thumb|A máquina Enigma foi usada comercialmente a partir do início da década de 1920 e adotada pelas forças armadas e governos de vários países — mais notavelmente, a Alemanha Nazista. A criptoanálise do sistema de cifra Enigma permitiu que os Aliados ocidentais na Segunda Guerra Mundial lessem quantidades substanciais de comunicações de rádio codificadas em código Morse das potências do Eixo que haviam sido cifradas usando máquinas Enigma. Isso resultou em inteligência militar que, juntamente com a de outras transmissões de rádio e teleimpressora do Eixo decifradas, recebeu o codinome Ultra.

As máquinas Enigma eram uma família de máquinas de cifra portáteis com rotores embaralhadores. Bons procedimentos operacionais, devidamente aplicados, teriam tornado a máquina Enigma com placa de conexões inquebrável para os Aliados na época.

A Enigma equipada com placa de conexões alemã tornou-se o principal sistema criptográfico do Terceiro Reich alemão e, posteriormente, de outras potências do Eixo. Em dezembro de 1932, foi quebrada pelo matemático Marian Rejewski no Estado-Maior Geral Polonês's Bureau de Chiffres, usando a teoria matemática de grupo de permutações combinada com material de inteligência fornecido pela França obtido de um espião alemão Hans-Thilo Schmidt. Em 1938, Rejewski inventou um dispositivo, a bomba criptológica, e Henryk Zygalski desenvolveu suas folhas, para tornar a quebra da cifra mais eficiente. Cinco semanas antes do início da Segunda Guerra Mundial, no final de julho de 1939, em uma conferência ao sul de Varsóvia, o Bureau de Chiffres polonês compartilhou suas técnicas e tecnologia de quebra da Enigma com os franceses e britânicos.

Durante a invasão alemã da Polônia, o pessoal principal do Bureau de Chiffres polonês foi evacuado via Romênia para a França, onde estabeleceram a estação de inteligência de sinais PC Bruno com o apoio de instalações francesas. A cooperação bem-sucedida entre poloneses, franceses e britânicos continuou até junho de 1940, quando a França se rendeu aos alemães.

A partir desse início, a Escola de Código e Cifra do Governo britânica em Bletchley Park desenvolveu uma extensa capacidade criptanalítica. Inicialmente, a decifração era principalmente de mensagens da Luftwaffe (força aérea alemã) e algumas do Heer (exército alemão), pois a Kriegsmarine (marinha alemã) empregava procedimentos muito mais seguros para usar a Enigma. Alan Turing, um matemático e lógico da Universidade de Cambridge, forneceu grande parte do pensamento original que levou à atualização da bomba criptológica polonesa usada na decifração de cifras Enigma alemãs. No entanto, a Kriegsmarine introduziu uma versão Enigma com um quarto rotor para seus U-boats, resultando em um período prolongado em que essas mensagens não podiam ser decifradas. Com a captura de chaves de cifra e o uso de bombas da Marinha dos EUA muito mais rápidas, a leitura regular e rápida de mensagens de U-boats foi retomada. Muitos comentadores dizem que o fluxo de Ultra de inteligência de comunicações da decifração de Enigma, Lorenz e outras cifras encurtou substancialmente a guerra e pode até ter alterado seu resultado.

Princípios gerais

As máquinas Enigma combinavam múltiplos níveis de rotores móveis e cabos de conexão para produzir uma cifra polialfabética particularmente complexa.

Durante a Primeira Guerra Mundial, inventores em vários países perceberam que uma sequência de chaves puramente aleatória, sem padrão repetitivo, em princípio, tornaria uma cifra de substituição polialfabética inquebrável. Isso levou ao desenvolvimento de máquinas de rotores que alteram cada caractere no texto claro para produzir o texto cifrado, por meio de um embaralhador composto por um conjunto de rotores que alteram o caminho elétrico de caractere para caractere, entre o dispositivo de entrada e o de saída. Essa alteração constante do caminho elétrico produz um período muito longo antes que o padrão — a sequência de chaves ou alfabeto de substituição — se repita.

