آلة إنجما

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
آلة إنجما.
Fairytale key enter.png لقد اقترح نقل صفحة آلة إنجما إلى آلة إنيغما. جار التوصل إلى اتفاق بشأن النقل في صفحة النقاش.
آلة التشفير إنجما
Enigma-logo.jpg
عرض · نقاش · تعديل

آلة إنجما (بالإنجليزية: Enigma Machine) هو اسم يُطلق على أي آلة من عائلة الآلات الكهروميكانيكية الدوارة التي تستخدم لإنتاج الشيفرة السرية، حيث أن هذه العائلة تشمل أنواعًا متعددة ومختلفة من الطرازات تستخدم لتعمية وفك تعمية الرسائل السرية. وكلمة إنجما كلمة إنجليزية تعني "لغز".

بدأ الاستعمال التجاري لإنجما في بدايات العقد الثاني من القرن العشرين،[1] وقد تم استخدامها من قِبل العديد من الجهات العسكرية والحكومية للعديد من الدول، ربما من أشهرها ألمانيا النازية في فترة قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية.[2]

الطراز الألماني من هذه الآلة، والذي يدعى فيرماخت إنجما (بالألمانية: Wehrmacht Enigma)، هو الإصدار الذي أخذ شعبية واسعة بسبب سهولة استخدامها وصعوبة فك شفرتها وبسبب استعمالها من قبل القوات العسكرية النازية. استطاع خبراء تعمية قوات الحلفاء فك تعمية عدد هائل من الرسائل باستخدام هذه الآلة. وقد تم فك التعمية عام 1932 على يد مشفرين بولنديين هم ماريان رييفسكي، جيرزي وزيسكي، وهينركي زيجلاسكي من مكتب التعمية البولندي. في منتصف عام 1939 تم نقل طرق التعمية وفك التعمية من بولندا إلى بريطانيا وفرنسا. قدمت هذه الآلة مساعدة كبيرة لجهاز الاستخبارات العسكرية لقوى الحلفاء وقد سميت ألترا (ULTRA)، حتى أنه يقال أن نهاية الحرب الأوروبية كانت أبكر بعامين بسبب فك الشيفرة الألمانية.[3][4][5]

وقد تمكن الحلفاء من كسر تعمية رسائل آلة إنجما ليس فقط بسبب وجود بعض نقاط الضعف في تعميتها ولكن بسبب بعض العوامل المهمة الأخرى خصوصاً الأخطاء البشرية التي ارتكبها مستعمليها، وتسرب اسرار التعمية أثناء العمل، كذلك ما قدمته الآلات المستولى عليها من معلومات كشفت طريقة عملها.[6]

الوصف[عدل]

مخطط توصيل آلة إنجما يظهر تدفق التيار. الزر A محول إلى اللمبة D.

آلة إنجما عبارة عن توليفة أو تجميع لأنظمة كهربائية وميكانيكية، مثلها في ذلك مثل الآلات الدوّارة. تتألف الآلية الميكانيكية من لوحة مفاتيح، ومجموعة من الأقراص الدوّارة تسمى الدوّارات مركبة بشكل متقارب على طول محور، وآلية خطوية لتدير واحدة أو أكثر من الدوّارات مع كل ضربة على الأزرار، وتختلف هذه الآلية من آلة إلى أخرى، ولكن الشكل الأكثر شيوعًا هو أن يتحرك الدوّار باتجاه عقارب الساعة خطوة واحدة مع كل ضربة على الأزرار، ويتحرك الدوّار المجاور بين الفينة والأخرى. تعطي الحركة المتواصلة للدوّارات تحويلاً مختلفًا للتعمية بعد كل ضربة على الأزرار.

تعمل الأجزاء الميكانيكية بطريقة تكوَن دوائر كهربائية مختلفة حيث أن التعمية الحقيقية للحروف تتم كهربائيًا. عند الضرب على الزر، تكتمل الدارة الكهربائية، ويمر التيار خلال العناصر المختلفة وبالنتيجة يضيء أحد المصابيح المختلفة، معلنًا الحرف الناتج. فمثلاً، عندما تشفر الرسالة التي تبدأ بحروف "ANX"، يضغط مشغل الآلة على الزر A، فيضيء مثلاً مصباح الحرف Z، فيكون أول حرف من الكلمة المشفرة Z. يتابع المشغل تعمية الحرف N بنفس الطريقة، وهكذا دواليك.

لشرح آلية إنجما، يُضرب مثال مخطط يقتصر على أربع مكونات لكل منها. في الآلة الحقيقية يوجد 26 مصباح، وزر واحد، ومأخذ واحد، وتوصيلة كهربائية داخل الدوّارات. يمر التيار من البطارية (1) خلال لوحة المفاتيح الكهربائية، أي الأزرار، ثنائية الاتجاه (2) إلى لوحة المآخذ (3) التي تسمح بالربط بين لوحة المفاتيح (2) ودولاب الدخل الثابت (4). ثم يمر التيار خلال المأخذ غير المستعمل، أي المغلق، (3) إلى دولاب الدخل (4) خلال توصيلات الدوّارات (5) الثلاثية (في فيرماخت إنجما) أو الرباعية (في نموذج قوات البحرية "كريغزمارينه M4" أو خيار الحماية)، ثم تدخل إلى العاكس (6). يعيد العاكس التيار الكهربائي من طريق آخر، إلى الدوّار (5) ودولاب الدخل (4)، ويمر خلال المأخذ (S) الموصول مع المأخذ (D) بكبل كهربائي (8)، فيضيء مصباح بعد مرور التيار خلال لوحة المفاتيح ثنائية الاتجاه (9). إن التغيير المستمر في المسلك الكهربائي خلال الآلة أو الوحدة بفضل دوران الدوّارات، يعطي عملية تعمية الحروف الأبجدية باستخدام الإنجما أمانًا عاليًا.[7]

