Evolución de la criptografía
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BombeBombe
Rompiendo el cifrado Enigma
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Bombe fue el nombre de una máquina electromecánica, desarrollada durante la Segunda Guerra Mundial por Alan Turing y Gordon Welchman, mientras trabajaban como descifradores de código en Bletchley Park. Se usó para ayudar a descifrar los códigos Enigma alemanes y se basó (en parte) en la llamada BOMBA, una máquina anterior desarrollada por matemáticos polacos en 1938. A partir de 1943, se construyó una versión mejorada de la Bombe de 4 rotores en Estados Unidos por la Marina de los EE. UU. Y, por separado, por el Ejército de los EE. UU.
La Bomba polaca
Los polacos fueron los primeros en descifrar la variante militar de la Enigma en 1932. En la sección BS-4 de la Biuro Szyfrów (Oficina de Cifrado Polaca), tres jóvenes matemáticos polacos, Marian Rejewski, Henryk Zygalski y Jerzy Rózycki, habían recuperado el cableado de la máquina militar Enigma.
Su éxito se basó en un análisis matemático puro, asistido por información de un espía alemán llamado Hans-Thilo Schmidt (nombre en clave Asche), y un comercial Enigma interceptado en el correo polaco. Luego compraron una Enigma comercial y usaron la información recopilada para convertirla en militar. Esta máquina convertida se conoce comúnmente como la Enigma polaca.
Marian Rejewski
Jerzy Rózycki
Henryk ZygalskiDesde 1930 en adelante, los alemanes habían estado usando un esquema de administración de claves muy simple, en el que la clave de mensaje elegida al azar se enviaba dos veces en forma cifrada al comienzo de cada mensaje. Esto permitió que la clave diaria se recuperara relativamente fácil con métodos manuales.
El 1 de octubre de 1936, los alemanes dejaron de usar seis Steckern y comenzaron a usar de cinco a ocho de ellos. Esto derrotó a los métodos manuales y los polacos pensaron en un ataque de catálogo basado en la duración del ciclo de las permutaciones del indicador. Rejewski posteriormente desarrolló una máquina para ayudar a construir el catálogo: el ciclómetro.
El catálogo contenía la longitud y el número de ciclos de las 17.576 posiciones de los rotores para cualquier orden de rotores posible. Como había tres rotores en ese momento, había seis órdenes de rotores posibles (3 x 2 x 1), lo que daba un total de 105.456 entradas en el catálogo. Construir el catálogo llevó más de un año, pero cuando estuvo listo, permitió recuperar la clave del mensaje en unos 15 minutos.
El 1 de noviembre de 1937, los alemanes reemplazaron el reflector existente (UKW A) por uno nuevo (UKW B), y los polacos tuvieron que construir un catálogo completamente nuevo, lo que probablemente tomaría otro año.
Después, el 15 de septiembre de 1938, los alemanes cambiaron por completo el procedimiento de cifrado de las claves de los mensajes, y el método del catálogo se volvió completamente inútil. Esto llevó a los polacos a idear nuevas soluciones, como las Hojas Zygalski y la Bomba Kryptologiczna (bomba criptológica), a menudo abreviada como Bomba.La Bomba se basa en el principio de que la clave de mensaje aleatoria de 3 letras se envía dos veces al comienzo de cada mensaje y que de vez en cuando, una letra particular de texto claro, produce la misma letra de texto cifrado tres posiciones más adelante.
Como ejemplo, suponga que el indicador es A W B T W Y. Vemos que la letra W aparece dos veces en la segunda posición. Los descifradores de Bletchley Park llamarían más tarde a tales ocurrencias hembras. Como ambos grupos de letras (AWB y TWY) se originan del mismo texto plano (por ejemplo, ZXS), sabemos que la letra X está encriptada en W dos veces con un intervalo de 3 pasos. Esta es una propiedad única que solo puede ocurrir con un número limitado de configuraciones. Según Rejewski, si se encontraban suficientes hembras, la Bomba podría usarse para recuperar los ajustes actuales de Enigma en menos de dos horas.Aunque todas las Bomby fueron destruidas por los polacos en 1939, justo antes de que el ejército alemán invadiera Polonia, Rejewski hizo un boceto basado en sus recuerdos muchos años después. Este boceto apareció en el libro de Brian Johnson The Secret War en 1978 [1]. Una versión mejorada de este boceto apareció en un informe de 1979, escrito por el mismo Marian Rejewski [2]. Este informe fue proporcionado como un apéndice del libro de Wladyslaw Kozaczuk W kregu Enigmy [11] y fue traducido al inglés en 1984 [12].
