التشفير في الحرب العالمية الثانية

                                                   التشفير في الحرب العالمية  الثانية

انتشر علم التشفير في العصور القديمة قبل ظهور الحاسوب او علم الحاسوب بقرون حيث التشفير كان يستخدم في مصر القديمة  او في الواح ما بين النهرين تشرح اسرا الاواني الفخارية المصقولة و في الكاماسوترا الهندية و حتى في الالنجيل.

كان اللأغريق القداماء أفضل من وثق التشفير - كالعديد من المجالات العلمية  - في أوروبا. احدى أقدم الشيفرات المعروفة و الموثقة هي تلك التي استخدمها يوليوس قيصر في مراسلاته و التي باتت تعرف فيما بعد بشيفرة قيصر( Cesaer Cipher) - القرن الأول قبل الميلاد.

تاريخ التشفير يعود لآلاف السنين. حتى عقود قيلية كان النوع الوحبد من التشفير هو التشفير الكلاسيكي و هي طرق للتشفير تعتمد عل الورقة و القلم او ربما بمساعدة ميكانيكية بسيطة.؟ و لكن مع مرور الوقت  و ظهور اختراع الآت ميكانيكية معقدة و أخرآ كهروميكانيكية مطلع القرن العشرين ظهرت وسائل للتشفير أكثر تعقيدا و كفاْة كآالة اٍنيغما الدوارة(ُEnigma Machine او Rotor Machine) .كما أن التطورات اللاحقة التي أدت إلى ظهور الإلكترونيات و الحوسبة سمح بوضع تصاميم أكثر تعقيدا و أقل ملائمة لأدوات بسيطة كالقلم و الورقة.

تطور التشفير سارا يدا بيد مع تطور الفرع الآخر من علم التعمية، تحليل التشفير و هو كسر أو اختراق للرموز و الشيفرات. اكتشاف و تطبيق مايعرف بالتحليل التواتري سمح بقراءة الإتصالات المشفرة في مواضع غيرت مجرى التاريخ. و بذلك كانت برقية زيمرمان سبب دخول الولايات المتحدة الحرب العاليمة الأولى و قراءة الحلفاء لشفرات النازيين الألمان قصرت من زمن الحرب العالمية الثانية نحو سنتين حسب بعض التقديرات.

حتى سبعينيات القرن العشرين كان التشفير بشكل كبير حكرا على الحكومات. لكن حدثين هامين أديا إلى كسر هذا الاحتكار الحكومي و هما: وضع معيار التشفير العمومي (معيار تشفير البيانات DES) و اختراع التشفير بالمفتاح العمومي.ربما كان علم التشفير هوا سببا في تطور الحواسيب.

الة انيجما

أثناء الحرب العالمية الثانية.. قام الانجليز بتأسيس مركز متخصص بالتقاط و فك شفرات خصومهم الألمان و كان هذا المركز يضم أعظم خبراء التشفير في التاريخ الذين استطاعوا فك شفرات الآف الرسائل أثناء الحرب و كان لهم دور كبير جدا في تدعيم صفوف جيوش الحلفاء..
لكنهم فشلوا في فك شفرة ثلاث رسائل كانت مشفرة بجهاز التشفير الألماني الشهير "الأنجايما" وأستمر جهلهم بفحوى الرسائل ولم يتمكن كل خبراء التشفير من فكها و في العام 1995م تم نشر القطع المشفرة لهذه الرسالة للمهتمين ولكن أحداً لم يصل لفك شفرتها و إلى سنة 2006 حيث تمكن شباب هواة من فك شفرة هذة الرسائل بإستخدام ما يعرف في علم التشفير بـ (البحث الَمنهِك) وكان إنجازاً عالمياً في أختراق هذة الآله الكلاسيكية العبقرية ! 
لعلكم تتسائلون الآن ما هذة الأنجايما وما سرها وكيف تعمل ؟ 
الدكتور جيمس جريم سوف يصحبنا في رحلة للتعريف بأسرار هذة الآلة العجيبة .

آلة إنجما (بالإنجليزية: Enigma Machine) وكلمة إنجما كلمة إنجليزية تعني (لغز) وهي آلة تستخدم لتعمية وفك تعمية الرسائل السرية. ويُطلق اسم آلة إنجما تحديداً على أي آلة من عائلة الآلات الكهروميكانيكية الدوارة التي تستخدم لإنتاج الشيفرة السرية، حيث أن هذه العائلة تشمل أنواعًا متعددة ومختلفة من الطرازات.


