Uma implementação em JavaScript da máquina Enigma I.
Consulte esta documentação em English | Português
Isso faz parte da minha série de vídeos na máquina Enigma. Você pode assistir aos vídeos no meu canal do YouTube (em português).
O Enigma I foi uma máquina de cifragem alemã usada pelos militares durante a Segunda Guerra Mundial. Foi usada para criptografar mensagens enviadas pela Wehrmacht alemã (o exército). A Enigma I foi usada de 1923 a 1942. Apesar de outras implementações desse tipo de máquina serem encontradas na história (como a máquina de cifragem holandesa de Theo Van Hengel de 1915), a Enigma é considerada a primeira máquina de cifra baseada em rotor a ser amplamente bem sucedida como uma máquina comercial e um dispositivo militar.
Os primeiros protótipos foram criados por Arthur Scherbius, engenheiro elétrico alemão, em 1918, mas a primeira versão comercial só foi utilizada em 1923. A Enigma não era uma máquina única, mas uma série de dispositivos baseados em rotores; você pode conferir todos os modelos aqui.
Dispositivos baseados em rotor usam um conjunto de rotores para criptografar e descriptografar mensagens. O Enigma I tem um conjunto de cinco rotores, cada um com 26 posições, das quais você pode escolher 3. Os rotores são colocados em uma ordem específica e cada um tem uma posição inicial específica. Os rotores são conectados a um teclado e a um lampboard. O teclado é usado para digitar a mensagem a ser criptografada e o lampboard é usado para exibir a mensagem criptografada. Os rotores são conectados uns aos outros e ao teclado e lampboard. Quando uma tecla é pressionada, o sinal passa pelos rotores e é refletido na roda refletora. Os rotores são conectados de forma que o sinal seja refletido em uma posição diferente da que foi enviada. É assim que a mensagem é criptografada.
Além dos rotores, o Enigma I possui um quadro de tomadas. O plugboard é um conjunto de 13 pares de letras. O plugboard é usado para conectar duas letras para formar um par de comutação. Isso é útil porque o Enigma I tem um número limitado de rotores e a mesma letra pode ser criptografada de diferentes maneiras. Esta é uma das partes mais importantes da máquina porque é ela que cria as diferentes combinações. Apesar de ter todos os 13 pares, você pode optar por não ligar uma letra na outra, o que significa que a letra não será trocada.
Cada vez que o teclado é pressionado, o sinal passa pelo plugboard, é deslocado ou não, então gira os rotores uma posição para frente, passa por todos os rotores, é refletido na roda refletora, passa por todos os rotores novamente, é deslocado novamente no quadro de tomadas e, finalmente, passa pelo quadro de lâmpadas. É assim que a mensagem é criptografada.
Para obter mais informações sobre o Enigma I, consulte o site do Crypto Museum aqui.
A Enigma pode ser usado para criptografar e descriptografar mensagens na mesma máquina. Mas antes que uma mensagem possa ser escrita, há alguns conceitos pelos quais você precisa passar primeiro.
- Roda de entrada (Eintrittswalze ou ETW): É o ponto de entrada do sinal para os rotores
- Plugboard (Steckerbrett): É um conjunto de 13 pares de letras que serão trocadas entre si, o que significa que se um A estiver conectado a um B, uma vez que um A entrar, ele sairá como B. Você pode conectar uma chave ou não, se a chave não estiver conectada não haverá substituição.
- Rotores: Cada rotor é um disco circular como uma roda dentada com números (ou letras) de 1 a 26 ao seu redor. Por dentro, cada ponto de entrada é conectado a uma saída codificada diferente do outro lado. Há uma pequena janela na máquina onde você pode ver a posição atual do rotor.
- Chave Diária (Grundstellung): É a posição inicial em que os rotores são colocados. Antes de 1940, esta era enviada junto com os livros de códigos para as configurações, após 1940, a chave diária era definida por mensagem.
- Configuração do anel (Ringstellung): Cada rotor também vem com um mecanismo de deslocamento especial que permite girar o alfabeto, criando um deslocamento adicional na cifra. Essa configuração foi chamada de configuração do anel.
- Refletor (Umkehrwalze ou UKW): É a etapa final da criptografia, ele conecta duas letras de forma fixa, e é o que permite que a mesma máquina seja usada para criptografar e descriptografar mensagens.