La imagen siguiente (1) muestra el boceto mejorado proporcionado por Rejewski en 1979. La hermosa ilustración de arriba fue hecha por las personas propietarias del web site CODEBREAKERS.EU y se basan en el boceto de Rejewski. Da una buena idea de cómo se veía la Bomba.
Como los alemanes tenían tres rotores Enigma diferentes en ese momento, había que considerar seis posibles órdenes de rotores. Esto se hizo ejecutando seis bomby en paralelo. Cada Bomba tenía 6 conjuntos completos de rotores Enigma (2) en su parte superior (1), conectados por parejas. Cada par se usó para resolver una (de las tres) hembras.
Aunque la operación exacta de la Bomba aún se desconoce, muchos han tratado de explicar su principio mediante la reconstrucción de un modelo teórico. Un intento plausible fue hecho por David Link en Cryptologia en 2009 [3].
Para la recuperación del Ringstellung, la configuración de la placa de conexión (Steckerbrett) no debe tenerse en cuenta ya que no se mueve durante el cifrado. Todo lo que importa es que la misma letra de entrada produce el mismo resultado dos veces, con tres pasos de diferencia. El enlace [3] describe un método simple para resolver el Steckern una vez que se conoce el orden de las rotores y el Ringstellung.
Muchas gracias a la gente de CODEBREAKERS.EU por suministrar la bella obra de arte [10].
Solo se muestra el conjunto de rotores completo en la imagen. Haga clic aquí para ver la máquina con los seis conjuntos de rotores instalados.
Pulse en las imagenes para ampliarLa Bombe británica
Turing-Welchman Bombe
Basado en la información presentada por los polacos, el matemático británico Alan Turing desarrolló una máquina que era capaz de recuperar las configuraciones clave incluso si los alemanes soltaban el doble cifrado de la clave de mensaje al comienzo de cada mensaje. La máquina se llamaba Bombe (más tarde: Turing-Welchman Bombe) y fue construida por la británica Tabulating Machine Company (BTM) en Letchworth, Hertfordshire (Reino Unido) bajo la supervisión de Harold (Doc) Keen [4].
El nombre se deriva de Bomba, una máquina similar desarrollada por los polacos poco antes del estallido de la Segunda Guerra Mundial. Bomba explotó el hecho de que el mismo indicador de mensaje se enviaba dos veces al comienzo de cada mensaje, un error importante en los procedimientos criptográficos alemanes.
Aunque el concepto de Bomba era conocido por Bletchley Park, Turing quería probar un enfoque diferente. Cuando los alemanes descubrieron la debilidad, abandonaron el indicador doblemente cifrado el 10 de mayo de 1940 [9], el día en que Alemania atacó Francia, inutilizando la Bomba.
Turing diseñó la Bombe británica en 1939. Comparada con la Bomba polaca, utilizó un enfoque completamente diferente. Se basó en la suposición de que un texto plano conocido (o adivinado), una llamada cuna, está presente en una determinada posición en el mensaje. Las Bombes fueron construidas por British Tabulating Company (BTM, más tarde ICL) en Letchworth (Reino Unido) bajo la supervisión de Harold 'Doc' Keen [1]. La primera máquina, llamada 'Victoria', se entregó en Bletchley Park el 18 de marzo de 1940.
La Bombe se mejoró aún más con el llamado tablero diagonal , una invención del codificador de código Gordon Welchman, que redujo en gran medida la cantidad de pasos necesarios para el esfuerzo de descifrado de códigos. Una segunda Bombe, con el presente del tablero diagonal de Welchman, se instaló el 8 de agosto de 1940. Se llamó 'Agnus Dei', más tarde acortado a 'Agnes' o 'Aggie'. La primera máquina (Victoria) se modificó más tarde con una tabla diagonal también.
Durante el curso de la guerra, se construyeron más de 200 Bombes de Turing-Welchmand. Para evitar el riesgo de perderlos en caso de un ataque con bomba, se distribuyeron entre Bletchley Park y sus llamadas Outstations en Wavendon, Adstock, Gayhurst, Eastcote y Stanmore, donde fueron operadas por WRNS, técnicos de RAF y personal civil [3].Enigma M4
Al igual que el Ejército (Heer) alemán y la Fuerza Aérea (Luftwaffe), la Marina (Kriegsmarine) usó una máquina Enigma de tres rotores con Steckerbrett (panel de conexiones). La Marina la llamó la M3. Sin embargo, a diferencia del Heer y la Luftwaffe, la Kriegsmarine usó libros de códigos adicionales para acortar sus mensajes. Cuanto más cortas sean sus transmisiones de radio, menor será el riesgo de encontrar la dirección (DF).
