英格玛机是什么构造原理？（就是2战德国的那个）

【英格玛机的构造原理】英文为：Enigma，又译为：恩尼格玛，其原理如下：

键盘一共有26个键，键盘排列和广为使用的计算机键盘基本一样，只不过为了使通讯尽量地短和难以破译，空格、数字和标点符号都被取消，而只有字母键。键盘上方就是显示器，这可不是意义上的屏幕显示器，只不过是标示了同样字母的26个小灯泡，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亮了起来，就是这样一种近乎原始的“显示”。在显示器的上方是三个直径6厘米的转子，它们的主要部分隐藏在面板下，转子才是“恩尼格玛”密码机最核心关键的部分。

之所以叫“转子”，因为它会转，这就是关键。当按下键盘上的一个字母键，相应加密后的字母在显示器上通过灯泡闪亮来显示，而转子就自动地转动一个字母的位置。举例来说，当第一次键入A，灯泡B亮，转子转动一格，各字母所对应的密码就改变了。第二次再键入A时，它所对应的字母就可能变成了C；同样地，第三次键入A时，又可能是灯泡D亮了。——这就是“恩尼格玛”难以被破译的关键所在，这不是一种简单替换密码。同一个字母在明文的不同位置时，可以被不同的字母替换，而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，字母频率分析法在这里丝毫无用武之地了。这种加密方式在密码学上被称为“复式替换密码”。

但是如果连续键入26个字母，转子就会整整转一圈，回到原始的方向上，这时编码就和最初重复了。而在加密过程中，重复的现象就很是最大的破绽，因为这可以使破译密码的人从中发现规律。于是“恩尼格玛”又增加了一个转子，当第一个转子转动整整一圈以后，它上面有一个齿轮拨动第二个转子，使得它的方向转动一个字母的位置。假设第一个转子已经整整转了一圈，按A键时显示器上D灯泡亮；当放开A键时第一个转子上的齿轮也带动第二个转子同时转动一格，于是第二次键入A时，加密的字母可能为E；再次放开键A时，就只有第一个转子转动了，于是第三次键入A时，与之相对应的就是字母就可能是F了。

因此只有在26x26=676个字母后才会重复原来的编码。而事实上“恩尼格玛”有三个转子（二战后期德国海军使用的“恩尼格玛”甚至有四个转子！），那么重复的概率就达到26x26x26=17576个字母之后。在此基础上谢尔比乌斯十分巧妙地在三个转子的一端加上了一个反射器，把键盘和显示器中的相同字母用电线连在一起。反射器和转子一样，把某一个字母连在另一个字母上，但是它并不转动。乍一看这么一个固定的反射器好像没什么用处，它并不增加可以使用的编码数目，但是把它和解码联系起来就会看出这种设计的别具匠心了。当一个键被按下时，信号不是直接从键盘传到显示器，而是首先通过三个转子连成的一条线路，然后经过反射器再回到三个转子，通过另一条线路再到达显示器上，比如说上图中A键被按下时，亮的是D灯泡。如果这时按的不是A键而是D键，那么信号恰好按照上面A键被按下时的相反方向通行，最后到达A灯泡。换句话说，在这种设计下，反射器虽然没有象转子那样增加不重复的方向，但是它可以使解码过程完全重现编码过程。

使用“恩尼格玛”通讯时，发信人首先要调节三个转子的方向（而这个转子的初始方向就是密匙，是收发双方必须预先约定好的），然后依次键入明文，并把显示器上灯泡闪亮的字母依次记下来，最后把记录下的闪亮字母按照顺序用正常的电报方式发送出去。收信方收到电文后，只要也使用一台“恩尼格玛”，按照原来的约定，把转子的方向调整到和发信方相同的初始方向上，然后依次键入收到的密文，显示器上自动闪亮的字母就是明文了。加密和解密的过程完全一样，这就是反射器的作用，同时反射器的一个副作用就是一个字母永远也不会被加密成它自己，因为反射器中一个字母总是被连接到另一个不同的字母。

“恩尼格玛”加密的关键就在于转子的初始方向。当然如果敌人收到了完整的密文，还是可以通过不断试验转动转子方向来找到这个密匙，特别是如果破译者同时使用许多台机器同时进行这项工作，那么所需要的时间就会大大缩短。对付这样“暴力破译法”（即一个一个尝试所有可能性的方法），可以通过增加转子的数量来对付，因为只要每增加一个转子，就能使试验的数量乘上26倍！不过由于增加转子就会增加机器的体积和成本，而密码机又是需要能够便于携带的，而不是一个带有几十个甚至上百个转子的庞然大物。那么方法也很简单，“恩尼格玛”密码机的三个转子是可以拆卸下来并互相交换位置，这样一来初始方向的可能性一下就增加了六倍。假设三个转子的编号为1、2、3，那么它们可以被放成123－132－213－231-312－321这六种不同位置，当然收发密文的双方除了要约定转子自身的初始方向，还要约好这六种排列中的一种。

而除了转子方向和排列位置，“恩尼格玛”还有一道保障安全的关卡，在键盘和第一个转子之间有块连接板。通过这块连接板可以用一根连线把某个字母和另一个字母连接起来，这样这个字母的信号在进入转子之前就会转变为另一个字母的信号。这种连线最多可以有六根（后期的“恩尼格玛”甚至达到十根连线），这样就可以使6对字母的信号两两互换，其他没有插上连线的字母则保持不变。——当然连接板上的连线状况也是收发双方预先约定好的。