الدوّارات[عدل]

مخطط التوصيل: تعمية حرفين متتابعين بآلة إنجما، يمر التيار عبر مجموعة الدوّارات، ثم العاكس، ثم يعود التيار مارًا عبر الدوّارات مرة أخرى. تمثل الخطوط الرمادية إمكانية أخرى لمسلك الدارة الكهربائية في كل دوّار. يشفّر الحرف A بشكل مختلف مع كل خطوة للدوّار، أولاً الحرف G، ثم الحرف C. حيث أن خطوة واحدة للدوّار اليميني أعطت مسار مختلف تمامًا للدارة الكهربائية.

تشكل الدوّارات (بالألمانية: Walzen) قلب آلة إنجما. وهي تصل في قطرها إلى 10 سنتيمترات. وكل دوّار عبارة عن قرص مصنوع من المطاط الصلب أو الباكليت مزود بمجموعة من الأوتاد النحاسية المحملة بنابض على الوجه الأول من القرص مرتبة بشكل دائري، وعلى الطرف الآخر يوجد عدد موافق من التماسات الكهربائية الدائرية تمثل الأوتاد والتماسات الأبجدية الممثلة بستة وعشرين حرفًا من A إلى Z. عندما توضع بشكل متراص، تتقابل الأوتاد والتماسات في الدوّارات المتجاورة، مشكلة اتصال وصلات كهربائية.

تجميع لدوّارات آلة إنجما. الدوّارات الثلاثة القابلة للحركة محشورة بين دولابين ثابتين، دولاب الإدخال على اليمين، والعاكس (موسوم بإشارة B) على اليسار.

في داخل الدوّار، يصل 26 سلكاً كل وتد من الطرف الأول مع التماس في الطرف الثاني بطريقة معقدة. ويختلف التوصيل من دوّار إلى آخر. ينجز الدوّار الواحد بذاته تعمية بسيطة، أو تعمية استبدالية. فمثلاً، قد يكون الوتد الموافق للحرف E موصولاً إلى تماس الحرف T على الوجه المعاكس. يأتي التعقيد من استخدام عدة دوّارات على التسلسل (3 أو 4) وحركة نظامية للدوّارات، تعطي بمجملها نوعًا أقوى في التعمية. عندما توضع الدوّارات في الآلة، يمكن ضبط الدوّار وفق 26 موضعاً، يمكن إدارته باليد باستخدام دولاب محزز ناتئ من الغطاء عندما يغلق. يضبط المشغّل الوضعية باستخدام حلقة أبجدية مثبتة على جانب القرص، ومجهزة بستة وعشرين حرفًا أو رقمًا، ويمكن رؤية الحرف أو الرقم من نافذة، مشيرًا إلى موضع الدوّار. كانت الحلقة الأبجدية في النسخ الأولية لآلات إنجما ثابتة، وتم إدخال تعديلات معقدة على النسخ اللاحقة لتسهيل ضبط الحلقة الأبجدية نسبة إلى التوصيل في قلب الدوّار. عرف موضع الحلقة الأبجدية "بضبط الحلقة.

ثلاث دوّارات لآلة الإنجما، والمحور الذي توضع عليه عندما تكون في حالة العمل.

تستخدم الدوّارات ذات الثلم، أو عدة أثلام، للتحكم بخطوة الدوّارات. أما في النسخ العسكرية للآلة فإن الأثلام تكون موضوعة على الحلقة الأبجدية.

تُزود آلات إنجما التابعة للجيش وأسلحة الجو بعدة دوّارات، وصل عددها إلى ثلاثة في الآلات الأولى. وبتاريخ 15 أكتوبر سنة 1938، ازداد العدد إلى خمسة، وقد رقمت هذه الدوّرات باستخدام الأرقام الرومانية (I، II، III، IV، VI) لتمييزها باستخدام ثلم واحد موضوع عند نقاط مختلفة على الحلقة الأبجدية. كان هذا أحد الإجراءات الأمنية، ولكن تم اعتماده في طريقة الساعة البولندية للتعمية، وفي بانبوريسموس البريطانية.

أما نسخة إنجما فيرماخت التابعة للبحرية، فقد صنعت باستخدام عدد أكبر من الدوّارات، بدءًا بستة ثم سبعة ثم ثمانية دوّارات. وقد وضع على الدوّارات الإضافية ثلمي N وA مما جعل بالإمكان إضافة عدد دورات أكبر.

شكل مفصل لدوّار إنجما   ثلاثة دوّارات متسلسلة
Enigma rotor exploded view.png
  1. حلقة محززة
  2. نقطة علام لتماس الحرف A
  3. الحلقة الأبجدية
  4. صفيحة التماسات
  5. أسلاك التوصيل
  6. أوتاد التماس
  7. عتلة ضبط حلقة التحميل بالنابض.
  8. محور
  9. الدولاب المحزز
  10. ترس سقاطة
Enigma rotor set.png

الحركة الخطوية[عدل]

الحركة الخطوية في آلة إنجما.