Debido a que el almirante Karl Dönitz, jefe de la sección de U-Boot de la Armada alemana tenía sus dudas, se introdujeron tres rotores adicionales (VI, VII y VIII), exclusivamente para la Kriegsmarine. Pero eso no fue todo lo que cambió. El 2 de febrero de 1942, completamente de la nada, la Armada alemana introdujo la Enigma M4, una máquina de cuatro rotores, exclusivamente para la comunicación U-Boot. Al mismo tiempo, cambiaron sus libros de códigos, dejando en la oscuridad a los descifradores de códigos en Bletchley Park.La Enigma M4 tenía un rotor adicional, llamado Zusatzwalze (4º rotor adicional), insertado entre el 3º rotor y el Umkehrwalze UKW (nuevo reflector estrecho). Como la Bombe se construyó específicamente para romper el tráfico de mensajes de la Enigma de tres rotores, no era adecuada para atacar a la nueva máquina M4.
Aparentemente, Dönitz había logrado cumplir con la pesadilla logística de reemplazar todas las máquinas M3 existentes por la nueva M4. Pero como el código se cambió de la noche a la mañana, y el resto de la Armada aún usaba la máquina de tres rotores, Turing pensó que las máquinas eran de alguna manera compatibles.
Resultó estar en lo cierto. Cuando el 4º rotor estaba configurado en 'A', la máquina se comportaría como la M3 anterior. Esto se hizo, por ejemplo, cuando se comunicó con el Servicio Meteorológico Naval. Además, el 4º rotor nunca se movía durante el encriptamiento, por lo que es realmente un selector entre 26 reflectores diferentes (UKW). Turing pronto logró recuperar el cableado completo del rotor adicional, pero necesitaba desesperadamente nuevos libros de códigos para leer el tráfico de mensajes del U-Boot.
El apagón duró hasta 30 de octubre de 1942, casi 9 meses después de la introducción de la M4, antes de que se capturaran los nuevos libros de códigos. Mientras tanto, algunas Bombes de 3 ruedas se habían adaptado para atacar el tráfico de mensajes de la Enigma de 4 rotores y se dieron órdenes a Doc Keen en BTM para el desarrollo de una Bombe mejorada.
Aunque la Bombe británica de 4 ruedas funcionó como se esperaba, enfrentó muchos problemas. En esta etapa de la guerra, Gran Bretaña tenía escasez de casi todo. Como resultado, BTM no pudo entregar suficientes máquinas a tiempo y las máquinas que se entregaron a menudo tuvieron problemas de contacto.
Desde su participación en la guerra en 1942, los estadounidenses habían estado presionando a los británicos para que compartieran sus conocimientos sobre la Bombe y les permitieran copiar su diseño. Finalmente, a finales de 1942, cuando la Bombe británica de cuatro ruedas se enfrentaba a problemas y se acumulaban las pérdidas diarias en la Batalla del Atlántico, los británicos finalmente cedieron y permitieron que los EE. UU. Construyeran su propia Bombe.La US-Bombe fue construida por National Cash Registers (NCR) en Dayton (EE. UU.), Donde fue desarrollada por Joe Desch. Inicialmente, la Marina de los EE. UU. Quería que construyera una máquina totalmente electrónica, pero Desch consideró que esto era impracticable, ya que requeriría que la máquina tuviera más de 70,000 válvulas electrónicas (tubos).
Hacia fines de 1942, Desch propuso un enfoque menos elegante pero mucho más realista: una máquina electromecánica, como la Bombe británica, pero mucho más rápida y confiable. La Marina de los EE. UU. aprobó de inmediato el proyecto.
Desch se dispuso a construir la máquina y, a mediados de 1943, ya tenía los primeros prototipos en funcionamiento. Aunque el diseño inicial enfrentó problemas de confiabilidad, logró mejorarlo considerablemente. Al final, la Bombe de EE. UU. Resultó ser muy confiable, rápida y efectiva. En diciembre de 1943, se instalaron 120 máquinas. Durante el resto de la guerra, EE. UU. Se ocupó de romper la mayor parte del tráfico de mensajes de las enigmas navales alemanas y, en particular, los mensajes de los temidos submarinos alemanes.
Al final de la guerra, la Bombe de los Estados Unidos habría salvado miles de vidas, pero había destruido la de Joe Desch, que había sufrido un ataque de nervios y que en realidad nunca se recuperaría de eso. Deborah Anderson, la hija de Desch, ha dedicado un sitio web al trabajo de su padre y sus colegas en NCR [4]. Después de la guerra, todas las Bombes de EE. UU. fueron destruidas, a excepción de una unidad que ahora está en exhibición permanente en el Museo Nacional Criptológico (NCM) en Fort Meade (EE. UU.) [5].
