Enigma算法图解

一 什么是Enigma

Enigma是德国人阿瑟.谢尔比乌斯于20世纪初发明的一种能够进行加密和解密操作的机器。Enigma这个名字在德语中是"谜"的意思。谢尔比乌斯使用能够转动的圆盘和电路，创造出人类手工无法实现的高强度密码。在刚刚发明之际，Enigma被用于商业领域，后来到了纳粹时期，德国国防军采用了Enigma，并将其改良后用于军事用途。

二 用Enigma进行加密通信的流程

Enigma是一种用于加解密的机器，我们把他理解为密码世界的算法，只不过这个算法是由物理实体实现，而不是软件实现。

发送者和接收者各自拥有一台Enigma。发送者用Enigma将明文加密，将生成的密文通过无线电发送给接收者。接收者将接收到的密文用自己的Enigma解密，得到明文。

发送者和接收者会事先收到一份叫国防军密码本的册子，它记录了发送者和接收者所使用的每日密码，发送者和接收者需要分别按册子的指示来设置Enigma。这里提到的每日密码相对于密码算法需要使用的密钥。

三 Enigma的构造

Enigma的构造还是相对复杂的，涉及物理学、电学等知识，它充当密码学中算法的作用。

这里给出它的物理构造图

关于它的构造和实现原理，在此不深究，有兴趣的读者可上网搜索。

四 Enigma的加密

发送者将一个包含5个字母的德语单词nacht(夜晚)进行加密并发送。

第1步：设置Enigma

按照每日密码，设置Enigma，具体来说，就是在接线板上接线，并将3个转子进行排列。

第2步：加密通信密码

发送者想出3个字母，并将其加密。这3个字母称为通信密码。通信密码也是Enigma完成的。假设发送者选择通信密码为psv，那么就要在键盘上输入两次通信密码，也就是输入psvpsv这6个字母，输入完后，发送者可得到psvpsv的密文ATCDVT。

第3步：重新设置Enigma

通信密码中的3个字母实际代表了3个转子的初始位置。每个转子的上面都印有字母，根据字母来设置转子的初始位置。通信密码psv就表示需要将转子1、2、3分别转到p、s、v所对应的位置。

第4步：加密信息

键盘输入nacht5个字母，并记录下所对应的5个字母（KXNWP）。

第5步：拼接

发送者将ATCDVT和KXNWP进行拼接，拼接成ATCDVTKXNWP，然后通过无线电发送出去。

五 每日密码和通信密码

每日密码：每日密码是用来加密通信密码的。这种密钥被称为密钥加密密钥。

通信密码：通信密码来加密消息。

六 避免通信错误

两次输入通信密码psv，是为了避免通信错误，接收者解密后，如果通信密码不是3个字母重复两次这样的形式，就说明通信错误。

七 Enigma解密

第1步：分解

将收到的ATCDVTKXNWP分解为ATCDVT和KXNWP两部分。

第2步：设置Enigma

按照每日密码，设置Enigma，具体来说，就是在接线板上接线，并将3个转子进行排列。这一步和发送者操作相同。

第3步：解密通信密码

对ATCDVT进行解密，键盘输入对应字母，输出psvpsv，psv重复两次，接收者判断通信过程没有错误。

第4步：重新设置Enigma

根据通信密码psv，重新设置Enigma，这一步和发送者的第三步相同。

第5步：解密消息

对KXNWP进行解密，键盘输入KXNWP，输出明文natcht5个字母。

八 Enigma的弱点

1 Enigma可以在每次输入时，通过3个转子的旋转来改变电路。然而，在加密通信密码这一重要步骤，实际只有一个转子1会旋转，这是弱点之一。

2 将通信密码连续输入两次并加密也是一个弱点。

3 通信密码是人为选的的也是一个弱点。

4 必须派发国防军密码本也是一个弱点。