من أجل تجنب الحصول على شيفرة استبدالية بسيطة سهلة الفك، كانت بعض الدوّارات تدور نتيجة الضرب المتكرر على زر ما، مما يؤدي إلى الحصول على تعمية مختلفة عند كل موضع للدوّار، وهذا يعطي شيفرة أبجدية استبدالية متغيرة بشكل كبير. أكثر الآليات استخدامًا لهذا الغرض هي آلية ترس السقاطة واللسين ذات الدوّار المجهز بترس سقاطة ذات 26 سنًا، ولسين يتعشق مع أسنان الترس. يمكن إزاحة اللسين من التعشيق مع كل ضربة زر في الآلة، فيتحرك الدوّار خطوة واحدة.

في آلة فيرماخت إنجما، لكل دوّار حلقة محززة قابلة للضبط. ولكل من الدوّارات الأساسية الخمسة (I–V) حلقة محززة بثلم واحد، بينما للدوّارات الإضافية التابعة للقوات البحرية (VI، VII، VIII) حلقة مجهزة بثلمين. وعند نقطة معينة يتوازى ثلم الدوّار مع اللسين، مما يسمح بالتعاشق مع ترس السقاطة للدوّار المجاور والتحرك معه عند ضربة الزر التالية. عندما يكون اللسين غير متوازٍ مع السقاطة، فإنه ينزلق ببساطة فوق سطح الحلقة دون أن يتعاشق مع السقاطة. وفي نظام الدوّار ذي الثلم الواحد، فإن الدوّار الثاني يتقدم خطوة واحدة بعد 26 خطوة للدوّار الأول، وبشكل مشابه، يتقدم الدوار الثالث خطوة واحدة بعد 26 خطوة للدوّار الثاني. يتقدم الدوّار الثاني أيضًا في نفس الوقت الذي يتقدم فيه الدوّار الثالث، مما يعني أن الدوّار الثاني يمكن أن يخطو مرتين في ضربة الزر اللاحقة (خطوة مزدوجة)، موفرًا الوقت.[8]

هذه الخطوة المزدوجة تسبب انحراف الدوّارات عن العدّاد. تحدث الخطوة المزدوجة كالآتي: يخطو الدوّار الأول خطوة واحدة، ويأخذ معه الدوّار الثاني ليخطو خطوة إضافية. فإذا تحرك الدوّار الثاني في هذه الخطوة ضمن موقع الثلم الخاص به، سقط اللسين الثالث. في الخطوة التالية، يدفع هذا اللسين سقاطة الدوّار الثالث ليخطو خطوة واحدة، ولكنه يندفع متعاشقًا مع ثلم الدوّار الثاني، دافعًا الدوّار الثاني مرة ثانية.[8]

ومع ثلاثة سقاطات ولسين واحد في الداوليب الأول والثاني، فإن للآلة 16,900 احتمال دورات (26 × 25 × 26، وليس 26 × 26 × 26 بسبب الخطوة المزدوجة للدوّار الثاني).[8] وكانت الرسائل تاريخياً مقتصرة على حوالي ألفي كلمة، وبالتالي فإن احتمال تكرر الموضع في الرسالة الواحدة كان قليلاً جدًا.

دولاب الدخل[عدل]

يربط دولاب الدخل (بالألمانية: Eintrittswalze) لوحة المآخذ (إن وجدت) أو لوحة المفاتيح مع مجموعة الدوّارات. وبينما لا يشكل التوصيل الدقيق المستخدم أهمية كبيرة في أمن المعلومات، فقد برهن إعاقته لعمل محلل الشيفرة البولندي ماريان رييفسكي أثناء استنتاجه لتوصيل الدوّارات. يتم وصل المفاتيح في الإنجما التجارية بترتيب وضعها على لوحة المفاتيح Q\rightarrowA, W\rightarrowB, E\rightarrowC وهكذا دواليك، إلا أنها توصل بشكل متسلسل في الإنجما العسكرية A\rightarrowA, B\rightarrowB, C\rightarrowC.

العاكس[عدل]

باستثناء النماذج الأولى من الآلة A وB ، فإن الدوّار الأخير يأتي قبل العاكس (بالألمانية: Umkehrwalze) والذي هو ميزة موثقة ببراءة اختراع خاصة بعائلة آلات إنجما من بين العديد من أنواع آلات الدوّارات التي تم تصميمها في تلك الحقبة من الزمن. يربط العاكس مخارج آخر دوّار بشكل مزدوج بحيث يحول مسار الحركة عبر الدوّارات إلى طريق مختلف. يعمل العاكس على إعطاء الإنجما خاصية أن لا يمكن أن يشفر أي حرف إلى نفسه.

في الإنجما من الطراز C فإنه من الممكن إدراج العاكس بأحد شكلين مختلفين، أما في الطراز D فإنه من الممكن تعديل العاكس على 26 وضعية مختلفة، على الرغم من أنه لايتحرك أثناء التعمية.

تم تثبيت العاكس عند الجيش الألماني وسلاح الجو، لكن لم يسمح له بالدوران، حيث كان هناك أربع نسخ: النسخة A وقد تم استبدالها بالنسخة B في الأول من نوفمبر عام 1937، النسخة الثالثة C التي استخدمت لفترة قصيرة في عام 1940 وتم حلها من قبل الكوخ 6،[9] ثم النسخة الرابعة D التي تم تشغيلها لأول مرة في الثاني من يناير سنة 1944، وكان لها عاكس قابل لإعادة التوصيل مما سمح لمستخدم الإنجما بتغيير التوصيلات كجزء من إعدادات المفاتيح.