Mais informações sobre como o Enigma funciona podem ser encontradas:
- https://www.cryptomuseum.com/crypto/enigma/working.htm
- https://www.cryptomuseum.com/crypto/enigma/wiring.htm
O exército enviava livros de códigos mensais para todos os soldados, esses livros de códigos tinham a configuração diária básica de uma máquina Enigma, todos os códigos eram reiniciados à meia-noite. Você pode conferir um exemplo deste livro de códigos aqui.
- Tag: O dia
- Walzenlage: A seleção do rotor para o dia, a partirm do rotor mais à esquerda para o rotor mais à direita
- Ringstellung: Explicado acima
- Steckerverbindungen: Os pares do plugboard, a qualquer momento, apenas 10 pares seriam conectados
- Kenngruppen: O grupo de controle, utilizado para permitir que as mensagens produzidas em dias diferentes sejam lidas sem a necessidade de todas as configurações a todo momento.
Vamos criptografar a seguinte mensagem: ENIGMAISCOOL que tem 12 caracteres.
Existem duas maneiras de criptografar uma mensagem usando o enigma (vamos usar somente a depois de 1940), mas ambas começam definindo as configurações corretas de acordo com o livro de códigos. Vamos exemplificar pegando o dia 17 de dezembro do livro de códigos acima e colocando-o no enigma.
Começamos com as configurações do rotor e do anel:
Nossos rotores são III, V, II. E as configurações do anel são 11 (K), 2 (B) e 25 (Y).
Agora, configuramos o plugboard:
Toda mensagem vinha com um cabeçalho, este cabeçalho tinha as seguintes informações:
horas = total de páginas = página atual = caracteres na mensagem = chave de configuração =Antes de 1940, a chave era digitada duas vezes, pois a configuração já estava no livro de códigos. Para definir uma configuração válida, escolhemos aleatoriamente três letras, digamos JGH e definimos as posições do rotor para estas letras:
Agora escolhemos aleatoriamente outras três letras que serão nossa chave, digamos WXA e digitamos no teclado, obteremos um novo conjunto de três letras, que são BIT:
Esta é a chave que usaremos em nosso cabeçalho, que será:
1840 = 1tl = 1tl = 12 = JGH BIT =Em seguida, escolhemos um dos grupos de três letras no Kenngruppen (no livro de códigos) para o nosso dia. Então vamos escolher CGC e duas outras letras aleatoriamente, como OS então OSCGC, este é o grupo de controle para nossa mensagem, é a primeira parte da mensagem que não será criptografada:
1840 = 1tl = 1tl = 12 = JGH BIT =
OSCGCO último passo é definir os rotores para nossa chave (WXA) e criptografar nossa mensagem:
A mensagem final será:
1840 = 1tl = 1tl = 12 = JGH BIT =
OSCGC CBNEK JAJIH ZXA Enigma agrupou as letras em grupos de cinco letras, então é mais difícil entender a mensagem.
Então, agora que recebemos a mensagem acima, a primeira coisa é olhar para o primeiro grupo de cinco letras, ignoramos as duas primeiras letras e olhamos para o Kenngruppen para encontrar o dia em que a mensagem foi enviada, então configuramos a máquina de acordo.
Em seguida, colocamos a configuração inicial, que está no cabeçalho: JGH
Depois disso, digitamos a chave que foi enviada: BIT e devemos receber WXA de volta.
Agora definimos a chave como a posição do rotor e digitamos a mensagem sem o primeiro bloco:
Agora temos a mensagem final: ENIGM AISCO OL e só precisamos juntá-la: ENIGMAISCOOL
Se você quiser continuar lendo, preparei esta grande lista de links que você pode dar uma olhada.
O livro do professor David Kahn The Codebreakers é uma ótima leitura se você quiser saber mais sobre o Enigma e as pessoas que o quebraram.
O professor Mike Pound tem uma implementação super legal da mesma máquina em Java, você pode dar uma olhada aqui.
Para contribuir com o projeto, envie um PR. Este projeto é construído usando Vue.js + Vite e TypeScript. Todo o código é comentado para que as partes principais da lógica não sejam perdidas.
Para executar localmente, primeiro instale todos os pacotes com npm install e execute npm run dev, isso deve ativar um servidor vite local.