Enigma C - 1925 - Breve introducción

Máquinas Enigma de lámparas de incandescencia: Partes, esquemas y funcionamiento

Ult. rev. 29-12-2022

 

Indice

 

Breve introducción a las máquinas Enigma de lámparas de incandescencia: Partes, esquemas y funcionamiento

Frontal y partes internas

 

Enigma C mostrando su frontal y sus partes internas

1 - Teclado
2 - Lamparitas de retroiluminación del panel
3 - Ventanas para observar la posición de los rotores
4 - Rueda de ajuste de los rotores
5 - Conmutador de alimentación
6 - Bornes para alimentación externa
7 - Anillo de identificación de posición de rotores
8 - Rotor
9 - Palanca para fijar los rotores
11 - Mecanismo de fijación del reflector
12 - Tornillos de fijación de la tapa
13 - Reflector
14 - Pila seca de 4,5 Volts
15 - Fijación de posición del reflector

 

Gráfico esquemático de una máquina de tres rotores con reflector

La alimentación eléctrica era totalmente autónoma, y se realizaba mediante una pila seca de 4,5 Volts contenida en el interior de la máquina, en un espacio situado a la derecha de los rotores, aunque sobre la tapa superior disponía de un conmutador-selector que ofrecía otras posibilidades, como conectar una batería externa o una fuente de alimentación a dos pequeños bornes metálicos que sobresalían aún con la tapa de mecanismos cerrada.

El peso total de la máquina apenas superaba los 11 Kg, siendo por tanto transportable por un sólo hombre.

Sin embargo, las mayores diferencias de esta Enigma con respecto a sus hermanas mayores de impresión se encontraban en el interior. Un detalle bastante evidente es que no tenía conmutador de modo de funcionamiento, necesario en las Handel, Schreibende y H para invertir la corriente a través de los rotores y permitir la función de descifrado, y eso era posible por la presencia de un nuevo dispositivo interno, utilizado en las enigmas de bombillas, denominado "Reflector" que creaba lo que en criptografía se llama "Cifrado Involutivo", el cual no establece diferencias entre un texto en claro o uno cifrado, porque simplemente cambia uno por otro con independencia del que le entren.

 

El reflector

El reflector fue una idea de Willi Korn, un colaborador de Scherbius, y se identificaba en los manuales por las iniciales UKW (Umkehrwalze). Tenía la forma de un cilindro fijo con una sola corona de contactos por resorte en la cara de entrada, que se apoyaban sobre los correspondientes contactos planos de salida del tercer rotor. Los contactos del reflector estaban interconectados entre ellos de dos en dos siguiendo una cierta pauta establecida por el fabricante, de manera que al recibir corriente por uno de ellos, la reenviaba de nuevo al tercer rotor a través de su pareja, actuando como un verdadero "espejo eléctrico" que creaba un "camino de bajada" siempre distinto del de "subida" procedente del teclado, que después de atravesar en sentido contrario los rotores alcanzaba el panel de luces, iluminando el carácter correspondiente.

 

Reflector de Enigma C, que permite dos posiciones de montaje

En otras palabras, si se ajustaba la máquina de una forma determinada y al apretar la tecla "A", se iluminaba la letra "Q", con los mismos ajustes, al apretar la "Q", se iluminaba la "A".

Los diseñadores de la Chiffriermaschinen pensaron que además de simplificar notablemente la parte eléctrica de la máquina (evitando la presencia de un largo conmutador de al menos cincuenta y dos contactos con un mando mecánico común a todos ellos), esta configuración producía un cifrado más fuerte, ya que en el proceso no se efectuaban tres sustituciones en serie, una en cada rotor, sino seis más la creada por las conexiones internas del reflector... pero en este punto se equivocaron. Porque debido a la presencia del reflector el "camino de bajada" de la corriente estaba siempre ligado al de subida, es decir, las tres primeras sustituciones determinaban forzosamente las tres últimas y por tanto no se aumentaba el número total de "alfabetos" distintos disponibles, y además había otro factor que hacía algo más vulnerable el mensaje cifrado, ya que al impedir que un carácter en claro pudiera cifrarse con él mismo, restaba una posibilidad de cada 26.

El hecho que la parte cifradora de la máquina actuara de forma simétrica a causa del reflector obligaba a que el primer rotor se encontrara conectado al teclado para la corriente de "subida", y simultaneamente al panel de luces para la de "bajada". Esta exigencia, como muestra la imagen que viene a continuación, se conseguía con un sencillo conmutador de un circuito y dos posiciones asociado a cada una de las teclas.

 

Los rotores

La Enigma C era una máquina con 3 rotores de codificación. Las 3 coronas de los rotores, sobresalen de la tapa superior de la máquina.

Los tres rotores pueden montarse en su eje de seis formas distintas, lo cual aumenta las posibilidades polialfabéticas a 202.800

Los rotores están hechos de acero y aluminio, y tienen un núcleo interno de baquelita que mantiene los 26 contactos a cada lado. Los contactos de entrada, a la derecha, son de resorte mientras que los de salida, a la izquierda, son planos (observe la imagen de la derecha). Cada rotor se puede establecer en una de 26 posiciones, cada una de las cuales se identifica con una letra del alfabeto (latino) (AZ).

