恩尼格玛密码机详解：二战德国加密神器的工作原理与破解难点

恩尼格玛密码机详解：二战德国加密神器的工作原理与破解难点

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/chinansa/article/details/145176177

恩尼格玛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，其复杂的加密机制曾让盟军头疼不已。本文将详细介绍恩尼格玛密码机的工作原理、结构组成以及它为何如此难以破解。

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机械和电子系统，通过键盘输入文本，按下按键后，电流通过双向开关到插线板，再通过转子，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

属于多字母替换式密码。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

• 转子的组合：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。
• 插线板的变化：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

• 复式替换密码：区别于简单替换密码，恩尼格玛机的加密使得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。
• 不断变化的加密模式：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。