لوحة المآخذ[عدل]

لوحة المآخذ في آلة إنجما.

لوحة المآخذ (بالألمانية: Steckerbrett) هي اللوحة التي تسمح بتوصيل متغير يقوم بتغييره مشغل الآلة. تم وضع هذه اللوحة قيد الاستعمال في الجيش الألماني في عام 1930 وتم اعتمادها بشكل فوري من قبل سلاح البحرية أيضًا. تشارك لوحة المآخذ بشكل كبير في قوة عملية التعمية التي تقوم بها الآلة، بشكل أكبر مما سيكون التأثير عليه لو تم إضافة دوّار جديد. يصبح بالإمكان حل شيفرة آلة إنجما بطرق بسيطة مباشرة، وربما بإجراء الحسابات يدويًا، عند غياب لوحة المآخذ، بينما عند إضافتها تنعدم إمكانية استخدام الطرق البسيطة في فك تعمية الآلة، حيث أن محللي الشيفرة لقوات الحلفاء اضطروا لتصنيع آلات خاصة من أجل فكها.

يوضع كبل على لوحة المآخذ بحيث يربط الحروف على شكل أزواج. مثلاً، من الممكن ربط الحرفين E وQ بحيث يشكلان زوجًا، ويكون تأثير هذا هو عكس هذين الحرفين قبل وبعد المزج في الدوّارات الرئيسية. على سبيل المثال عندما يضغط مشغل الآلة الحرف E فإن الإشارة ستحول إلى حرف Q قبل دخولها للدوّارات، ومن الممكن صنع حتى 13 زوجًا في وقت واحد.

يتدفق التيار من لوحة المفاتيح إلى لوحة المآخذ، ومن ثم يستمر ليدخل دوّار الدخل. لكل حرف على لوحة المآخذ قابسين، يفصل إدخال الكبل في قابس إحداها اتصاله من الأعلى مع لوحة المفاتيح ومن الأسفل مع دوّار الدخل، وعندما يوصل الكبل إلى حرف آخر على لوحة المآخذ، يتم إنشاء اتصال بين هذين الحرفين.

ملحقات[عدل]

ساعة إنجما الإضافية.

في وقت لاحق أضيفت على إنجما M4 طابعة صغيرة (بالألمانية: Schreibmax) كانت تطبع 26 حرفًا على شريط ورقي صغير، وكانت هذه الطابعة ضرورية مع مشغل آخر يقرأ المصابيح ويكتب الحروف الناتجة. وضعت الطابعة على آلة إنجما ووصلت إلى لوحة المصابيح، ولتوصيلها، كان من الضروري إزالة غطاء المصابيح وكل المصابيح أيضًا. ويمكن للطابعةـإضافة لفائدتها في تحسين أمن العمليةـأن توضع في مكان بعيد مثل مكتب ضابط الإشارة المشغل للآلة الذي يمكنه أن يرى النص الكامل بعد فك التعمية.[10]

إضافة أخرى إلى آلة إنجما، كانت لوحة مصابيح إضافية. فإذا تم تجهيز الآلة بلوحة مصابيح إضافية، تم تعريض الغلاف الخشبي الخاص بها. لذا كان هناك نسخة عن لوحة المصابيح أمكن توصيلها لاحقًا، لكنها تطلبت كما في حالة الطابعة، نزع لوحة المصابيح الأساسية وكل المصابيح.[7] لقد سمحت هذه اللوحة لشخص بعيد أن يقرأ الرسالة بعد فك التعمية بدون أن يراها عامل فك التعمية.

في عام 1944، أضاف سلاح الجو الألماني مفتاحًا كهربائيًا إلى لوحة المآخذ وسماه الساعة، وقد كان عبارة عن صندوق صغير يحتوي على مفتاح كهربائي ذي أربعين موضعًا، يمكنها أن تحل محل المآخذ المفترضة. بعد توصيل المآخذ كما هو محدد في لوحة المفاتيح اليومية، يدير المشغل المفتاح إلى أحد المواقع الأربعين، وكل وضع يعطي توليفة مختلفة من توصيل المآخذ. معظم توصيلات المآخذ هذه كانت، وعلى عكس المآخذ المفترضة، غير مزدوجة.[7] ففي أحد مواضع المفتاح، لا تفعل الساعة شيءًا سوى محاكاة توصيلات الأسلاك بالمآخذ.

التوصيف الرياضي[عدل]

تعتمد آلة إنجما على نوع متقدم من الشيفرة متعددة الأبجدية، حيث أن كل تحويل فيها لأي حرف يمكن أن يُعبر عنه رياضيًا كنتيجة لتباديل معينة. لنفترض ثلاث دوّارات لآلة إنجما تابعة للقوى الجوية الألمانية، وليكن P يشير إلى تحويل لوحة المآخذ، وU يشير إلى تحويل العاكس، وL, M, R تشير إلى الدوّارات اليسار فالوسط فاليمين بشكل متتابع. يمكن عندها التعبير عن التعمية بالشكل التالي:

E = PRMLUL^{-1}M^{-1}R^{-1}P^{-1}.

