恩尼格码机的原理以及破解方法

在观看了B站上有关恩尼格码机（the Enigma Machine）的一个视频后，我对恩尼格码的工作原理和破解方法有了基本的了解，同时也是为了以后方便复习，所以在这里写下此文权当笔记，如有错误，欢迎指出。

在计算机发明之前，所有的密码编码都需要通过手工进行操作，普遍有着速度慢和容易出错的缺点。因此，人们开始使用一些精密的机械设备代替人工加密与解密的操作。其中，德国的恩尼格码（the Enigma Machine）便是其中的佼佼者。而在这篇文章中，我会对恩尼格码的加密方式进行说明，同时尽我所能地写出破解恩尼格码密文的方法。

首先是恩尼格码的工作原理。如果要了解恩尼格码的工作原理，那我们就避不开要了解它的组成结构，一台恩尼格码通常由扰码转盘、发射器、输入轮、指示灯、键盘和插接板组成，这些部分可以看做一个精密的电路，将每次按下的字母加密为另一个字母，比如说当你设置好恩尼格码机并按下键盘上字母“K”后，“P”位置处的指示灯亮起，字母“K”便加密为了字母“P”，这个看似简单的过程经历了以下步骤:

操作员在键盘上按下字母“K”，“K”键触发电流在保密机中流动;
在插接板上，所有转接的字母首先会在这里被替换加密，如“K”加密为“P”；
经过插接板后，“P”字母电脉冲直接进入到1号扰码盘；
“P”字母电脉冲穿过扰码盘1后到达一个不同的输出点，这也是2号扰码盘上另一个字母的输入点。每输入一个字母，1号扰码盘就会转动一格；
输入字母电脉冲穿过2号扰码盘到达一个不同的输出点，这也是3号扰码盘上另一个字母的输入点。当1号扰码盘旋转一周后，2号扰码盘便旋转一格，类似于秒针与分针；
输入字母脉冲穿过3号扰码盘到达一个不同的输出点，到达反射器。当2号扰码盘旋转一周后3号扰码盘也会旋转一格，类似于分针与时针；
反射器和转子一样会将一个字母连在另一个字母上，但它并不会想转子一样转动。当每个字母电脉冲到达反射器时，反射器将此电脉冲经由不同路径反射回去，穿过3号、2号、1号扰码盘到达插接板“L”；
因在插接板上“L”与“P”相连，此时显示板上的“P”便亮起，而“K”也由此被加密为了“P”。

由于其巨大的密钥空间（共有158962555217826360000种字母替换方式），所以你几乎不用担心它被穷举攻击攻破（至少以与恩尼格码同时代的计算机械来看，其计算能力很难完成这一任务），这也是恩尼格码密码的安全性所在（与当下密码不同，它的安全性仅仅依赖于巨大的密钥空间的而不是由某一数学难题，从某种意义上说，它本质上只是一个较为复杂的替换密码而已，与凯撒密码等替换密码并没有本质上的差异）。

但恩尼格码也有着一个重大的缺陷——一个字母可以被替换为任何字母，唯独无法成为它自己。且由于德国的天气报告等报告通常有着统一的格式（如以“Wetterbericht”开头，以“Heil Hitler”结束），因而可以将这类词语与密文进行比对来猜测字母间的替换关系，同时根据这些关系连接插接板进行一一验证，若所有的插接方式均被证明为错误，可以转动扰码盘来继续尝试直到找出正确的插接关系为止。为此，图灵和他的团队甚至造出一台bomb machine来专门破解恩尼格码密码，其在20分钟内便可还原出插接板的连接方式。得益于恩尼格码的破译，盟军取得了对德国的巨大优势。

【自制中字】二战德军 Enigma 密码机原理演示与破解_哔哩哔哩_bilibili

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