand nombre de décrypteurs, notamment polonais, français, britanniques et américains. Enigma T (nom de code Tirpitz) est sorti pour le Japon.

Selon des estimations approximatives, environ 100 000 copies des machines de chiffrement Enigma ont été produites.