Enigma machine

出自KMU Wiki

簡介

  

1.World War II 德國所使用
   2.名稱源自希臘語，意指“ 不可思議的東西”或“謎”
   3.Enigma是突破性地結合機器來進行加密，使得密碼更不易被破解

基本元件與原理

   1.

其中最基本的三大部分為鍵盤、轉子和顯示器。鍵盤共有26個鍵，分別為26個英文字母，
      其排列接近我們現在所使用的計算機鍵盤。為了使消息盡量簡短且更難破譯，空格和標點
      符號都被省略。

   

2.鍵盤、轉子和顯示器由電線相連，轉子本身也集成了26條線路，把鍵盤的信號對應到顯示
      器不同的小燈上去，每一個字母都一一對應替換為另一個字母 。

轉子(Rotors)

   1.

當鍵盤上一個鍵被按下時，相應的密文在顯示器上顯示，轉子的方向就自動地轉動一個字母的位置。

   2. 但是如果連續鍵入26個字母，轉子就會整整轉一圈，回到原始的方向上，這時編碼就和最初重複了。

   3.

於是S先生在機器上又加了一個轉子。當第一個轉子轉動整整一圈以後，它上面有一個齒撥動第二個
      轉子，使得它的方向轉動一個字母的位置。用這樣的方法，要26*26=676個字母後才會重復原來的編
      碼。而事實上Enigma裡有三個轉子，不重複的方向個數將達到26*26*26=17576個。

反轉輪(Reflector)

   1. S先生十分巧妙地在三個轉子的一端加上了一個反轉輪，他把鍵盤和顯示器中的相同字母用電線連在一起。

   2. 反轉輪雖然沒有像轉子那樣增加可能的不重複之方向，但是它可以使解碼的過程和編碼的過程完全一樣。

   3.

反轉輪帶來的一個副作用就是一個字母永遠也不會被加密成它自己，因為反轉輪中一個字母總是被連接到
      另一個不同的字母，這也使它成為一個被破解的導火線。
3 movable rotors are sandwiched between 2 fixed wheels: the entry wheel on the right and the reflector (here marked "B") on the left.

連接板(Plug－board)

   1.

S先生在鍵盤和第一轉子之間增加了一個連接板。這塊連接板允許使用者用一根連線把某個字母和另一個字
      母連接起來，這樣這個字母的信號在進入轉子之前就會轉變為另一個字母的信號。

   

2.各種連線最多可以有六根（後期的Enigma具有更多的連線），這樣就可以使6對字母的信號互換，其他沒有
      插上連線的字母保持不變。當然連接板上的連線狀況也是收發訊息的雙方需要預先約定好的。

Enigma的金鑰

  1. 三個轉子不同的方向組成了26*26*26=17576種不同可能性。

  2. 三個轉子間不同的相對位置為6種可能性。

  3. 連接板上兩兩交換6對字母的可能性數目非常巨大，有72282089880000種。

  4. 於是一共有：17576*6*72282089880000=7622580070385280000，大約為1016種可能性。

連接板與轉子對Enigma的重要

  1.

其實連接板對可能性的增加貢獻最大，那麼為什麼S先生要那麼麻煩地設計轉子之類的東西呢？原因在於連接板
     本身其實就是一個簡單替換密碼系統，在整個加密過程中，連接是固定的，所以單使用它是十分容易用頻率分析
     法來解密的。

  

2.轉子系統雖然提供的可能性不多，但是在加密過程中它們不停地轉動，使整個系統變成了多元式替換系統，頻率
     分析法對它再也無能為力，與此同時，連接板卻使得可能性數目大大增加，使得暴力破密法（即一個一個嘗試所
     有可能性的方法）望而卻步。