就这样转子的初始方向、转子之间的相互位置以及连接板的连线状况就组成了“恩尼格玛”三道牢不可破的保密防线，其中连接板是一个简单替换密码系统，而不停转动的转子，虽然数量不多，但却是点睛之笔，使整个系统变成了复式替换系统。连接板虽然只是简单替换却能使可能性数目大大增加，在转子的复式作用下进一步加强了保密性。让我们来算一算经过这样处理，要想通过“暴力破解法”还原明文，需要试验多少种可能性：

三个转子不同的方向组成了26x26x26=17576种可能性；

三个转子间不同的相对位置为6种可能性；

连接板上两两交换6对字母的可能性则是异常庞大，有100,391,791,500种；

于是一共有17576x6x100,391,791,500，其结果大约为10,000,000,000,000,000！即一亿亿种可能性！这样庞大的可能性，换言之，即便能动员大量的人力物力，要想靠“暴力破解法”来逐一试验可能性，那几乎是不可能的。而收发双方，则只要按照约定的转子方向、位置和连接板连线状况，就可以非常轻松简单地进行通讯了。这就是“恩尼格玛”密码机的保密原理。

爱伦图灵是一个极聪明的科学家，毕业於剑桥皇家学院后攻读普林斯敦大学并专研逻辑学及电子计算机理论。他的第一个发明“电动式计算机”是他在布莱契庄园工作时的构思，功能是在於将“数字”代替“文字”，其原理就是把数字乘上一个密数字后即成为密文，后来图灵又拜访了法国的布鲁诺并且有“图灵式炸d机”的想法，此炸d机破译德国的“英格玛机”电文。后来再更进一步地图灵致力於“大型计算机”，他将大型计算机发展到极限，并思索一台机器如何能像人类一样思考，利用它做的事又能到什麼程度，这就是我们们今天所谓的“人工智慧”。图灵的一生曲曲折折，身为同性恋的他虽有著越的成就，但却被人以同性恋为耻，因而在后世书中支字不提，直到霍赫胡特於<<爱伦．图灵>>一书中将之发扬光大。

由於当时的英国已深知密码部门的重要性因此徵用了一所庄园位於布雷契莱地区，1939年8月，密码学校迁移至此，同时她们也有必要徵募专业人员而这时年轻有为的数学家图灵顺理成章成为庄园的一份子。

而由图零所设计的第一台炸d机於1940年投入使用，之后又经过数学家戈登委尔什曼成功的改进机器，1941年末布雷契莱中原内已有12台这样的机器以供使用，1943年增至60台。

1940年5月，电文的开始不再出现对破译大有裨益的6个字母掩饰所有可能的调节机器的方法变的更加麻烦。

介绍循环测定器及炸d机

1.何谓循环测定机?用途为何?

我们知道英格码机有一个相当特别的性质--密钥的变化性,在每天新的日程开始,英格码机就做一次改变,这样的特性让波兰密码学家头痛不已!为解决此问题,他们发明了循环测定器还因应这样的情形,如此一来,减轻了不少的负担,但令人好奇的是,它是如何运作的呢?其实就是由密钥轮的转换及灯泡的闪烁来求得其中是否有关联性?是否有一定的规则可循?循环测定器无法解密或加密,仅仅可以找出其规则性而已,一直发展到最后,密码学家甚至可以搜寻少数的无线电报,藉由循环测定器,即可找出当天密钥˙

2.循环测定器是如何发展制炸d机?

1938年,德国将英格码机的互动轮变换了,并且是密钥轮由三个增加至五个,每日使用时随机取出三个密钥轮作排列,以作为当日的使用,这样的改变,使得原本的循环测定器,显得力不从心,因为波兰密码学家要破解的量增加了十倍之多,进而发展出更为复杂的机器---炸d机,并且以一台炸d机来模拟英格码机,增加效率,这就是炸d机的发展˙

1940年德国出征挪威，这十庄园已经成功破译第一批密码，一年后，在挪威外海有一架被击落的德国飞机上发现一台英格玛机，且得到一本密钥本。同一年德国在攻打法国时，德的情报部队又在征战途中被俘虏，因此英国又获得更多的资料。再这年五月时，英国缴获一艘德国潜舰，又得到一本密本跟一台英格玛机，这一切获得的讯息推动了之后炸d机的进一步发展。

1941年九月，德军原本要偷袭敌军，但是英军潜舰突然出现并且攻打德军，这使得德国知道密码被破译的可能性很大。（因为此海域平时人烟稀少。）

1942年年初，德军就用新的机器，因此英军便无法破解，这使得当时的大西洋战役美军的护航舰队做多3次来回大西洋就被击沉，使得此役僵持不下。但是到了十月，在英国的海法港发现有德国的潜舰，於是在英军强力攻击下，德潜舰又被击败，因此英军又获得最新的电码本，因此，1942年十二月庄园又开始能破译德军的电报了。

“超级”是破译英格玛机的代称。

1940年11月，”超级机”侦破德国想更攻击考文垂市，邱吉尔面临是要史考文垂市免遭 大难或是著眼将来拯救更多人的生命而不泄漏”超级机”的秘密，而邱吉尔选择了后者 。

1974年，温特博特姆出书”超级秘密”，但是此书普遍引起反感，因为在书中完全不提 雷耶佛斯基和图灵，并给人认为德国放弃入侵英国全是”超级”的功劳，因此历史学家认为这太夸大了。

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