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　　在密碼學史中，恩尼格瑪密碼機（德語：Enigma，又譯啞謎機，或謎）是一種用于加密與解密文件的密碼機。確切地說，恩尼格瑪是一系列相似的轉(zhuǎn)子機械的統(tǒng)稱，它包括了一系列不同的型號。
　　恩尼格瑪在1920年代早期開始被用于商業(yè)，也被一些國家的軍隊與政府采用過，在這些國家中，最著名的是第二次世界大戰(zhàn)時的納粹德國。

　　德國使用的軍用版德國防衛(wèi)軍恩尼格瑪機是最常被人們提到的版本。由于盟軍的密碼學家能夠破譯大量由這種機器加密的信息，恩尼格瑪機的名聲也就變得不怎么好了。1932年，波蘭密碼學家馬里安?雷耶夫斯基，杰爾茲?羅佐基和亨里克?佐加爾斯基破譯了這種機器的密碼。1939年中期，英國和法國得到了破譯此密碼的方法。盟軍的情報部門將破譯出來的密碼稱為ULTRA，這極大地幫助了盟軍。ULTRA到底有多大貢獻，現(xiàn)在還在爭論中，但是對它的一個典型評價就是盟軍對德勝利，只因為盟軍破譯了德國的密碼而提前了兩年。
　　盡管恩尼格瑪機在加密方面具有不足之處，但是實際上，盟軍能夠破譯它的密碼，完全是因為德國犯了一些大錯誤（如加密員的失誤，使用步驟錯誤、機器或密碼本被繳獲等等）。

【發(fā)明背景】

　　美國大片《U-571》，告訴人們“恩尼格瑪”密碼機是戰(zhàn)爭中，同盟國費盡心機想要獲得的尖端秘密，是戰(zhàn)勝德國海軍潛艇的關鍵所在。歷史也確實如此，對于潛艇作戰(zhàn)，尤其是德國海軍的“狼群”戰(zhàn)術(shù)來說，無線電通訊是潛艇在海上活動，獲取信息通報情況的最重要的手段，而“恩尼格瑪”密碼機則是關乎整個無線電通訊安全的設備，其重要性可想而知。
　　自從無線電和摩爾斯電碼問世后，軍事通訊進入了一個嶄新的時代，但是無線電通訊完全是一個開放的系統(tǒng)，在己方接受電文的同時，對方也可“一覽無遺”，因此人類歷史上伴隨戰(zhàn)爭出現(xiàn)的密碼，也就立即與無線電結(jié)合，出現(xiàn)了無線電密碼。直到第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束，所有無線電密碼都是使用手工編碼。毫無疑問，手工編碼效率極其低下，同時由于受到手工編碼與解碼效率的限制，使得許多復雜的保密性強的加密方法無法在實際中應用，而簡單的加密方法又很容易被破譯，因此在軍事通訊領域，急需一種安全可靠，而又簡便有效的方法。

【發(fā)明】

　　1918年德國發(fā)明家亞瑟?謝爾比烏斯（Arthur Scherbius）和理查德?里特（Richard Ritter）創(chuàng)辦了一家新技術(shù)應用公司，曾經(jīng)學習過電氣應用的謝爾比烏斯，想利用現(xiàn)代化的電氣技術(shù)，來取代手工編碼加密方法，發(fā)明一種能夠自動編碼的機器?！≈x爾比烏斯給自己所發(fā)明的電氣編碼機械取名“恩尼格瑪”（ENIGMA，意為啞謎），乍看是個放滿了復雜而精致的元件的盒子，粗看和打字機有幾分相似?？梢詫⑵浜唵畏譃槿齻€部分：鍵盤、轉(zhuǎn)子和顯示器。

