PPT恩尼格玛密码机.ppt

恩尼格玛密码机 恩尼格玛密码机 简介 发明历史 密码机的设置 密码机的使用步骤 仪器设备 密码机的破译 三个转子enigma模拟 简介对于恩尼格玛密码机 确切地说应该是是一系列相似的转子机械的统称 它包括了一系列不同的型号 恩尼格玛在1920年代早期开始被用于商业 也被一些国家的军队与政府采用过 它是一种用于加密和解密的密码机 左图即为恩格尼玛密码机 发明历史自从无线电和摩尔斯电码问世后 军事通讯进入了一个崭新的时代 但是无线电通讯完全是一个开放的系统 在己方接受电文的同时 对方也可 一览无遗 因此人类历史上伴随战争出现的密码 也就立即与无线电结合 出现了无线电密码 直到第一次世界大战结束 所有无线电密码都是使用手工编码 毫无疑问 手工编码效率极其低下 同时由于受到手工编码与解码效率的限制 使得许多复杂的保密性强的加密方法 无法在实际中应用 而简单的加密方法又很容易被破译 因此在军事通讯领域 急需一种安全可靠 而又简便有效的方法 1918年德国发明家亚瑟 谢尔比和理德 里特创办了一家新技术应用公司 曾经学习过电气应用的谢尔比乌斯 想利用现代化的电气技术 来取代手工编码加密方法 发明一种能够自动编码的机器 谢尔比乌斯给自己所发明的电气编码机械取名 恩尼格码 ENIGMA 意为哑谜 乍看是个放满 了复杂而精致的元件的盒子 粗看和打字机有几分相似 可以将其简单分为三个部分 键盘 转子和显示器 内部结构图 密码机的设置 键盘键盘一共有26个键 键盘排列和广为使用的计算机键盘基本一样 只不过为了使通讯尽量地短和难以破译 空格 数字和标点符号都被取消 而只有字母键 显示器键盘上方就是显示器 这可不是意义上的屏幕显示器 只不过是标示了同样字母的26个小灯泡 当键盘上的某个键被按下时 和这个字母被加密后的密文字母所对应的小灯 泡就亮了起来 就是这样一种近乎原始的 显示 转子之所以叫 转子 会转是关键 当按下键盘上的一个字母键 相应加密后的字母在显示器上通过灯泡闪亮来显示 而转子就自动地转动一个字母的位置 举例来说 当第一次键入A 灯泡B亮 转子转动一格 各字母所对应的密码就改变了 第二次再键入A时 它所对应的字母就可能变成了C 同样地 第三次键入A时 又可能是灯泡D亮了 这就是 恩尼格玛 难以被破译的关键所在 这不是一种简单替换密码 同一个字母在明文的不同位置时 可以被不同的字母替换 而密文中不同位置的同一个字母 又可以代表明文中的不同字母 字母频率分析法在这里丝毫无用武之地了 这种加密方式在密码学上被称为 复式替换密码 左图为转子 密码机的使用步骤德军的各支部队使用一些不同的通讯线路 每条线路中的恩尼格玛密码机都有不同的设置 为了使一条信息能够正确地被加密及解密 发送信息与接收信息的恩尼格玛密码机的设置必须相同 转子必须一模一样 而且它们的排列顺序 起始位置和接线板的连线也必须相同 所有这些设置都需要在使用之前确定下来 并且会被记录在密码本中 指示器步骤 恩尼格玛密码机的大部分设置都会在一段时间 一般为一天 以后被更换 但是 转子的起始位置却是每发送一条信息就要更换的 因为如果一定数量的文件都按照相同的加密设置来加密的话 密码学家就会从中得到一些信息 并且有可能利用频率分析来破译这个密码 为了防止这种事情发生 转子的起始位置在每次发送信息之前都会被改变 这个方法被称作 指示器步骤 最早期的指示器步骤成为了波兰密码学家破译恩尼格玛密码机密码的突破口 在这个步骤中 操作员会先按照密码本中的记录来设置机器 我们假设这时的转子位置为AOH 之后他会随意打三个字母 假设为EIN 接着为了保险起见 他会将这三个字母重新打一遍 这六个字母会被转换成其它六个字母 这里假设为XHTLOA 最后 操作员会将转子重新设置为EIN 即他一开始打的三个字母 之后输入密电原文 在接收方将信息解密时 他会使用相反的步骤 首先 他也会将转子按照密码本中的记录设置好 然后他就会打入密文中的头六个字母 即XHTLOA 如果发送方操作正确的话 显示板上就会显示 EINEIN 这时接收方就会将转子设置为EIN 