A decifração de mensagens cifradas envolve três etapas, definidas de forma um pouco diferente naquela era do que na criptografia moderna. Primeiro, há a identificação do sistema em uso, neste caso Enigma; segundo, quebrar o sistema estabelecendo exatamente como a cifragem ocorre, e terceiro, resolver, que envolve encontrar a forma como a máquina foi configurada para uma mensagem individual, ou seja, a chave da mensagem. Hoje, frequentemente assume-se que um atacante sabe como o processo de cifragem funciona (veja princípio de Kerckhoffs) e quebrar é frequentemente usado para resolver uma chave. As máquinas Enigma, no entanto, tinham tantos estados potenciais de fiação interna que reconstruir a máquina, independente de configurações particulares, era uma tarefa muito difícil.

A máquina Enigma

thumbnail|direita|Uma série de três rotores de um embaralhador de máquina Enigma. Quando carregados na máquina, esses rotores se conectam com a placa de entrada à direita e o tambor refletor à esquerda.

A máquina de rotores Enigma era potencialmente um excelente sistema. Ela gerava uma cifra de substituição polialfabética, com um período antes da repetição do alfabeto de substituição que era muito mais longo do que qualquer mensagem, ou conjunto de mensagens, enviadas com a mesma chave.

Uma grande fraqueza do sistema, no entanto, era que nenhuma letra podia ser cifrada para si mesma. Isso significava que algumas soluções possíveis podiam ser eliminadas rapidamente porque a mesma letra aparecia no mesmo lugar tanto no texto cifrado quanto no pedaço putativo de texto claro. Comparar o texto claro possível Keine besonderen Ereignisse (literalmente, "nenhuma ocorrência especial" — talvez melhor traduzido como "nada a relatar"; uma frase regularmente usada por um posto avançado alemão no Norte da África), com uma seção de texto cifrado, poderia produzir o seguinte: + Exclusão de algumas posições para o texto claro possível Keine besonderen Ereignisse Texto cifradoOHJYPDOMQNJCOSGAWHLEIHYSOPJSMNU Posição 1 KEINEBESONDERENEREIGNISSE Posição 2 KEINEBESONDERENEREIGNISSE Posição 3 KEINEBESONDERENEREIGNISSE As posições 1 e 3 para o texto claro possível são impossíveis devido a letras correspondentes. As células vermelhas representam esses conflitos. A posição 2 é uma possibilidade.

Estrutura O mecanismo da Enigma consistia em um teclado conectado a uma bateria elétrica e uma placa ou roda de entrada de corrente (alemão: Eintrittswalze), na extremidade direita do embaralhador (geralmente via uma placa de conexões nas versões militares). "Background" Para. 2 Alexander (c. 1945) "Background" Para. 2 Esta continha um conjunto de 26 contatos que faziam conexão elétrica com o conjunto de 26 pinos com mola na roda direita. A fiação interna do núcleo de cada rotor fornecia um caminho elétrico dos pinos de um lado para diferentes pontos de conexão no outro. O lado esquerdo de cada rotor fazia conexão elétrica com o rotor à sua esquerda. O rotor mais à esquerda então fazia contato com o refletor (alemão: Umkehrwalze). O refletor fornecia um conjunto de treze conexões pareadas para retornar a corrente de volta através dos rotores do embaralhador, e eventualmente para o painel de lâmpadas onde uma lâmpada sob uma letra era iluminada.

Sempre que uma tecla no teclado era pressionada, o movimento de passo era acionado, avançando o rotor mais à direita uma posição. Porque se movia com cada tecla pressionada, às vezes era chamado de rotor rápido. Quando uma entalhe nesse rotor engatava com uma patilha no rotor do meio, este também se movia; e similarmente com o rotor mais à esquerda ('lento').

Há um número enorme de maneiras pelas quais as conexões dentro de cada rotor embaralhador — e entre a placa de entrada e o teclado ou placa de conexões ou painel de lâmpadas — podiam ser arranjadas. Para a placa refletora há menos, mas ainda um grande número de opções para suas fiações possíveis.