【加密原理】

　　鍵盤一共有26個鍵，鍵盤排列和現(xiàn)在廣為使用的計算機鍵盤基本一樣，只不過為了使通訊盡量地短和難以破譯，空格、數(shù)字和標點符號都被取消，而只有字母鍵。鍵盤上方就是顯示器，這可不是現(xiàn)在意義上的屏幕顯示器，只不過是標示了同樣字母的26個小燈泡，當鍵盤上的某個鍵被按下時，和這個字母被加密后的密文字母所對應的小燈泡就亮了起來，就是這樣一種近乎原始的“顯示”。在顯示器的上方是三個直徑6厘米的轉(zhuǎn)子，它們的主要部分隱藏在面板下，轉(zhuǎn)子才是“恩尼格瑪”密碼機最核心關鍵的部分。如果轉(zhuǎn)子的作用僅僅是把一個字母換成另一個字母，那就是密碼學中所說的“簡單替換密碼”，而在公元九世紀，阿拉伯的密碼破譯專家就已經(jīng)能夠嫻熟地運用統(tǒng)計字母出現(xiàn)頻率的方法來破譯簡單替換密碼，柯南?道爾在他著名的福爾摩斯探案《跳舞的小人》里就非常詳細地敘述了福爾摩斯使用頻率統(tǒng)計法破譯跳舞人形密碼（也就是簡單替換密碼）的過程。——之所以叫“轉(zhuǎn)子”，因為它會轉(zhuǎn)！這就是關鍵！當按下鍵盤上的一個字母鍵，相應加密后的字母在顯示器上通過燈泡閃亮來顯示，而轉(zhuǎn)子就自動地轉(zhuǎn)動一個字母的位置。舉例來說，當?shù)谝淮捂I入A，燈泡B亮，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一格，各字母所對應的密碼就改變了。第二次再鍵入A時，它所對應的字母就可能變成了C；同樣地，第三次鍵入A時，又可能是燈泡D亮了。——這就是“恩尼格瑪”難以被破譯的關鍵所在，這不是一種簡單替換密碼。同一個字母在明文的不同位置時，可以被不同的字母替換，而密文中不同位置的同一個字母，又可以代表明文中的不同字母，字母頻率分析法在這里絲毫無用武之地了。這種加密方式在密碼學上被稱為“復式替換密碼”。

　　但是如果連續(xù)鍵入26個字母，轉(zhuǎn)子就會整整轉(zhuǎn)一圈，回到原始的方向上，這時編碼就和最初重復了。而在加密過程中，重復的現(xiàn)象就很是最大的破綻，因為這可以使破譯密碼的人從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。于是“恩尼格瑪”又增加了一個轉(zhuǎn)子，當?shù)谝粋€轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動整整一圈以后，它上面有一個齒輪撥動第二個轉(zhuǎn)子，使得它的方向轉(zhuǎn)動一個字母的位置。假設第一個轉(zhuǎn)子已經(jīng)整整轉(zhuǎn)了一圈，按A鍵時顯示器上D燈泡亮；當放開A鍵時第一個轉(zhuǎn)子上的齒輪也帶動第二個轉(zhuǎn)子同時轉(zhuǎn)動一格，于是第二次鍵入A時，加密的字母可能為E；再次放開鍵A時，就只有第一個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動了，于是第三次鍵入A時，與之相對應的就是字母就可能是F了。
　　因此只有在26ｘ26＝676個字母后才會重復原來的編碼。而事實上“恩尼格瑪”有三個轉(zhuǎn)子（二戰(zhàn)后期德國海軍使用的“恩尼格瑪”甚至有四個轉(zhuǎn)子?。?，那么重復的概率就達到26ｘ26ｘ26＝17576個字母之后。在此基礎上謝爾比烏斯十分巧妙地在三個轉(zhuǎn)子的一端加上了一個反射器，把鍵盤和顯示器中的相同字母用電線連在一起。反射器和轉(zhuǎn)子一樣，把某一個字母連在另一個字母上，但是它并不轉(zhuǎn)動。乍一看這么一個固定的反射器好像沒什么用處，它并不增加可以使用的編碼數(shù)目，但是把它和解碼聯(lián)系起來就會看出這種設計的別具匠心了。當一個鍵被按下時，信號不是直接從鍵盤傳到顯示器，而是首先通過三個轉(zhuǎn)子連成的一條線路，然后經(jīng)過反射器再回到三個轉(zhuǎn)子，通過另一條線路再到達顯示器上，比如說上圖中A鍵被按下時，亮的是D燈泡。如果這時按的不是A鍵而是D鍵，那么信號恰好按照上面A鍵被按下時的相反方向通行，最后到達A燈泡。換句話說，在這種設計下，反射器雖然沒有象轉(zhuǎn)子那樣增加不重復的方向，但是它可以使解碼過程完全重現(xiàn)編碼過程。

