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2019/4/26 《图解密码技术》第二章

Posted on Apr 26, 2019 By LuLu

图解密码技术(第二章)

  • 接线板 plugboard，转子rotor
  • 密钥加密密钥key Encrypting Key,KEK
  • 隐蔽式安全性 security by obscurity

2.4Enigma

Enigma是一种由键盘、齿轮、电池和灯泡所组成的机器，通过这台机器就可以完成加密和解密工作。

Enigma加密通信

发送者和加密者各自拥有一台Enigma。

发送者和接受者必须使用相同的密钥，所以他们有一本叫做国防军密码本的册子，里面记录了所使用的每日密码。

密文通过无线电通信。

Enigma的构造

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    每当按下Enigma上的一个键，就会点亮一个灯泡。将按键的同时，读出灯泡所对应的字母，写在纸上。

    这个操作在发送者一方是加密，在接收者一方是解密。

  • 接线板：接线板上的连接方式是根据国防军密码本的每日密码决定的，一天内不会变

    转子：转子内部的接线方式无法改变，但转子在每输入一个字母时自动旋转。三个转子可以拆卸，在对Enigma进行设置时，可以选择转子的顺序以及它们的初始位置。

Enigma的加密

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    在进行通信前，双方都需要持有国防军密码本，国防军密码本中记载了发送者和接收者需要使用的每日密码

    1. 设置Enigma

      发送者查询国防军密码本的每日密码，按照该密码设置Enigma。即在接线板上连线，将3个转子进行排列

    2. 加密通信密码

      发送者想出三个字母，并将其加密，这三个字母称为通信密码

      通信密码的加密也是Enigma完成的。加入发送者选择的通信密码是psv，则要在Enigma键盘两次输入psv，即psvpsv。每输入一个字母，就会有相应的灯泡亮起。记下对应的密文：(假设密文为)ATCDVT

    3. 重新设置Enigma

      发送者重新设置Enigma。通信密码的三个字母代表了三个轮子的初始位置，发送者需要将轮子1/2/3分别转到p/s/v所对应的位置

    4. 加密消息

      发送者将明文(nacht)从键盘输入，然后从灯泡中读取对应字母(KXNWP)并记录下来。

    5. 拼接

      发送者将加密后的通信密码(ATCDVT)与加密后的消息(KXNWP)进行拼接，ATCDVTKXNWP作为电文通过无线电发送出去。

每日密码与通信密码

每日密码是用来加密通信密码的，通信密码来加密消息。

  • 采用两重加密，是因为用同一个密钥所加密的密文越多，破译的线索也会越多，危险性增加

每日密码是一种用来加密密钥的密钥，称为密钥加密密钥。

避免通信错误

连续两次输入通信密码，是为了防止信号差而出现错误。

接收者可以对通信密码进行校验，检查解密后的通信密码是不是三个字母重复两次得来的。

Enigma的解密

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    解密步骤：

    1. 分解

      接收者将受到的电文ATCDVTKXNWP分解成两部分，前六个字母和剩余字母。

    2. 设置Enigma

      和发送者设置Enigma时相同。

    3. 解密通信密码

      接收者将ATCDVT输入到Enigma，将亮起的灯泡记录下来psvpsv，psv为通信密码，且接收者可以判断有没有错误。

    4. 重新设置Enigma

      接收者根据通信密码psv重新设置Enigma。通信密码的三个字母代表了三个轮子的初始位置，发送者需要将轮子1/2/3分别转到p/s/v所对应的位置

    5. 解密消息

      接收者将KXNWP输入到Enigma，将亮起的灯泡记录下来nacht，这就完成了对消息的解密。

Enigma的弱点

  • 每次输入，通过三个轮子改变电路；加密通信密码时，实质上只有轮子1会转。
  • 将通信密码连续输入两次并加密，这样密码破译者只需要破译前三个字母。
  • 通信密码是人为选定，密钥应该使用无法预测的随机数来生成。
  • 必须派发国防军密码本，如果它落到敌人手中，就很麻烦了。

Enigma的破译

Enigma的设计并不依赖于隐蔽式安全性,只要不知道Enigma的设置(相当于密钥)，就无法破解。

最后被破解雷耶夫斯基是通过密文找到每日密码（一天之中是不会变的）的方法。

图灵在1940年研制出破译Enigma的机器