恩尼格玛密码机详解
恩尼格玛密码机详解
恩尼格玛（ENIGMA）密码机是二战期间纳粹德国军事指挥部用于加密战略信息的设备。以下是其详细介绍以及难以破解的原因：
恩尼格玛密码机
工作原理
恩尼格玛密码机结合了机械和电子系统。通过键盘输入文本时，按下按键后，电流会通过双向开关到达插线板，再经过转子，最终点亮一个显示灯来显示加密后的字母。其核心是多转子系统，每个转子由橡胶或电木制成，带有26个黄铜管脚和相应的金属触点，代表字母表中的字母。内部26条金属线将管脚与触点相连。右侧转子每次按键时步进一次，当它转动一整圈后，会触发紧邻的转子转动一个位置。每次转子转动都会改变加密所用的替换字母表。反射器确保信号在经过转子后被反射回去，再次通过转子，使加密和解密可以使用相同的设置。
结构组成
- 键盘：有26个字母键，排列和常用计算机键盘基本一样，不过取消了空格、数字和标点符号键。
- 插线板（Stecker）：位于键盘和第一个转子之间，可以用连线把某个字母和另一个字母连接起来，使6对字母的信号两两互换，增加加密的复杂性。
- 扰频器组合（Rotors）：即转子，是密码机的核心部件，通常有三个或四个转子，每个转子可设置26种可能的起始位置，并且能互相交换位置。
- 反射器（Reflector）：把键盘和显示器中的相同字母用电线连在一起，将信号反射回转子，使解码过程完全重现编码过程。
- 显示器：由标示了26个字母的小灯泡组成，当键盘上的某个键被按下时，和这个字母被加密后的密文字母所对应的小灯泡就会亮起来。
加密算法
恩尼格玛密码机采用多字母替换式密码。通过转子的转动、不同的起始位置和排列顺序，以及插线板的连线组合，对明文中的每个字母进行复杂的替换加密。同一个字母在明文的不同位置可能被不同的字母替换，密文中不同位置的同一个字母也可能代表明文中的不同字母。
难以破解的原因
庞大的密钥空间
以常见的三转子恩尼格玛机为例，每个转子有26个位置，三个转子不同的方向组合就有26×26×26=17576种可能性，再加上三个转子间不同的相对位置有6种可能性。插线板上两两交换6对字母的可能性有100391791500种。将转子和插线板的可能性相乘，结果大约为一亿亿种可能性。
加密方式复杂
恩尼格玛机采用复式替换密码，区别于简单替换密码。同一个字母在明文的不同位置时，可以被不同的字母替换，密文中不同位置的同一个字母，又可以代表明文中的不同字母，传统的字母频率分析法等破译方法在此毫无用武之地。每次按键后，转子会按照特定的步进机制转动，改变加密所用的替换字母表。即使是相同的明文，在不同的按键顺序下也会产生不同的密文，增加了破解的难度。
使用的严格规范
德军对恩尼格玛机的使用有严格的规范和流程，包括定期更换密钥、转子的起始位置在每次发送信息之前都会被改变等，使得敌方难以通过截获的密文积累足够的信息来进行破解。