　　使用“恩尼格瑪”通訊時，發(fā)信人首先要調(diào)節(jié)三個轉(zhuǎn)子的方向（而這個轉(zhuǎn)子的初始方向就是密匙，是收發(fā)雙方必須預先約定好的），然后依次鍵入明文，并把顯示器上燈泡閃亮的字母依次記下來，最后把記錄下的閃亮字母按照順序用正常的電報方式發(fā)送出去。收信方收到電文后，只要也使用一臺“恩尼格瑪”，按照原來的約定，把轉(zhuǎn)子的方向調(diào)整到和發(fā)信方相同的初始方向上，然后依次鍵入收到的密文，顯示器上自動閃亮的字母就是明文了。加密和解密的過程完全一樣，這就是反射器的作用，同時反射器的一個副作用就是一個字母永遠也不會被加密成它自己，因為反射器中一個字母總是被連接到另一個不同的字母。
　　“恩尼格瑪”加密的關鍵就在于轉(zhuǎn)子的初始方向。當然如果敵人收到了完整的密文，還是可以通過不斷試驗轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子方向來找到這個密匙，特別是如果破譯者同時使用許多臺機器同時進行這項工作，那么所需要的時間就會大大縮短。對付這樣“暴力破譯法”（即一個一個嘗試所有可能性的方法），可以通過增加轉(zhuǎn)子的數(shù)量來對付，因為只要每增加一個轉(zhuǎn)子，就能使試驗的數(shù)量乘上26倍！不過由于增加轉(zhuǎn)子就會增加機器的體積和成本，而密碼機又是需要能夠便于攜帶的，而不是一個帶有幾十個甚至上百個轉(zhuǎn)子的龐然大物。那么方法也很簡單，“恩尼格瑪”密碼機的三個轉(zhuǎn)子是可以拆卸下來并互相交換位置，這樣一來初始方向的可能性一下就增加了六倍。假設三個轉(zhuǎn)子的編號為1、2、3，那么它們可以被放成123－132－213－231-312－321這六種不同位置，當然現(xiàn)在收發(fā)密文的雙方除了要約定轉(zhuǎn)子自身的初始方向，還要約好這六種排列中的一種。

　　而除了轉(zhuǎn)子方向和排列位置，“恩尼格瑪”還有一道保障安全的關卡，在鍵盤和第一個轉(zhuǎn)子之間有塊連接板。通過這塊連接板可以用一根連線把某個字母和另一個字母連接起來，這樣這個字母的信號在進入轉(zhuǎn)子之前就會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€字母的信號。這種連線最多可以有六根（后期的“恩尼格瑪”甚至達到十根連線），這樣就可以使6對字母的信號兩兩互換，其他沒有插上連線的字母則保持不變?！斎贿B接板上的連線狀況也是收發(fā)雙方預先約定好的。
　　就這樣轉(zhuǎn)子的初始方向、轉(zhuǎn)子之間的相互位置以及連接板的連線狀況就組成了“恩尼格瑪”三道牢不可破的保密防線，其中連接板是一個簡單替換密碼系統(tǒng)，而不停轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，雖然數(shù)量不多，但卻是點睛之筆，使整個系統(tǒng)變成了復式替換系統(tǒng)。連接板雖然只是簡單替換卻能使可能性數(shù)目大大增加，在轉(zhuǎn)子的復式作用下進一步加強了保密性。讓我們來算一算經(jīng)過這樣處理，要想通過“暴力破譯法”還原明文，需要試驗多少種可能性：

　　三個轉(zhuǎn)子不同的方向組成了26ｘ26ｘ26＝17576種可能性；
　　三個轉(zhuǎn)子間不同的相對位置為6種可能性；

　　連接板上兩兩交換6對字母的可能性則是異常龐大，有100391791500種；
　　于是一共有17576ｘ6ｘ100391791500，其結(jié)果大約為10000000000000000！即一億億種可能性！這樣龐大的可能性，換言之，即便能動員大量的人力物力，要想靠“暴力破譯法”來逐一試驗可能性，那幾乎是不可能的。而收發(fā)雙方，則只要按照約定的轉(zhuǎn)子方向、位置和連接板連線狀況，就可以非常輕松簡單地進行通訊了。這就是“恩尼格瑪”密碼機的保密原理。