بعد كل ضربة زر، يدور الدوّار مغيرًا التحويل. فمثلا، إذا دار الدوّار اليمين R عدد من المواضع i، يصبح التحويل \rho^iR\rho^{-i}، حيث \rho هي التبديل الدوري الذي يبدأ من A إلى B، وB إلى C، وهكذا دواليك. وبشكل مشابه، يمكن تمثيل الدوّار اليسار j وk دوران M وL. يمكن عندها توصيف تحويل التعمية بالشكل:

E = P(\rho^iR\rho^{-i})(\rho^{j}M\rho^{-j})(\rho^{k}L\rho^{-k})U(\rho^kL^{-1}\rho^{-k})(\rho^{j}M^{-1}\rho^{-j})(\rho^{i}R^{-1}\rho^{-i})P^{-1}.

إجراءات استخدام آلة إنجما[عدل]

تتطلب آلة إنجما قائمة بإعداد المفاتيح اليومي، وعدد من الوثائق المساعدة. تعد إجراءات آلة إنجما الألمانية البحرية الأكثر تفصيلاً، وأمنًا، من الإجراءات المستخدمة في الآلات الأخرى. طبع كتاب الرموز باللون الأحمر، بحبر منحل في الماء على ورق قرنقلي، بحيث يمكن إتلافه بسهولة إذا خشي وقوعه بيد العدو. كتاب الرموز المبين أعلاه تم ضبطه أثناء أسر الغواصة الألمانية المسماة يوبوته 505.

في الاستعمال الألماني العادي، قسمت الاتصالات إلى عدد من الشكبات العاملة المختلفة، ولكل منها إعدادات مختلفة لآلة إنجما. سميت شبكات الاتصالات هذه بالمصطلح مفتاح في حديقة بلتشلي، وأعطيت اسم رمز مثل، أحمر، وعصفور، وقرش. أعطيت كل من هذه الوحدات العاملة على الشبكات، قائمة إعدادات لآلة إنجما لفترة من الزمن. ولكي تعمى رسالة وتُفك تعميتها بشكل صحيح، يجب على كل من المرسل والمستقبل أن يعد آلته بنفس الطريقة، كاختيار الدوّار وترتيب الاختبار، موقع البداية، وتوصيلات لوحة المآخذ. جميع هذه الإعدادات (مع بعضها تسمى المفتاح في المصطلح الحديث) يجب أن توضع مسبقًا، وتوزع في كتاب الرموز.

إن الحالة الأولية لآلة إنجما، المفتاح، لها عدة سمات:

  • نظام الدوّارات (بالألمانية: Walzenlage): اختيار الدوّارات وترتيبها عند تركيبها.
  • الوضع الأولي للدوّارات: يختارها المشغل، وهو مختلف لكل رسالة.
  • إعداد الحلقات (بالألمانية: Ringstellung): موضع الحلقات الأبجدية نسبة إلى توصيل الدوّارات.
  • إعداد المآخذ (بالألمانية: Steckerverbindungen): توصيل المآخذ في لوحة المآخذ.
  • توصيل العاكس القابل للإعداد في النسخ المتأخرة.

لقد صممت آلة إنجما لتكون موثوقة حتى لو عُرف توصيل الدوّارات من قبل العدو، بالرغم من الجهود العملية المعتبرة لحفظ سر التوصيل. إذا كان التوصيل سريًا، فإن العدد الكلي للإعدادات المحتملة يتجاوز 10114أي حوالي 380 بت، وبمعرفة التوصيل وشروط التشغيل الأخرى، يمكن تخفيضه إلى 1023 أي 76 بت.[4] إن مستخدمي إنجما كانوا واثقين من وثوقيتها بسبب العدد الهائل من الاحتمالات، وقد كان من غير الملائم للعدو أن يحاول كل احتمالية للإعدادات بطريقة بروته فورس.

المؤشرات[عدل]

كانت معظم المفاتيح تترك ثابتة لفترة من الزمن، تُقدر عادةً بيوم. وبجميع الأحوال، كان يتم اختيار وضع جديد مختلف لكل دوّار ولكل رسالة، وهو مبدأ مشابه لمبدأ استهلال المتجهات (بالإنجليزية: Initialization vector)، في التعمية الحديثة، لأنه بحال أرسلت عدة رسائل معماة بنفس الإعدادات أو بإعدادات قريبة لها، فإن محلل التعمية، مع توفر عدة رسائل مطولة وتتكلم في عمق الموضوع، قد يكون قادرًا على فك الرسائل باستخدام تحليل التردد.[11] يتم إرسال موضع البداية مباشرة قبل النص المعمى. يُشار إلى الطريقة الصحيحة المستخدمة بإجراء المؤشر، وقد سمحت إجراءات المؤشر الضعيفة بكسر تعمية الإنجما.

الشكل 2: إن الدواليب المحززة للدوّارات تنتؤ من الغطاء، مما يسمح للمشغل بضبط الدوّارات، وموضعهم الحالي، هنا RDKP، يكون مرئيًا للمشغل من خلال مجموعة من النوافذ.

إن أول من استخدم إجراءات المؤشر هم محللو التعمية البولنديون ليخترقوا بشكل أولي آلة إنجما. وكان الإجراء يتمثل بإعداد المشغل آلته بالتوافق مع قائمة الإعدادات التي تتضمن موضعا مبدئيا عاما للدوّارات، وليكن مثلاً AOH. يدير المشغل الدوّارات حتى ظهور AOH ضمن نوافذ الدوّارات. وعندها يختار المشغل موضع البداية العشوائي لتلك الرسالة الخاصة. قد يختار المشغل EIN، وتصبح هذه إعدادات الرسالة لمقطع التعملية ذاك. ثم يبدأ المشغل بطباعة EIN على الآلة، مرتين، ليتحقق من أخطاء التحويل. تكون النتائج هي مؤشر معمّى، EIN مكتوبة مرتين قد تتحول إلى XHTLOA، التي تنتقل مع الرسالة. وأخيرًا، يدير المشغل الدوّارات إلى إعدادته للرسالة، EIN في هذا المثال، ويطبع نص الرسالة كاملاً.