Cada rotor embaralhador podia ser configurado para qualquer uma de suas 26 posições iniciais (qualquer letra do alfabeto). Para as máquinas Enigma com apenas três rotores, sua sequência no embaralhador — que era conhecida como ordem das rodas (WO) para os criptanalistas aliados — podia ser selecionada entre as seis possíveis.

+ Sequências possíveis de rotores — também conhecida como Ordem das Rodas (WO) Esquerda Meio Direita I II III I III II II I III II III I III I II III II I

direita|thumbnail|A placa de conexões (Steckerbrett) era posicionada na frente da máquina, abaixo das teclas. Na fotografia acima, dois pares de letras foram trocados (A↔J e S↔O). Durante a Segunda Guerra Mundial, dez cabos eram usados, deixando apenas seis letras 'não conectadas'.

Modelos posteriores de Enigma incluíam um anel alfabético como um pneu ao redor do núcleo de cada rotor. Este podia ser configurado em qualquer uma de 26 posições em relação ao núcleo do rotor. O anel continha um ou mais entalhes que engatavam com uma patilha que avançava o próximo rotor à esquerda.

Mais tarde ainda, os três rotores para o embaralhador eram selecionados de um conjunto de cinco ou, no caso da Marinha Alemã, oito rotores. Os anéis alfabéticos dos rotores VI, VII e VIII continham dois entalhes que, apesar de encurtar o período do alfabeto de substituição, tornavam a decifração mais difícil.

A maioria das Enigmas militares também possuía uma placa de conexões (alemão: Steckerbrett). Esta alterava o caminho elétrico entre o teclado e a roda de entrada do embaralhador e, na direção oposta, entre o embaralhador e o painel de lâmpadas. Fazia isso trocando letras reciprocamente, de modo que se A estava conectado a G, então pressionar a tecla A levava a corrente a entrar no embaralhador na posição G, e se G fosse pressionada, a corrente entraria em A. As mesmas conexões se aplicavam à corrente na saída para o painel de lâmpadas.

Para decifrar mensagens Enigma militares alemãs, as seguintes informações precisariam ser conhecidas.

Estrutura lógica da máquina (imutável) A fiação entre o teclado (e painel de lâmpadas) e a placa de entrada. A fiação de cada rotor. O número e posição(ões) dos entalhes nos anéis dos rotores. A fiação dos refletores. Configurações internas (geralmente alteradas com menos frequência que as externas) A seleção de rotores em uso e sua ordenação no eixo (Walzenlage ou "ordem das rodas"). As posições do anel alfabético em relação ao núcleo de cada rotor em uso (Ringstellung ou "configurações dos anéis"). Configurações externas (geralmente alteradas com mais frequência que as internas) As conexões da placa de conexões (Steckerverbindungen ou "valores stecker"). As posições dos rotores no início da cifragem do texto da mensagem.

Descobrir a estrutura lógica da máquina pode ser chamado de "quebrá-la", um processo único, exceto quando mudanças ou adições eram feitas nas máquinas. Encontrar as configurações internas e externas para uma ou mais mensagens pode ser chamado de "resolver" – embora quebrar seja frequentemente usado para esse processo também.

Propriedades de segurança Os vários modelos de Enigma forneciam diferentes níveis de segurança. A presença de uma placa de conexões (Steckerbrett) aumentava substancialmente a segurança da cifragem. Cada par de letras conectadas por um cabo da placa de conexões era referido como parceiros stecker, e as letras que permaneciam desconectadas eram ditas auto-stecker. Em geral, a Enigma sem stecker era usada para tráfego comercial e diplomático e podia ser quebrada relativamente facilmente usando métodos manuais, enquanto atacar versões com placa de conexões era muito mais difícil. Os britânicos liam mensagens Enigma sem stecker enviadas durante a Guerra Civil Espanhola, e também algum tráfego naval italiano cifrado no início da Segunda Guerra Mundial.

A força da segurança das cifras produzidas pela máquina Enigma era um produto dos grandes números associados ao processo de embaralhamento.