بدأ الاستعمال التجاري لإنجما في بدايات العقد الثاني من القرن العشرين، وقد تم استخدامها من قِبل العديد من الجهات العسكرية والحكومية للعديد من الدول، ربما من أشهرها ألمانيا النازية في فترة قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية 


الطراز الألماني من هذه الآلة، والذي يدعي فيرماخت إنجما (بالألمانية: Wehrmacht Enigma)، هو الإصدار الذي أخذ شعبية واسعة بسبب سهولة استخدامها وصعوبة فك شفرتها وبسبب استعمالها من قبل القوات العسكرية النازية. استطاع خبراء تعمية قوات الحلفاء فك تعمية عدد هائل من الرسائل باستخدام هذه الآلة. وقد تم فك التعمية عام 1932 على يد مشفرين بولنديين هم ماريان رييفسكي، جيرزي وزيسكي، هينركي زيجلاسكي من مكتب التعمية البولندي. في منتصف عام 1939 تم نقل طرق التعمية وفك التعمية من بولندا إلى بريطانيا وفرنسا. قدمت هذه الآلة مساعدة كبيرة لجهاز الاستخبارات العسكرية لقوى الحلفاء وقد سميت ألترا (ULTRA)، حتى أنه يقال أن نهاية الحرب الأوروبية كانت أبكر بعامين بسبب فك الشيفرة الألمانية 


وقد تمكن الحلفاء من كسر تعمية رسائل آلة إنجما ليس فقط بسبب وجود بعض نقاط الضعف في تعميتها ولكن بسبب بعض العوامل المهمة الأخرى خصوصاً الأخطاء البشرية من مستعمليها وتسرب اسرار التعمية أثناء العمل وكذلك ساعدت الآلات المستولى عليها في كشف طريقة عملها 

​

​

آلة إنجما​

الوصف


إن آلة الإنجما كما هي الآلات الدوّارة، عبارة عن توليفة أو تجميع لأنظمة كهربائية وميكانيكية. تتألف الآلية الميكانيكية من لوحة مفاتيح، ومجموعة من الأقراص الدوّارة تسمى الدوّارات مركبة بشكل متقارب على طول محور، وآلية خطوية لتدير واحدة أو أكثر من الدوّارات مع كل ضربة على الأزرار. إن الآلية تختلف من آلة إلى أخرى، ولكن الشكل الأكثر شيوعًا هو أن يتحرك الدوّار باتجاه عقارب الساعة خطوة واحدة مع كل ضربة على الأزرار، ويتحرك الدوّار المجاور بين الفينة والأخرى. الحركة المتواصلة للدوّارات يعطي تحويلا مختلفا للتعمية بعد كل ضربة على الأزرار.



تعمل الأجزاء الميكانيكية بطريقة تكوَن دوائر كهربائية مختلفة حيث أن التعمية الحقيقية للحروف تتم كهربائيًا. عند الضرب على الزر، تكتمل الدارة الكهربائية، ويمر التيار خلال العناصر المختلفة وبالنتيجة يضيء أحد المصابيح المختلفة، معلنًا الحرف الناتج. فمثلاً، عندما تشفر الرسالة التي تبدأ بـ(ANX)، يضغط مشغل الآلة على الزر A، فيضيء مثلاً مصباح الحرف Z، فيكون أول حرف من الكلمة المشفرة Z. يتابع المشغل تعمية الحرف N بنفس الطريقة، وهكذا.
لشرح آلية إنجما، سنستخدم مخطط التوصيل الجانبي. ولتسهيل المثال، سيقتصر المخطط على أربع مكونات لكل منها. في الآلة الحقيقية يوجد 26 مصباح، وزر، ومأخذ، وتوصيلة كهربائية داخل الدوّارات. يمر التيار من البطارية (1) خلال لوحة المفاتيح الكهربائية (الأزرار) ثنائية الاتجاه (2) إلى لوحة المآخذ (3) التي تسمح بالربط بين لوحة المفاتيح (2) ودولاب الدخل الثابت (4). ثم، يمر التيار خلال المأخذ غير المستعمل (المغلق) (3) إلى دولاب الدخل (4) خلال توصيلات الدوّارات (5) الثلاثية (في فيرماخت إنجما) أو الرباعية (في كريغزمارينه Kriegsmarine M4 (نموذج قوات البحرية) أو خيار الحماية Abwehr variant)، ثم تدخل إلى العاكس (6). يعيد العاكس التيار الكهربائي من طريق آخر، إلى الدوّار (5) ودولاب الدخل (4)، ويمر خلال المأخذ (S) الموصول مع المأخذ (D) بكبل كهربائي (8)، فيضيء مصباح بعد مرور التيار خلال لوحة المفاتيح ثنائية الاتجاه (9). إن التغيير المستمر في المسلك الكهربائي خلال الآلة أو الوحدة 

بفضل دوران الدوّارات، يعطي عملية تعمية الحروف الأبجدية باستخدام الإنجما أمانا عاليا

الدوّارات

تشكل الدوّارات (بالألمانية: Walzen) قلب آلة إنجما. وهي ذات قطر 10 سم. وكل دوّار عبارة عن قرص مصنوع من المطاط الصلب أو الباكليت مزود بمجموعة من الأوتاد النحاسية المحملة بنابض على الوجه الأول من القرص مرتبة بشكل دائري، وعلى الطرف الآخر يوجد عدد موافق من التماسات الكهربائية الدائرية تمثل الأوتاد والتماسات الأبجدية الممثلة ب 26 حرفًا من A إلى Z. عندما توضع بشكل متراص، تتقابل الأوتاد والتماسات في الدوّارات المتجاورة، مشكلة اتصال وصلات كهربائية.