تنعكس العملية عند الطرف المستلم. يعد المشغل الآلة بحسب الإعداد الأولي ويطبع الحروف الستة الأولى من الرسالة (XHTLOA). في هذا المثال، EINEIN تنتج عن المصابيح، يعيد تحريك الدوّارات إلى EIN، ثم يطبع المشغل كامل الرسالة لتنفك الرسالة المعماة.

أتى الضعف في نظام المؤشرات من عاملين: الأول، استخدام إعدادات عامة أساسية (بالإنجليزية: Global ground setting)، وهو ما تم تغييره بحيث أصبح المشغل يختار الموضع الأولي لتعمية المؤشر، ويرسل الوضع الأولي بشكل صريح. الثاني، هو تكرار المؤشرات الذي شكّل شرخًا خطيرًا في وثوقية العملية. كانت تعمية إعدادات الرسالة تكرر مرتين، مما يعطي علاقة في تحويل الحرفين الأول والرابع، وفي تحويل الحرفين الثاني والخامس، وفي تحويل الحرفين الثالث والسادس. مكّنت هذه المشكلة في الوثوقية مكتب التعمية البولندية من اختراق نظام إنجما قبل الحرب الحرب العالمية الثانية في بدايات سنة 1932. لذا أقدم الألمان، بدءًا من عام 1940، على تغيير الإجراءات لزيادة السريّة.

استخدم كتاب الرموز خلال الحرب العالمية الثانية لإعداد الدوّارات والحلقات. يختار المشغل لكل رسالة موضعا مبدئيا عشوائيا، وليكن WZA، مفتاحًا عشوائيًا للرسالة، وليكن SXT. يحرك المشغل الدوارات ليضبطها على موضع البداية WZA ويعمي مفتاح الرسالة SXT. لنفترض النتيجة هي UHL. ثم يعد مفتاح الرسالة SXT كموضع أولي ويعمي الرسالة. بعدها، يحول موضع البداية WZA، ومفتاح الرسالة المعمى UHL، ثم النص المعمى. يقوم المستلم بإعداد موضع البداية وفق أول مقطع رمزي، WZA، ويفك تعمية المقطع الثاني، UHL، للحصول على إعدادات الرسالة SXT. بعدها يستخدم إعداد الرسالة هذا SXT كموضع أولي لفك تعمية الرسالة. بهذه الطريقة، كانت الإعدادات الأساسية مختلفة وأوقفت الإجراءات السابقة الشرخ في وثوقية إعدادات الرسالة المعماة مرتين.[12]

استخدم هذا الإجراء من قبل فيرماخت وسلاح الجو فقط. أما إجراءات القوات البحرية لإرسال الرسالة باستخدام آلة إنجما فكانت أكثر تعقيدًا، ومدروسة بشكل أكبر. قبل تعمية الرسالة باستخدام آلة إنجما، كانت الرسالة تعمى باستخدام كتاب رموز (بالألمانية: Kurzsignalheft). حوى هذا الكتاب جداول لتحويل الجمل إلى أربع مجموعات رباعية من الحروف والعديد من الجمل المنتقاة، مثل المسائل اللوجستية كالتزود بالوقود، والمواعيد مع سفن المؤونة، وأسماء المرافئ والبلدان والأسلحة وظروف الطقس ومواقع العدو وسفنه، وجداول الأوقات والتواريخ. ويوجد كتاب رموز آخر يتضمن تعريف المفتاح (بالألمانية: Kenngruppen) ومفتاح الرسالة (بالألمانية: Spruchschlüssel).[13]

الاختصارات وعلامات الترقيم[عدل]

استخدمت آلة إنجما الحربية 26 حرفًا أبجديًا فقط. واستبدلت الإشارات بمجموعة من الرموز النادرة، وتم إهمال الفراغات أو استبدالها بحرف X، حيث كانت X تشير إلى الفراغ أو النقطة. اختلفت بعض الإشارات في القطع الأخرى من الجيش، حيث استبدل جيش الدفاع الفاصلة بحرفيّ ZZ وإشارة الاستفهام بعبارة "FRAGE" أو "FRAQ"، واستبدلت القوات البحرية الفاصلة بحرف Y، وإشارة الاستفهام بإشارة UD، كذلك استبدلت التركيبة CH، كما في كلمة "Acht" أي ثمانية، وكلمة "Richtung" أي اتجاه، استبدلت بحرف Q فأصبحت "AQT,RIQTUNG"، واستبدل الصفران أو الثلاثة أو الأربعة أصفار بعبارات Centa، MILLE، MYRIA.

كان جيش الدفاع وسلاح الجو يرسلون الرسائل في مجموعات من 5 حروف، بينما كانت القوات البحرية، وباستخدام آلة إنجما ذات الأربع دوّارات، ترسل الرسائل في مجموعات من أربع حروف. وكانت الكلمات المستخدمة بشكل متكرر ينبغي أن تتغير قدر الإمكان، فكلمات مثل "Minensuchboot" بمعنى كاسحة ألغام يمكن أن تكتب "MINENSUCHBOOT، أو MINBOOT، أو MMMBOOT، أو MMM354". ولجعل تحليل التعمية أصعب، فقد تم إلغاء أكثر من 250 حرفًا في الرسالة الواحدة. قسمت الرسائل الطويلة إلى عدة أجزاء، لكل منها مفتاح رسالة خاص به.[14][15]
.

