Metoda Zygalského listu byla kryptografická technika používaná polským šifrovacím úřadem před a během druhé světové války a také během války britskými kryptology v Bletchley Parku k dešifrování zpráv zašifrovaných na německých strojích " Enigma " .
Zygalski Sheet Apparatus je pojmenován podle Henryka Zygalského , kryptografa z Polish Cipher Bureau , který jej vynalezl v říjnu 1938.
Stejně jako ostatní rotační stroje se Enigma skládala z kombinace mechanických a elektrických systémů. Mechanická část zahrnovala klávesnici , sadu rotujících disků (rotorů), které byly umístěny podél hřídele a přilehlé k ní, a stupňovitý mechanismus, který při každém stisknutí klávesy pohyboval jedním nebo více rotory.
Konkrétní mechanismus činnosti se mohl lišit, ale obecný princip byl tento: při každém stisknutí klávesy se rotor nejvíce vpravo posunul o jednu polohu a za určitých podmínek se posunuly další rotory. Pohyb rotorů má za následek různé kryptografické transformace při každém stisku klávesy na klávesnici.
Mechanické části se pohybovaly, uzavíraly kontakty a tvořily měnící se elektrický obvod (to znamená, že proces šifrování písmen byl realizován elektricky). Po stisknutí klávesy klávesnice se obvod uzavřel, proud prošel různými obvody a v důsledku toho se rozsvítila jedna ze sady žárovek, která zobrazovala požadované kódové písmeno (například: při šifrování zprávy začínající ANX .. ., operátor nejprve stiskl tlačítko A - rozsvítilo se světlo Z - tedy Z a stalo se prvním písmenem kryptogramu, poté operátor stiskl N a pokračoval v šifrování stejným způsobem dále).
Z bezpečnostních důvodů byla každá zpráva odeslaná Enigmou zašifrována s různým počátečním nastavením tří rotorů, které může zvolit operátor. Toto bylo označováno jako "zpráva nastavení" a mělo 3 znaky. Aby odesílající operátor sdělil tato nastavení přijímajícímu operátorovi, začal každou zprávu odesláním zprávy s nastavením v přestrojené podobě – šestimístný „indikátor“. Indikátor byl vytvořen pomocí Enigmy s rotory nastavenými tak, aby odpovídaly aktuálnímu dennímu nastavení, označené jako „hlavní nastavení“ společné pro všechny operátory.
Předpokládejme například, že operátor zvolil pro zprávu „zprávu o nastavení“ KYG . Operátor musí nejprve nastavit rotory Enigmy na „hlavní nastavení“, která mohou být v daný den, jako je GBL , a poté „dvakrát“ zašifrovat zprávu o nastavení na Enigmě; to znamená, že operátor musí zadat KYGKYG (což může mít za následek něco jako QZKBLX ). Operátor pak musí přesunout rotory do polohy KYG a samotnou zprávu zašifrovat. Přijímající operátor musí použít opačný proces k dešifrování zprávy o nastavení a poté zprávy samotné. Zdá se, že opakování zprávy o nastavení bylo zamýšleno jako kontrola chyb k odhalení korupce, ale mělo to nezamýšlený důsledek značně oslabit šifru.
Použití klíče při přenosu dvakrát vedlo ke vzniku tzv. ženských párů: někdy (asi v 1 zprávě z 8) bylo jedno z opakovaných písmen ve zprávě nastavení zašifrováno do stejných písmen.
Pouze omezený počet nastavení šifrovacího zařízení mohl zajistit výskyt ženských párů. Pokud je například prvních šest písmen zašifrované zprávy SZVSIK, nazývá se to 1-4 ženský pár; pokud WHOEHS, 2-5 párů; a pokud ASWCRW, 3-6 párů. Metoda byla pojmenována Netz (německy: Netzverfahren, „síťová metoda“) nebo Zygalského metoda listů, protože používala perforované listy, které vyvinul. [1] [2] K úspěšnému absolvování bylo potřeba 10 ženských párů z jednodenních míst.