Reconstruyendo la Bombe británica
En el Reino Unido, todas las Bombes británicas fueron destruidas o desmanteladas una vez que terminó la guerra. Hasta donde sabemos, ni una sola máquina ha sobrevivido. Esto ha provocado que un grupo de entusiastas, liderado por John Harper, inicie un proyecto de reconstrucción a mediados de la década de 1990. El objetivo del proyecto era recrear una réplica completamente funcional de una máquina Bombe de guerra, que se completó en 2007 [2].
Ahora está en exhibición pública en el Museo Bletchley Park y forma parte de la exposición permanente en el Bloque-B. La Bombe se está mostrando regularmente y actualmente se está utilizando para realizar trabajos reales de descifrado de la Segunda Guerra Mundial. Una descripción mucho más detallada del Proyecto de reconstrucción de la Bombe está disponible en el sitio web de John Harper [2].
La imagen a continuación, fue tomada en la Reunion Enigma 2009 en Bletchley Park, donde John Harper hizo una demostración de la Bombe, mostrandola en acción cuando intenta romper un verdadero mensaje de Enigma en tiempo de guerra.
Tenga en cuenta que existen diferentes versiones de la Bombe. Además, se crearon una serie de archivos adjuntos y 'versiones especiales' para tareas y experimentos específicos. La versión reconstruida por el equipo "Reconstruir Bombe" es la versión posterior de 3 ruedas 36 Enigma, con relés de detección de alta velocidad tipo Siemens. Durante la guerra, se construyeron 69 de tales máquinas. Se presenta en el video a continuación.
Este video muestra la Bombe reconstruida en acción. Fue hecho durante la Reunion Enigma en Bletchley Park en 2009, cuando el gerente del proyecto John Harper estaba dando demostraciones en vivo. Algunas de las partes móviles dentro de Bombe son claramente visibles. El video también muestra una máquina de cifrado británica ** Typex ** que se convirtió para actuar como una máquina Enigma.
A veces se piensa que Enigma se descifró con la ayuda de Colossus, la primera computadora digital electrónica basada en válvulas, que se desarrolló en Bletchley Park durante la Segunda Guerra Mundial. Incluso se afirma en algunos libros y documentales de televisión.
Sin embargo, esta afirmación no es correcta, ya que Colossus se usó para descifrar la máquina de cifrado Lorenz SZ-40/42 mucho más avanzada, utilizada por el OKW, el Alto Comando de Hitler.
- Brian Johnson, La guerra secreta
1978, BBC.- Marian Rejewski,
Fundamentos matemáticos de las soluciones de máquina de cifrado Enigma alemán (polaco)
Informe de Rejewski de 1979.- David Link, Resurrecting Bomba Kryptologiczna: Arqueología de artefactos algorítmicos, I
Cryptologia, Volumen 33, Número 2, abril de 2009, págs. 166-182.
ISSN: 0161-1194- John Keen, Harold (Doc) Keen
ISBN: 0-947712-42-9- John Harper, The Bombe Rebuild Project
Sitio web, que muestra el progreso y las diversas etapas del proyecto.- Asociación de Herencia Milton Keynes, Outstations from the Park
Consultado noviembre de 2012.- Codebreakers de Dayton, Bombe Cryptanalytic de la Marina de los EE . UU.
Sitio web de Deborah Anderson.- Museo Nacional de Criptología (NCM)
Con sede en Fort Meade (EE. UU.) Cerca del edificio de la NSA .- Kris Gaj y Arkadiusz Orlowski, hechos y mitos de Enigma: romper estereotipos
Universidad George Mason, Fairfax, VA 22030, EE. UU.
Instituto de Física, Academia Polaca de Ciencias Warszawa, Polonia.
Capítulo 7. Eurocrypt 2003. Consultado en enero de 2012.- Juego internacional de criptología, Impresiones del artista de la Bomba y ciclómetro
Sitio web CODEBREAKERS.EU. Recibido en junio de 2016.- Wladyslaw Kozaczuk, W kregu Enigmático
1979. ➤ Traducido al inglés en 1984 [12].- Wladyslaw Kozaczuk, Enigma: Cómo el cifrado de la máquina alemana estaba roto,
y cómo fue leído por los aliados en la Segunda Guerra Mundial. (1)
Traducido del [11] y editado por Christopher Kasparek.
30 de junio de 1984. ISBN 978-0-31327-007-9 (primera edición).
Edición de EE. UU .: ISBN 978-0-89093-547-7 (2ª edición).(1) No debe confundirse con Enigma: cómo los polacos rompieron Los códigos nazis , que es básicamente un subconjunto del libro de 1984 en el que las contribuciones de Rejewski han sido reemplazadas por material (menos importante) por otros.
Referencia: Crypto Museum
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