【成為軍事裝備】

　　1918年謝爾比烏斯為“恩尼格瑪”密碼機申請了專利，并于1920年開發(fā)出了商用的基本型和帶打印機的豪華型，但是高昂的價格（折算成今天的貨幣，約相當于3萬美元）卻使“恩尼格瑪”密碼機少人問津。就在謝爾比烏斯研制“恩尼格瑪”密碼機的同時，還有三個人也有了類似的發(fā)明。1919年荷蘭人亞歷山大?科赫（Alexander Koch）也注冊了相似的發(fā)明專利“秘密寫作機器”，但最終因無法商業(yè)化而于1927年轉(zhuǎn)讓了這個專利（因此也有說法稱謝爾比烏斯是根據(jù)科赫的專利研制出了“恩尼格瑪”密碼機）。瑞典人阿維德?達姆（Arvid Damm）也獲得了一個同樣原理的專利，但是直到1927年他去世時還只是停留在紙面上。第三個人是美國人愛德華?赫本（Edward Hebern），而他的遭遇最為悲慘，他發(fā)明“獅身人面”密碼機，并集資三十八萬美元開辦工廠進行生產(chǎn)銷售，結(jié)果卻只賣出十來臺，收入還不到兩千美元，1926年遭到股東起訴，被判有罪而入獄。
　　在1923年國際郵政協(xié)會大會上，公開亮相的“恩尼格瑪”密碼機仍舊是購者寥寥。眼看“恩尼格瑪”也要無疾而終，卻突然柳暗花明——1923年英國政府公布了一戰(zhàn)的官方報告，談到了一戰(zhàn)期間英國通過破譯德國無線電密碼而取得了決定性的優(yōu)勢，這引起了德國的高度重視。隨即德國開始大力加強無線電通訊安全性工作，并對“恩尼格瑪”密碼機進行了嚴格的安全性和可靠性試驗，認為德國軍隊必須裝備這種密碼機來保證通訊安全——接到德國政府和軍隊的定單，謝爾比烏斯的工廠得以從1925年開始批量生產(chǎn)“恩尼格瑪”，1926年德軍海軍開始正式裝備，兩年后德國陸軍也開始裝備。當然這些軍用型“恩尼格瑪”與原來已經(jīng)賣出的少量商用型在最核心的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上有所不同，因此即使擁有商用型也并不能知道軍用型的具體情況。納粹黨掌握德國政權(quán)后也對“恩尼格瑪”密碼機的使用進行了評估，認為該密碼機便于攜帶，使用簡便，更重要的是安全性極高。對于敵方而言，即使擁有了密碼機，如果不能同時掌握三道防線所組成的密鑰，一樣無法破譯。德國最高統(tǒng)帥部通信總長埃里希?弗爾吉貝爾上校認為“恩尼格瑪”將是為德國國防軍閃擊戰(zhàn)服務的最完美的通信裝置。因此上至德軍統(tǒng)帥部，下至陸?？杖姡及选岸髂岣瘳敗弊鳛闃藴实闹剖矫艽a機廣為使用?！聡送耆欣碛烧J為，他們已經(jīng)掌握了當時世界最先進最安全的通訊加密系統(tǒng)，那是無法破譯的密碼系統(tǒng)。然而如此愚蠢地寄信心于機器，最終只會飽嘗機器所帶來的苦果。

　　而“恩尼格瑪”之父謝爾比烏斯卻未能看到“恩尼格瑪”被廣泛使用，并對第二次世界大戰(zhàn)所產(chǎn)生的重大影響，他于1929年5月因騎馬時發(fā)生意外，傷重而死。

【小說角色】

　　休·懷特摩爾創(chuàng)作的戲劇“破譯密碼”的內(nèi)容為艾倫·圖靈的生活，艾倫·圖靈是在二戰(zhàn)中幫助英國破解恩尼格瑪機的密碼的最大功臣。

　　英國暢銷書作家羅伯特·哈里斯于1996年出版的小說“恩尼格瑪”講述的是布萊切利園的密碼學家們破解恩尼格瑪?shù)倪^程。2001年這本小說被拍成了電影“恩尼格瑪”。
　　由喬納森·莫斯托拍攝并于2000年上映的電影U-571講的是一群美國潛艇兵為繳獲一臺恩尼格瑪機而搶了一艘德國潛艇后的故事。電影中的恩尼格瑪機是一個收藏家手里的真品。這部電影的情節(jié)并沒有嚴格地按照歷史發(fā)展，因為1932年波蘭破解恩尼格瑪是不需要一臺恩尼格瑪機的，而英國皇家海軍在美國參戰(zhàn)之前就已經(jīng)繳獲了幾臺恩尼格瑪機和許多部件，美國只是在1944年諾曼底登陸之前繳獲了一艘U型潛艇。

【保存下來的恩尼格瑪機】

于華沙展出的恩尼格瑪機。

盟軍破解恩尼格瑪機的過程直到1970年才公開。從那以后，人們對恩尼格瑪機產(chǎn)生了越來越多的興趣，美國與歐洲的一些博物館也開始展出了一些恩尼格瑪機。慕尼黑的德國博物館有一臺3轉(zhuǎn)子和一臺4轉(zhuǎn)子恩尼格瑪機，還有幾臺商業(yè)用恩尼格瑪機。美國國家安全局的國家密碼學博物館有一臺恩尼格瑪機，來參觀的客人可以用它來加密及解密信息。美國的計算機歷史博物館，英國的布萊切利園，澳大利亞堪培拉的澳大利亞戰(zhàn)爭紀念館和德國，美國和英國一些地方也展出著恩尼格瑪機?，F(xiàn)在已經(jīng)關閉了的圣迭戈計算機博物館的展品中有一臺恩尼格瑪機，它在博物館關閉后被送給了圣迭戈州立大學圖書館。一些恩尼格瑪機也成為了私人收藏品。
　　恩尼格瑪機有時也會被拍賣，20000美元的競拍價是并不稀奇的。