之后他就可将密电打入而得到原文了 这个步骤的保密性差主要有两个原因 首先 操作员将转子的设置打到了密电中 这就使第三方能够得知转子设置 第二 这个步骤中出现了重复输入 而这是一个严重的错误 这个弱点使波兰密码局早在1932年就破译了二战之前的德军恩尼格玛系统 但是从1940年开始 德国改变了这个步骤 它的安全性也就提高了 这里只简单地讲解了提示器步骤 这个步骤只被用于德国陆军和空军 仪器设备 军用恩尼格玛机德国海军是德国第一支使用恩尼格玛密码机的部队 海军型号从1925年开始生产 于1926年开始使用 键盘和显示板包含了29个字母 即A Z 它们在键盘上按顺序排列 而不是按一般的QWERTY式 每个转子有28个触点 字母X的线路不经过转子 也不被加密 操作员可以从一套5个转子之中选择三个 而反射器可以有四种安装位置 代号分别为 和 1933年7月这种型号又经过了一些小改进 新型恩尼格玛机恩尼格玛机对密码机的设计是非常有影响的 有一些其它的转子机械就起源于它 英国的Typex机就起源于恩尼格玛机的专利设计 它甚至包含了真实的恩尼格玛机中并未应用的专利设计 为了保密 英国政府没有为应用这些专利设计付版税 日本使用了一种被美国密码学家称作GREEN的恩尼格玛机复制品 在这台并没有被大量使用到的机器中 四个转子是垂直排列的 美国密码学家威廉 弗雷德曼设计了M 325 这是一台与恩尼格玛机具有相似原理的机器 但它从没有被造出来过 2002年 荷兰的塔吉雅娜 凡 瓦克 TatjanavanVark 制造了一台独特的转子机器 这台机器也是起源于恩尼格玛机 但是它的转子有40个金属触点及管脚 这就使操作员可以输入字母 数字和一些标点 这台机器包含了509个部件 图为日本GREEN机 商用恩尼格码机恩尼格码机的徽标1918年2月23日 德国工程师阿瑟 谢尔比乌斯申请了他设计的一种使用转子的密码机的专利 并和理查德 里特组建了谢尔比乌斯和里特公司 他们向德国海军和外交部推销这种密码机 但是没有人对它感兴趣 他们随后将专利权移交给了GewerkschaftSecuritas 他在1923年7月9日组 建了密码机股份公司 谢尔比乌斯和里特任董事 该公司随后开始推销他们的 恩尼格玛A型 转子机 它从1923年到1924年都在万国邮政联盟大会展出 这台机器很笨重 它包含了一台打字机 它的体积为65 45 35立方厘米 重量大约为50公斤 之后 B型恩尼格玛机也被生产了出来 它在结构上与A型相似 6 尽管名字为 恩尼格玛 但A和B两种型号和后来的型号之间有很大的差别 这两种型号在大小和形状上有所不同 并且没有反射器 反射器这个主意是由威利 科 恩想出来的 1926年的 恩尼格玛C型 首先安装了反射器 反射器是恩尼格玛机的一个显著特征 1943年恩尼格码机的使用 下图为美国国家密码博物馆展出的一些恩尼格玛机 商业用恩尼格玛密码机 T型恩尼格玛密码机 G型恩尼格玛密码机 未知型号 德国空军版恩尼格玛密码机 德国陆军版恩尼格玛密码机 德国海军版恩尼格玛密码机 即M4型 密码机的破译1931年11月8日 法国情报人员与德军通讯部门长官 就是他下令德军使用恩尼格玛密码机的 的弟弟 汉斯 提罗 施密特 在比利时接头 法国人觉得凡尔赛条约限制了德军的发展 所以即使无法破译德军的密码 将来如果在战场上相见也不会吃多大亏 于是在得出德军密码 无法破译 的结论之后就再也没有用心地研究它了 相反 一战中新独立的波兰的处境危险 德军启用的恩 尼格玛密码机却给他们造成了很大困难 1921年 波兰人以指示器的缺点为突破口破译了商业用恩尼格玛密码机 1940年超级机密破译得德军情报表明德国人会在11月14日进行大规模空袭 地点为包括伦敦 考文垂在内的三个可能地点 最终英国人还是没能确认地点 未能阻止考文垂大轰炸的发生 F W Winterbotham的书说丘吉尔已经确认了空袭地点但出于不暴露 超级机密 的考虑未采取预防措施 这一说法广泛流传以至于电视剧神探夏洛克还在引 用它 1941年英国海军在JoeBaker Cress