Los rotores de la C, a igual que vimos en la Enigma H (que en realidad era cronologicamente posterior) podían variar el ajuste del anillo troquelado con letras o números respecto al cuerpo del rotor (ajuste denominado "Ringstellung"), de manera que la identificación de los contactos podía saltar cierto número de pasos respecto al de referencia. Pero por la propia construcción del rotor este ajuste no afectaba a la posición de la muesca de acarreo del siguiente rotor y por tanto no cambiaba la secuencia polialfabética. La consecuencia, a igual que ocurría en la Enigma H, es que el "Ringstellung", sólo servía para "desplazar" las letras o números de la clave con algo parecido a un sencillo pre-cifrado de Julio César, con lo cual su valor criptográfico podía considerarse casi nulo.

 

Funcionamiento

En el gráfico inferior observamos un ejemplo del procedimiento de sustitución de un carácter por otro en la Enigma C. Vemos como al pulsar la tecla "A" la corriente circula a través de los rotores 1, 2 y 3, pasa por el reflector y atraviesa de nuevo los rotores en sentido inverso 3, 2, 1, saliendo en este caso por la línea correspondiente a la letra "Y", que aparecerá iluminada en el panel. Naturalmente, si volviéramos apretar la "A", el rotor 1 habría girado un paso, y a partir de aquí el camino de subida y el de bajada ya sería totalmente distintos, pudiendo encender cualquier otra letra del panel de luces, excepto la propia "A".

Aunque tal vez no sea con estas mismas palabras, ya hemos dicho que el camino total y por tanto la sustitución final de una letra por otra dependerá del conexionado del reflector, del correspondiente a cada rotor y de la posición de giro que tengan estos en el momento de pulsar una tecla. A la vez, estas posiciones de giro serán visibles a través de las ventanitas situadas en la máquina, sobre cada rotor. Ahora bien, la posición que veamos no será precisamente la que codifique el siguiente carácter que entremos, porque al pulsar cualquier tecla y antes que el contacto eléctrico encienda la lámpara de salida, un resorte mecánico hará avanzar un paso el rotor de la izquierda, y por tanto si nosotros hubiéramos ajustado los rotores en la posición inicial T-F-C (ó 20-6-3 si la rotulación del anillo fuera con números), cuando la tecla llegue al fondo la "C" habrá cambiado por la "D", y será por lo tanto el conexionado interno de la posición T-F-D la que efectuará la operación.

Además de esto, también puede coincidir que la posición "C" del rotor 1º que llamaremos "rápido" (porque se mueve a cada pulsación) sea el que en el anillo esté en posición de muesca de acarreo para hacer avanzar el siguiente rotor. Si así fuera, la pulsación de la tecla no solamente cambiaría la "C" por la "D" de este rotor, sino también la "F" por la "G" del rotor intermedio, con lo cual la codificación se efectuaría con los valores T-G-D.

También hemos dicho que con tres rotores de 26 contactos y sus giros en saltos secuenciales, las posibilidades polialfabéticas son 26x26x26=17.576, pero resulta que el mecanismo de la Enigma C tenía una particularidad respecto al giro del rotor intermedio [2]. El (2º) rotor central da dos pasos (en sucesivas pulsaciones de tecla) si el (3º) rotor que está más a la izquierda también da un paso. Este fenómeno, se conoce como la anomalía de doble paso. Y esto provocaba que dicho rotor, pese a tener 26 contactos, sólo adoptara 25 posiciones únicas, y por tanto el cálculo correcto sería en este caso: 26x25x26=16.90

Este valor, el de posibilidades o de longitud del ciclo polialfabético, que para el caso viene a ser lo mismo, quedaba a su vez multiplicado por 2 debido a las dos posiciones en que podía montarse inicialmente el reflector, resultando 16.900x2=33.800. Pero además, la Enigma C guardaba otra sorpresa respecto a los modelos anteriores, y es que los rotores no eran fijos, sino que iban montados en un eje de muy fácil extracción, de manera que el operador de la máquina podía colocarlos en 6 ordenaciones distintas, dependiendo del ajuste básico o "Grundstellung" especificado en el libro de códigos.

Este valor no es caprichoso, y aunque sólo sea para refrescar un poco las matemáticas que muchos tenemos demasiado olvidadas, diremos que corresponde al número de permutaciones posibles entre 3 elementos, cuya resolución será 3! (3 factorial), es decir, 3x2x1=6

Gráfico del paso de la corriente a través de los elementos de la Enigma C

Pues bien, este simple cambio multiplica por 6 el número de combinaciones polialfabéticas obtenibles, dando la respetable cifra de: 33.800x6=202.800

 

La Enigma C fue un modelo de transición, mucho más económica que la Schreibende y por descontado que la sofisticada H de ocho rotores. No se sabe la cantidad de máquinas que se construyeron, pero de ella se derivaron dos tipos especiales cuya moderada rentabilidad contribuyó a paliar los permanentes números rojos en que se encontraba su empresa constructora, la Chiffriermaschinen AG. [1]

 

Referencias

  1. Arturo Quirantes Sierra La Web de Anilandro

    2. Páginas personales de ciencia y tecnología donde existe un apartado que trata la criptografía y las máquinas Enigma.

  2. David Hamer: acciones involucradas en el 'doble paso' del rotor medio
    Cryptologia, enero de 1997, volumen XX, número 1.
 

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