این دستگاه جاسوسی آلماننازی، خالق فناوری رمز پویا است!
به گزارش پایگاه خبری پایداری ملی به نقل از خبرگزاری فارس، در تاریخ جنگ و درگیری ها، معدود تجهیزاتی وجود دارند که به اندازه دستگاه انیگما توانسته باشند مسیر یک جنگ بزرگ را تغییر دهند. این دستگاه که در نگاه اول شبیه به یک ماشین تحریر سنگین و کلاسیک در یک محفظه چوبی مقاوم به نظر میرسید، در واقع یکی از پیچیدهترین معماریهای رمزنگاری در نیمه اول قرن بیستم بود. انیگما نماد برتری ارتباطات تاکتیکی ارتش آلمان نازی در طول جنگ جهانی دوم به شمار میرفت و رقابت فناورانه برای شکستن کدهای آن، به عنوان موتور محرکی قدرتمند برای تولد عصر محاسبات دیجیتال و هوش مصنوعی عمل کرد.
در ادامه، به بررسی دقیق طراحی سختافزاری و منطق ریاضیاتی این سیستم میپردازیم و تقابل ماشینها در جنگ الکترونیک آن دوران را بررسی میکنیم:
طراحی سختافزاری و طراحی سیستم عامل
انیگما یک ماشین رمزنگاری از نوع Polyalphabetic Substitution یا جانشینی چندالفبایی بود که بر پایه یک مدار الکترومکانیکی بسته کار میکرد. نیروی محرکه این سیستم توسط باتریهای داخلی تامین میشد که به آن قابلیت حمل بالا و استفاده در میدان نبرد، از سنگرهای پیادهنظام گرفته تا زیردریاییهای ناوگان دریایی را میداد.
هسته مرکزی پردازش در این ماشین از چهار زیرسیستم اصلی تشکیل شده بود:
صفحه کلید ورودی: شامل ۲۶ کلید برای حروف الفبا که مدار الکتریکی را فعال میکرد.
واحد چرخانهها: قلب تپنده و متحرک ماشین که شامل سه (و بعدها چهار) دیسک متحرک بود.
تخته اتصال:یک پنل سوئیچینگ در جلوی دستگاه که با کابلهای فیزیکی، جفت حروف را پیش از ورود به چرخانهها جابهجا میکرد.
صفحه نمایش نوری: شبکهای از ۲۶ لامپ کوچک که خروجی نهایی (حرف رمزنگاری شده) را به اپراتور نشان میداد.
لازم به ذکر است انگیما نسخههای مختلفی داشت و بر اساس ماموریت تعریف شده برای واحد نظامی و اطلاعاتی بهینه سازی شدند.
در ادامه مجموعهای از هفت ماشین انیگما و پارافرنالیا که در موزهٔ رمزشناسی نمایش داده شدند را مشاهده میکنید:
توضیحات تصویر بالا:
از سمت چپ به راست، مدلها عبارتند از: ۱) انیگمای تجاری؛ ۲) انیگمای T؛ ۳) انیگمای G؛ ۴) نامشخص؛ ۵) انیگمای لوفتواف (نیروی هوایی)؛ ۶) انیگمای هیر (- Heer ارتش)؛ ۷) انیگمای کرینگزمارین (نیروی هوایی)
مکانیسم پردازش سیگنال و دینامیک چرخانهها
آنچه انیگما را از کدهای رمزنگاری دیگر متمایز میکرد، تغییر مداوم و خودکار مدار الکتریکی آن بود. با هر بار فشردن یک کلید روی صفحه کلید، چرخانه سمت راست (چرخانه سریع) یک پله میچرخید. پس از ۲۶ بار چرخش این دیسک، دیسک میانی یک پله حرکت میکرد و این روند تا دیسک سوم ادامه مییافت. این مکانیسم دقیقا مشابه عملکرد کیلومترشمار خودرو بود.
این حرکت مکانیکی به این معنا بود که مسیر جریان الکتریکی درون ماشین دائماً در حال تغییر است. اگر یک اپراتور نظامی حرف A را دهها بار پشت سر هم تایپ میکرد، خروجی نوری هر بار یک حرف کاملا متفاوت (مثلاً P، سپس L، سپس W و...) بود. این ویژگی باعث میشد تا تحلیل فراوانی حروف، که روش استاندارد شکستن رمزهای کلاسیک بود، در برابر انیگما کاملا بیاثر و فلج شود.
همچنین، قطعهای ثابت به نام Reflector در انتهای مسیر چرخانهها وجود داشت. بازتابنده سیگنال الکتریکی را پس از عبور از چرخانهها دریافت کرده و دوباره از مسیری متفاوت به درون چرخانهها برمیگرداند. این طراحی یک ویژگی حیاتی به انیگما میداد: رمزنگاری و رمزگشایی کاملا متقارن بودند. یعنی اگر ماشین فرستنده A را به G تبدیل میکرد، ماشین گیرنده (با تنظیمات یکسان) با فشردن G، حرف A را تحویل میداد. با این حال، همین بازتابنده دارای یک ضعف مهندسی بزرگ بود: هیچ حرفی هرگز به خودش تبدیل نمیشد. این نقص بعدها کلید اصلی برای شکستن سیستم شد.