　　恩尼格瑪機的復制品包括了一臺德國海軍M4型的復制品，一臺電子系統(tǒng)經(jīng)過了改進的恩尼格瑪機（恩尼格瑪E型），各種計算機模擬軟件和紙制模型。
　　一臺罕見的序號為G312的德國情報局版恩尼格瑪機于2000年4月1日從布萊切利園被偷走。9月，一個自稱“老大”的人放出消息說他要得到25000英鎊，否則就會將那臺恩尼格瑪機毀掉。2000年10月，布萊切利園的官員宣布他們會支付這筆錢，但是在錢付完之后敲詐者卻沒有回信。就在此后不久，它被匿名地送到了BBC的記者杰里米·帕克斯曼那里，但是三個轉(zhuǎn)子卻不見了。2000年11月，一個叫做丹尼斯?葉茨的古董交易家在給星期日泰晤士報打電話要交還那些遺失的轉(zhuǎn)子后被拘捕。事后那臺恩尼格瑪機被送回了布萊切利園。2001年10月，葉茨在承認他就是偷了那臺恩尼格瑪機并對被布萊切利園董事基絲丁·拉吉（Christine Large）進行了敲詐的人后被判了10個月的有期徒刑，但他堅持說自己只是為第三者服務的一個中間人。他在入獄三個月后被釋放。

【恩尼格瑪機的變種】

　　恩尼格瑪機對密碼機的設計是非常有影響的，有一些其它的轉(zhuǎn)子機械就起源于它。英國的Typex機就起源于恩尼格瑪機的專利設計，它甚至包含了真實的恩尼格瑪機中并未應用的專利設計。為了保密，英國政府沒有為應用這些專利設計付版稅。日本使用了一種被美國密碼學家稱作GREEN的恩尼格瑪機復制品。在這臺并沒有被大量使用到的機器中，四個轉(zhuǎn)子是垂直排列的。美國密碼學家威廉·弗雷德曼設計了M-325，這是一臺與恩尼格瑪機具有相似原理的機器，但它從沒有被造出來過。
　　2002年，荷蘭的塔吉雅娜·凡·瓦克（Tatjana van Vark）制造了一臺獨特的轉(zhuǎn)子機器。這臺機器也是起源于恩尼格瑪機，但是它的轉(zhuǎn)子有40個金屬觸點及管腳，這就使操作員可以輸入字母，數(shù)字和一些標點；這臺機器包含了509個部件。

日本的GREEN機。

【商業(yè)用恩尼格瑪機】

恩尼格瑪機的徽標

1918年2月23日，德國工程師阿瑟·謝爾比烏斯申請了他設計的一種使用轉(zhuǎn)子的密碼機的專利，并和理查德·里特組建了謝爾比烏斯和里特公司。他們向德國海軍和外交部推銷這種密碼機，但是沒有人對它感興趣。他們隨后將專利權(quán)移交給了Gewerkschaft Securitas，他在1923年7月9日組建了Chiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft（意為“密碼機股份公司”）；謝爾比烏斯和里特任董事。
　　該公司隨后開始推銷他們的“恩尼格瑪A型”轉(zhuǎn)子機，它從1923年到1924年都在萬國郵政聯(lián)盟大會展出。這臺機器很笨重，它包含了一臺打字機。它的體積為65×45×35立方厘米。重量大約為50公斤。之后，B型恩尼格瑪機也被生產(chǎn)了出來，它在結(jié)構(gòu)上與A型相似。[6]盡管名字為“恩尼格瑪”，但A和B兩種型號和后來的型號之間有很大的差別，這兩種型號在大小和形狀上有所不同，并且沒有反射器。

　　反射器這個主意是由謝爾比烏斯的同事威利·科恩想出來的，1926年的“恩尼格瑪C型”首先安裝了反射器。反射器是恩尼格瑪機的一個顯著特征。
　　C型比前幾種型號更小且更易于攜帶。它沒有配備打字機，而是由操作員來記下顯示板上的信息，所以它又有了“亮著燈的恩尼格瑪機”這樣一個外號。恩尼格瑪C型很快就被恩尼格瑪D型（1927年開始生產(chǎn)）取代。D型得到了廣泛的應用，它的樣品被送到過瑞典，荷蘭，英國，日本，意大利，西班牙，美國和波蘭。

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