5 ma’ruza Mavzu: Sodda shifrlash algoritmlari. O’rinlarini almashtirish shifrlari. Reja

Enigma kriptomashinasi

Enigma shifri dastab nemis natsislari tomonidan II jahon urushi davomida foydalanilgan. Harbiy Enigma mashinasi Artur Sherbuyus tomonidan sotish maqsadida ishlab chiqilgan. Enigma 1920 yilda patentlangan, ammo, u vaqt o‘tishi bilan shakllantirilgan va Nemis harbiylar uchun yaratilgan versiya haqiqiy versiyadan jiddiy farq qiladi. Haqiqatda, “Enigma” shifr mashinalarning oilasini namoyish etadi, ammo, “bir Enigma” faqat Nemis harbiy sohasi uchun maxsus taklif etilgan va uni biz bu bo‘limda tahlil etamiz.
Taqriban 100 000 ta Enigma mashinasi ishlab chiqarilgan va ulardan 40 000 tasi II jahon urushi davriga to‘g‘ri keladi. Biz tahlil etadigan Enigma varianti Nemis armiyasi tomonidan II jahon urushida foydalanilgan. Qurilma maqsadli urushga tegishli xabarlarni yuborish va yuqori darajadagi tizimli aloqa uchun foydalanilgan.
Enigma mashinasi soyuzlar tomonidan buzilgan va bu zukkolikni ULTRA deb nomlashgan. Nemislar Enigmani buzilmasligiga qatiy ishonishgan va ular undan muhim aloqalarda foydalanishni davom ettirganlar. Albatta, urush natijalarida Enigma deshifrlanganligiga bog‘lab bo‘lmaydi, ammo, Enigmani buzish natijasida Yevropadagi urush bir necha yilga qisqardi va yuz minglab insonlarni hayoti saqlab qolindi.
Enigma mashinasi ikkinchi bo‘limdagi 5.1 – rasmda keltirilgan. Esda tuting, albatta, tugmalar to‘plami, mexanik yozish va belgilarning yorqin – shchitdan tashkil topgan. Eski ko‘rinishdagi telefon kommutatoriga o‘xshash bo‘lib, old panelida belgilar juftini bog‘lovchi kabellar mavjud. Bu kommutator nemischa nom, stecker deb nomlangan. Bundan tashqari, bu yerda, yana uchta rotor mavjud bo‘lib, u mashinaning tepasi yaqinida ko‘rinib turibti.

5.1 - rasm. Enigma mashinasi
Xabarni shifrlashdan oldin, operator qurilmani sozlagan. Dastlabki sozlanish o‘z ichiga rotorlarni turli sozlanishlarini va stekerni kabeli ulanishini olgan. Dastlabki sozlanish kalitni tashkil etgan.
Mashina sozlangandan so‘ng, tugmalar to‘plami orqali xabar yoziladi va unga mos shifrmatn yorqin – shchitda namayon bo‘ladi. Shifrmatn belgilari yorqin – shchitda ko‘rinishi bilan yozib boriladi va ketma – ketlik odatda ovoz yoki radio ko‘rinishida o‘tkazilgan.
Deshifrlash uchun, qabul qiluvchi mashinani yuboruvchi kabi bir – xil soshlashi shart. Shundan so‘ng, shifrmatn tugmalar to‘plami orqali kiritilganda, mos ochiq matn yorqin – shchitda namayon bo‘ladi.
5.2 – rasmda Enigmaning kriptografik muhim tashkil etuvchilari aks ettirilgan. Bu tashkil etuvchilar va ularning o‘zaro aloqasi quyida tahlil ettirilgan.

5.2 – rasm. Enigma diagrammasi
Shifrlash uchun, ochiq matn belgilari tugmalar orqali kiritiladi. Bu belgilar dastlab stiker orqali o‘tadi va keyin navbat bilan har bir rotorlardan o‘tadi, reflektordan o‘tadi, har bir rotordan qayta o‘tadi, stikerdan qayta o‘tadi va nihoyat shifrmatn belgilari yorqin – shchitda namoyon bo‘ladi. Har bir rotor, shuningdek, reflektor – 26 – harfni almashtirish uchun kabel bilan ulangan. Rotorlar kriptografik elementlar sifatida quyida tahlil qilingan.
5.2 – rasmda namoyish etilgan misolda, ochiq matn S belgini kiritiladi va steker kabeli C ni S ga bog‘langanligi uchun, S ga almashtiriladi. Keyin, S rotorlar, reflektor orqali o‘tadi va rotorlar orqali qaytadi. Barcha rotorlar va reflektorning natijasi alfavitni almashtirishdan iborat. 5.2 – rasmdagi misolda, S belgisi Z belgisiga almashgan va steker L va Z ni bog‘laganligi sababli, Z belgisini L ga almashtiradi.
Biz Enigmada turli o‘zgarishlar uchun quyidagi belgilanishlardan foydalanamiz:
R_r – o‘ng tomondagi rotor;
R_m – o‘rtadagi rotor;
R_l – chap tomondagi rotor;
T – reflektor;
S - steker.
Bu belgilanishlar orqali, 5.2 – rasmdan biz quyidagi ko‘rishimiz mumkin:

Bu yerda x ochiq matn belgisi va u unga mos shifrmatn belgisi.
Agar bu Enigma yuqorida aytilganidek bo‘lsa, u holda u dastlabki sozlanish orqali o‘rin almashadigan maqtalgan sodda o‘rniga qo‘yish shifridan ortiq hech narsa emas. Biroq, har tugmacha bosilganda, o‘ng tomondagi rotor bir holatga yuradi va qolganlagi milometrga o‘zshash harakat qiladi. Ya’ni, o‘rtadagi rotor o‘ng tomondagi rotorning har 26 qadamida bir qadamga yuradi va chapdagi rotor o‘rtadagi rotorning har 26 qadamida bir qadam yuradi. Reflektor belgilarni o‘rinini almashtirganligi, ammo, aylantirmaydi, sababli u mahkamlangan rotor kabi ko‘rinadi. Natijada, bosilgan har bir harf almashtiriladi. Shuni esda tutish kerakki, milometr tasiri natijasida, larning o‘rin almashishi turlicha, ammo, T va S niki emas.
5.3 – rasmda Enigmaning yagona rotor qadami aks ettirilgan. Bu misol rotor qadami yo‘nalishini ko‘rsatadi. Operatorning nuqtai – nazaridan, belgilar alfavit tartibida ko‘ringan.
Enigma o‘rniga qo‘yish shifri bo‘lib, har bir belgi o‘rni almashtirilgan alfavit asosida shifrlanadi. Ammo, Enigma xox shifrlashda bo‘lsin, hoh deshifrlashda bo‘lsin sodda ko‘rinishdan yiroq, milometr tasirida o‘rin almashish amalga oshiriladi. Bu shifrlash ko‘p alfavitli o‘rniga qo‘yish sifatida ma’lum. Enigma uchun, bo‘lishi mumkin bo‘lgan “alfavitlar” (o‘rin almashinishlar) soni juda ko‘p.

5.3 – rasm. Enigma rotori