Enigma machine

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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。