تاريخ تطور الآلة[عدل]

كان هناك العديد من النماذج من عائلة آلة إنجما، وأول هذه الآلات ظهرت في بدايات عقد العشرينات من القرن العشرين. وبدءًا من منتصف العقد سالف الذكر بدأت عدة فروع من الجيش الألماني استخدام الآلة، مع إضافة العديد من التغييرات لزيادة وثوقيتها. بالإضافة إلى أن العديد من الدول تبنت الآلة وكيّفتها مع آلات التعمية خاصتها.

مجموعة من سبع آلات إنجما ومعداتها معروضة في المتحف الوطني لعلم التعمية في الولايات المتحدة. من اليسار إلى اليمين، النماذج هي: (1) إنجما التجارية؛ (2) إنجما T؛ (3) إنجما جـ (4) غير محددة (5) إنجما لوفتفاف سلاح الجو (6) إنجما جيش هيير (7) إنجما القوات البحرية.

إنجما التجارية[عدل]

في 23 شباط/فبراير سنة 1918، قدم المهندس الألماني آرثر شيربيوس من أجل تسجيل براءة اختراع لآلة تعمية باستخدام الدوّارات، وأسس مع ريتشارد ريتر شركة شيربيوس وريتر. وفاتحوا وزارة البحرية والخارجية الألمانية بتصميمهم، لكنه لم يلق أي اهتمام. ثم تخلوا عن حقوق البراءة لصالح اتحاد الأمن (بالألمانية: Gewerkschaft Securitas)، التي أسست في 9 حزيران/يونيو 1923 شركة آلات التعمية (بالألمانية: Chiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft)، وكان شيربيوس وريتر على رأس مجلس الإدارة. بدأت الشركة سالفة الذكر الدعاية لآلة إنجما نموذج A التي عرضت في مؤتمر اتحاد البريد العالمي في عاميّ 1923 و1924. كانت الآلة ثقيلة وضخمة، ومزودة بآلة كتابة. وكانت بأبعاد 65×45×35 سم، ووصل وزنها إلى حوالي 50 كيلوجرام. تم بعد ذلك تقديم النموذج B، وكان بتركيب مشابه.[16] كلا النموذجين A وB كانا مختلفان عن النسخ التالية: فقد اختلفا بالحجم والشكل، وطريقة التعمية وافتقدا العاكس، الذي اقترحه ويلي كورن زميل شيربيوس وأدخله على نموذج إنجما C في عام 1926.

آلة إنجما النادرة ذات الدوّرات الثماني.

كان النموذج C أصغر حجمًا وأسهل نقلاً من سابقيه، لكنه افتقد آلة كاتبة يعتمد عليها بدلاً من قراءة المصابيح، وبالتالي أسند له اسم إنجما ذات المصابيح لتمييزها عن النماذج A وB. انقرض النموذج C بسرعة، مفسحًا المجال لإنجما D 1927. استخدم هذا النموذج بشكل واسع، وصُدرت نماذج منه إلى السويد، وهولندا، والمملكة المتحدة، واليابان، وإيطاليا، وإسبانيا، والولايات المتحدة، وبولندا.

إنجما العسكرية[عدل]

كان سلاح البحرية أول من امتلك آلة إنجما في فروع الجيش الألماني. حيث تم تصنيع الآلة المسماة الشيفرة السرية المذياعية C (بالألمانية: Funkschlüssel C) في عام 1925، وتم تشغيلها في عام 1926.[17] كانت لوحة المفاتيح تحوي 29 حرفًا من الأبجدية الألمانية، كما كانت الأحرف مرتبة على نمط "QWERTZU" المميز.[18] كان للدّوارات 28 نقطة اتصال، وكان الحرف X موصول عبر الدّوارات وغير مشَفَّر.[19] تم اختيار ثلاث دوّارات من أصل خمسة،[20] كما كان من الممكن حشر العاكس في أحد أربع أوضاع مختلفة.[21] تم تعديل الآلة بشكل طفيف في عام 1933.[22]

في 15 يوليو سنة 1928،[23] استخدم الجيش الألماني نسخته الخاصة من آلة إنجما التي حملت اسم إنجما G، وتم تعديلها إلى إنجما I في يونيو 1930.[24]

أحد آلات إنجما الأمريكية في المتحف الوطني للتعمية فورت ميادي، ماريلاند، الولايات المتحدة الأمريكية.

آلات إنجما الناجية[عدل]

لم يتم الكشف عن جهود خرق شيفرة آلة إنجما حتى عقد السبعينات من القرن العشرين. منذ ذلك الوقت ازداد الاهتمام بآلة إنجما بشكل ملحوظ وتم عرض عدد منها على العامة في متاحف الولايات المتحدة وأوروبا. يمتلك المتحف الألماني في ميونخ طرازي إنجما العسكرية ذات الدوّارات الثلاث والدوّارات الأربعة، بالإضافة إلى عدة نسخ مدنية أخرى.

كذلك هناك نسخة من آلة إنجما صالحة للعمل تعرض في متحف التعمية الوطني في ماريلاند، حيث يستطيع الزوار لمس الآلة بالأيدي وتشفير رسائلهم أو فك تشفيرها.