Zygalského zařízení obsahovalo 26 děrovaných listů pro každou ze 6 původně možných sekvencí pro vložení 3 rotorů do Enigmy [3] . Každý list byl přivázán k výchozí poloze levého (nejpomaleji se pohybujícího) rotoru.
Matice 26 x 26 poskytla všech 676 možných poloh levého a středního rotoru a byla duplikována horizontálně a vertikálně az, ay. Plechy byly perforovány tak, aby umožňovaly i ženské páry [4] . Řádky představovaly polohy středního rotoru, sloupce polohy pomalého rotoru. Pokud by na některých pozicích rotorů bylo možné použít samičí pár (například nejpomalejší rotor - na písmenu "A", centrální rotor - na písmeno "M", nejrychlejší rotor - na písmeno "R") , na křižovatce s žiletkou byl vytvořen otvor.
Polský matematik Marian Rejewski popsal, jak zařízení funguje na děrovaných plechách:
Když byly plechy pokládány a posouvány ve správném pořadí a správným způsobem vůči sobě, v souladu s přesně definovaným programem, počet viditelných otvorů postupně klesal. A pokud bylo k dispozici dostatek dat, nakonec zbyla jedna díra, která pravděpodobně odpovídá správné možnosti, tedy řešení. Z polohy otvoru lze vypočítat pořadí rotorů, nastavení jejich prstenců a porovnáním písmen šifry s písmeny ve stroji také posunutí S, jinými slovy celé šifry klíč. [5]
Stejně jako metoda "souboru" získaná pomocí Rejewského "cyklometru", metoda listu Zygalski nezávisí na počtu připojení propojovacích panelů Enigmy. [6]
Ruční výroba listů v Cipher Bureau, kterou z bezpečnostních důvodů prováděli kryptologové sami [7] pomocí žiletek, byla velmi časově náročná. Do 13. prosince 1938 byla dokončena pouze 1/3 prací.
V tento den Němci představili 4 a 5 rotorů, čímž zvýšili požadovaný počet listů 10krát (na 60, nyní možných, sekvencí v Enigmě místo 6). [6]
25. července 1939, pět týdnů před vypuknutím druhé světové války, úřad pro šifrování odhalil svým britským a francouzským spojencům ve Varšavě své úspěchy v prolomení šifry Enigma [8] . Mezi těmi zveřejněnými byla Zygalského metoda perforovaného plechu.
Britové se v Bletchley Park nedaleko Londýna ujali výroby dvou kompletních sad listů. Práce byla prováděna s perforátory v oddělení, které vedl John R. F. Jeffreys [9] [10]
První souprava byla připravena na konci prosince 1939. 28. prosince byla část druhé sady doručena polským kryptologům [10] , kteří do té doby uprchli z Němci okupovaného Polska do Francie (kódové označení centra je PC Bruno), nedaleko Paříže. Zbývající archy byly vyrobeny 7. ledna 1940 a do Francie je přivezl Alan Turing krátce nato [10] . „S jejich pomocí,“ píše Marian Rejewski, „jsme pokračovali v prolamování klíčů Enigmy.“ [6] Listy byly použity Poláky pro první válečné dešifrování zprávy Enigmy 17. ledna 1940. [10] [11]
V květnu 1940 Němci dvakrát opustili používání zprávy o nastavení. Pro každou zprávu operátor zvolil náhodnou počáteční polohu rotorů, jako je WZA , a zprávu o náhodném nastavení, jako je SXT . Nastavil rotory na WZA a zašifroval klíč SXT . Předpokládejme, že výsledek byl UHL . Poté nastavil rotory na SXT a zašifroval zprávu. Poté odeslal příjemci počáteční pozici WZA , šifrovací klíč UHL a šifrový text. Příjemce zprávy nastavil rotory na WZA , aby obdržel zprávu o nastavení SXT , a poté ji použil k dešifrování zprávy [12] . Poté se Zygalského listy ukázaly jako zbytečné [13] .
| Kryptografie druhé světové války | |
|---|---|
| Organizace |
|
| Osobnosti | |
| Šifry a šifrovací zařízení | |
| Kryptanalytická zařízení | |