امنیت اطلاعات و جهش نجومی در پیچیدگی
نسخههای تجاری انیگما که پیش از جنگ تولید شده بودند، فاقد تخته اتصال بودند. اما ارتش آلمان با اضافه کردن این پنل کابلی، امنیت ماشین را به سطح بیسابقهای ارتقا داد.
اپراتور با استفاده از ۱۰ کابل، ۲۰ حرف از ۲۶ حرف الفبا را به صورت جفت به هم متصل میکرد (مثلا A به T و O به X وصل میشد). این جابهجایی فیزیکی، پیش از ورود جریان به چرخانهها و پس از خروج از آنها اعمال میشد.
ترکیب چیدمانهای مختلف چرخانهها (انتخاب ۳ چرخانه از بین ۵ چرخانه موجود)، موقعیت اولیه شروع چرخانهها، و تنظیمات کابلهای تخته اتصال، باعث میشد تا ماشین نظامی انیگما بتواند بیش از ۱۵۸ تریلیون تریلیون (۱۵۸،۹۶۲،۵۵۵،۲۱۷،۸۲۶،۳۶۰،۰۰۰) حالت مختلف برای تنظیم اولیه داشته باشد.
در ساختار نظامی آلمان، این تنظیمات کلیدی به صورت روزانه و بر اساس کتابچههای رمز توزیعشده بین یگانها تغییر میکرد.
در ادامه فهرست کلید ماهیانه شمارهٔ ۶۴۹ مربوط به ماشین انیگمای نیروی هوایی آلمان، شامل وضعیتهای بازتابدهندههای قابل تنظیم (که هر هشت روز یک بار تغییر داده میشدند) را مشاهده میکنید:
نبرد فناورانه، ظهور ماشین پردازش موازی بامب
جنگ سایبری دههها پیش از اختراع اینترنت آغاز شده بود. برای مقابله با این غول رمزنگاری، تیمی از نوابغ ریاضی و مهندسی متفقین در مرکزی به نام بلچلی پارک در انگلیس گرد هم آمدند. آنها با تکیه بر تحقیقات و مهندسی معکوس اولیه توسط ریاضیدانان لهستانی (به ویژه ماریان ریفسکی)، وارد یک نبرد فناورانه شدند.
آلن تورینگ و گوردون ولچمن، با درک این موضوع که ذهن انسان هرگز توانایی محاسبه این حجم از احتمالات را ندارد، تصمیم گرفتند ماشین را با ماشین شکست دهند.
نتیجه این ایده، طراحی و ساخت دستگاهی عظیم به نام بامب بود. ماشین بامب در واقع یک شبیهساز سختافزاری متشکل از دهها انیگمای غنیمتی متصل به هم بود.
برخلاف ادعای یافتن شانسی کدها بر اساس حدس وآزمایش که در برخی ویدیوهای اینستگرامی مطرح شده بود، این ماشین بر اساس جستجوی کورکورانه کار نمیکرد و از منطق حذفی در یک الگوریتم مشخص بهره میبرد.
تحلیلگران با حدس زدن بخشهای تکراری پیامهای آلمانی (مانند کلمات آبوهوا یا عبارات نظامی که به آنها Crib گفته میشد) و با استفاده از همان نقطه ضعف بازتابنده (که هیچ حرفی به خودش تبدیل نمیشود)، فرضیاتی را وارد ماشین بامب میکردند.
بامب با سرعت مکانیکی بالا میچرخید و در عرض چند دقیقه، میلیونها ترکیب غیرممکن را رد میکرد تا در نهایت مدار الکتریکی آن در تنظیمات صحیح روزانه متوقف شود و به مرور گزینههایی با تخمین بالا وارد میز فرماندهان میشد که با تطبیق با دیگر دادههای میدانی، هدف و کدها با خطای پایین تحلیل میشدند.
تقابل انگیما و بامب، پدر جنگ الکترونیک امروزی
ماشین انیگما و تقابل آن با ماشینهای بلچلی پارک، به وضوح نشان داد که امنیت سیستمهای رمزنگاری هرگز مطلق نیست. مفاهیمی، چون مدیریت کلید متقارن، پردازش موازی، و اهمیت خطاهای انسانی در افشای اطلاعات که امروزه در پیشرفتهترین سیستمهای سایبری نظامی و رمزنگاریهای دیجیتال (مانند AES) استفاده میشوند، همگی ریشه در کالبد مکانیکی و پر سر و صدای ماشین انیگما دارند. این نبرد تکنولوژیک، مسیر تاریخ نظامی جهان را برای همیشه به سمت جنگافزارهای اطلاعاتی و الکترونیکی تغییر داد.