كما أن المتحف العسكري في ستوكهولم يعرض أحد آلات إنجما في صالته. كما يوجد أيضًا عدة نماذج في متحف تاريخ الحواسب في الولايات المتحدة الأمريكية، حديقة بلتشلي في بريطانيا، وغيرها من المتاحف في أستراليا وألمانيا.[25][26]

انظر أيضًا[عدل]

مصادر[عدل]

  1. ^ Singh، Simon. The Code Book: The Science of Secrecy from Ancient Egypt to Quantum Cryptography. Fourth Estate. صفحة 127. ISBN 1-85702-879-1. 
  2. ^ Hakim، Joy. A History of Us: War, Peace and all that Jazz. New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-509514-6. 
  3. ^ Kahn (1991).
  4. ^ أ ب Miller، A. Ray (2001)، The Cryptographic Mathematics of Enigma، National Security Agency، تمت أرشفته من الأصل على 2004-03-15 
  5. ^ Bletchley Park veteran and historian F.H. Hinsley is often cited as an authority for the two-year estimate, yet his assessment in Codebreakers is much less definitive: "Would the Soviets meanwhile have defeated Germany, or Germany the Soviets, or would there have been stalemate on the eastern fronts? What would have been decided about the atom bomb? Not even counter-factual historians can answer such questions. They are questions which do not arise, because the war went as it did. But those historians who are concerned only with the war as it was must ask why it went as it did. And they need venture only a reasonable distance beyond the facts to recognise the extent to which the explanation lies in the influence of Ultra." F.H. Hinsley, "Introduction: The Influence of Ultra in the Second World War," Codebreakers: The Inside Story of Bletchley Park, edited by F.H. Hinsley and Alan Stripp, Oxford University Press, 1993, pp. 12–13.
  6. ^ Kahn (1991), Hinsley and Stripp (1993).
  7. ^ أ ب ت Rijmenants, Dirk; Technical details of the Enigma machine Cipher Machines & Cryptology
  8. ^ أ ب ت David Hamer, "Enigma: Actions Involved in the ‘Double-Stepping’ of the Middle Rotor," Cryptologia, 21(1), January 1997, pp. 47–50, Online version (zipped PDF)
  9. ^ Philip Marks, "Umkehrwalze D: Enigma's Rewirable Reflector — Part I", Cryptologia 25(2), April 2001, pp. 101–141
  10. ^ Reuvers، Paul (2008). "Enigma accessories". اطلع عليه بتاريخ 22 July 2010 
  11. ^ Friedman، W.F. (1922). The index of coincidence and its applications in cryptology. Geneva, Illinois, USA: Riverbank Laboratories. 
  12. ^ Rijmenants, Dirk; Enigma message procedures Cipher Machines & Cryptology
  13. ^ Rijmenants, Dirk; Kurzsignalen on German U-boats Cipher Machines & Cryptology
  14. ^ "The translated 1940 Enigma General Procedure". codesandciphers.org.uk. اطلع عليه بتاريخ 2006-10-16. 
  15. ^ "The translated 1940 Enigma Offizier and Staff Procedure". codesandciphers.org.uk. اطلع عليه بتاريخ 2006-10-16. 
  16. ^ "image of Enigma Type B". 
  17. ^ Kahn, 1991, pp. 39–41, 299
  18. ^ Ulbricht, 2005, p.4
  19. ^ Stripp, 1993
  20. ^ Kahn, 1991, pp. 40, 299
  21. ^ Bauer, 2000, p. 108
  22. ^ Hinsley and Stripp, 1993, plate 3
  23. ^ Kahn, 1991, pp. 41, 299
  24. ^ Deavours and Kruh, 1985, p. 97
  25. ^ Hamer, David; Enigma machines - known locations*
  26. ^ Hamer, David; Selling prices of Enigma and NEMA - all prices converted to US$

مراجع[عدل]

  • Bauer, F. L. (2000). Decrypted Secrets (Springer, 2nd edition). ISBN 3-540-66871-3
  • Hamer, David H.; Sullivan, Geoff; Weierud, Frode (July 1998). "Enigma Variations: an Extended Family of Machines", Cryptologia, 22(3). Online version (zipped PDF).
  • Stripp, Alan. "The Enigma Machine: Its Mechanism and Use" in Hinsley, F. H.; and Stripp, Alan (editors), Codebreakers: The Inside Story of Bletchley Park (1993), pp. 83–88.
  • Kahn, David (1991). Seizing the Enigma: The Race to Break the German U-Boats Codes, 1939-1943 ISBN 0-395-42739-8.
  • Kozaczuk, Władysław, Enigma: How the German Machine Cipher Was Broken, and How It Was Read by the Allies in World War Two, edited and translated by Christopher Kasparek, Frederick, MD, University Publications of America, 1984, ISBN 0-89093-547-5.
  • Kozaczuk, Władysław. The origins of the Enigma/ULTRA
  • Kruh, Louis; Deavours, Cipher (2002). "The Commercial Enigma: Beginnings of Machine Cryptography", Cryptologia, 26(1), pp. 1–16. Online version (PDF)
  • Marks, Philip; Weierud, Frode (January 2000). "Recovering the Wiring of Enigma's Umkehrwalze A", Cryptologia 24(1), pp55–66.
  • Smith, Michael (1998). Station X (Macmillan) ISBN 0-7522-7148-2
  • Ulbricht, Heinz. Die Chiffriermaschine Enigma — Trügerische Sicherheit: Ein Beitrag zur Geschichte der Nachrichtendienste, PhD Thesis, 2005. Online version.(لغة ألمانية)

وصلات خارجية[عدل]