مخطط التوصيل: تعمية حرفين متتابعين بآلة إنجما، يمر التيار عبر مجموعة الدوّارات، ثم العاكس، ثم يعود التيار مارًا عبر الدوّارات مرة أخرى. تمثل الخطوط الرمادية إمكانية أخرى لمسلك الدارة الكهربائية في كل دوّار. يشفّر الحرف A بشكل مختلف مع كل خطوة للدوّار، أولاً الحرف G، ثم الحرف C. حيث أن خطوة واحدة للدوّار اليميني أعطت مسار مختلف تمامًا للدارة الكهربائية.

​

​

في داخل الدوّار، يصل 26 سلكاً كل وتد من الطرف الأول مع التماس في الطرف الثاني بطريقة معقدة. ويختلف التوصيل من دوّار إلى آخر. ينجز الدوّار الواحد بذاته تعمية بسيطة، أو تعمية استبدالية. فمثلاً، قد يكون الوتد الموافق للحرف E موصولاً إلى تماس الحرف T على الوجه المعاكس. يأتي التعقيد من استخدام عدة دوّارات على التسلسل ( 4 أو 3 ) وحركة نظامية للدوّارات، تعطي بمجملها نوعًا أقوى في التعمية. عندما توضع الدوّارات في الآلة، يمكن ضبط الدوّار وفق 26 موضعاً. يمكن إدارته باليد باستخدام دولاب محزز ناتئ من الغطاء عندما يغلق، كما يظهر في الشكل 2. يضبط المشغّل الوضعية باستخدام حلقة أبجدية مثبتة على جانب القرص، ومجهزة بـ 26 حرفًا أو رقمًا، ويمكن رؤية الحرف أو الرقم من نافذة، مشيرًا إلى موضع الدوّار. كانت الحلقة الأبجدية في النسخ الأولية لآلات الإنجما ثابتة، وتم إدخال تعديلات معقدة على النسخ اللاحقة لتسهيل ضبط الحلقة الأبجدية نسبة إلى التوصيل في قلب الدوّار. عرف موضع الحلقة الأبجدية بـ(ضبط الحلقة).

تجميع لدوّارات آلة الإنجما. الدوّارات الثلاثة القابلة للحركة محشورة بين دولابين ثابتين، دولاب الإدخال على اليمين، والعاكس (موسوم بإشارة B) على اليسار.

​

​

الدوّارات التي يوجد عليها ثلم (أو عدة أثلام) تستخدم للتحكم بخطوة الدوّارات. أما في النسخ العسكرية للآلة فإن الأثلام تكون موضوعة على الحلقة الأبجدية.
تُزود آلات الإنجما التابعة للجيش وقوى الطيران بعدة دوّارات، كان عددها ثلاثة في الآلات الأولى. وفي 15 أكتوبر 1938 ازداد العدد إلى خمسة وقد رقمت هذه الدوّرات باستخدام الأرقام الرومانية (I، II، III، IV، VI) لتمييزها باستخدام ثلم واحد موضوع عند نقاط مختلفة على الحلقة الأبجدية. كان هذا أحد الإجراءات الأمنية ولكن تم اعتماده في طريقة الساعة البولندية للتعمية، وفي بانبوريسموس البريطانية.


أما نسخة فيرماخت إنجما التابعة للبحرية فقد صنعت باستخدام عدد أكبر من الدوّارات، بدءًا بستة ثم سبعة ثم ثمانية دوّارات. وقد وضع على الدوّارات الإضافية ثلمين N وA مؤديًا إلى عدد دورات أكبر.

​

​

حركة خطوية


من أجل تجنب الحصول على شيفرة استبدالية بسيطة (وبالتالي سهلة الفك)، فقد كانت بعض الدوّارات تدور نتيجة الضرب المتكرر على زر ما. يؤدي هذا إلى الحصول على تعمية مختلفة عند كل موضع للدوّار، وهذا يعطي شيفرة أبجدية استبدالية متغيرة بشكل كبير. أكثر الآليات استخدامًا لهذا الغرض هي آلية ترس السقاطة واللسين. كل دوّار مجهز بترس سقاطة ذي 26 سنًا، ويوجد لسين يتعشق مع أسنان الترس. يمكن إزاحة اللسين من التعشيق مع كل ضربة زر في الآلة، فيتحرك الدوّار خطوة واحدة.

الحركة الخطوية في آلة الإنجما
​

​

في آلة فيرماخت إنجما، لكل دوّار حلقة محززة قابلة للضبط. ولكل من الدوّارات الأساسية الخمسة (I–V) حلقة محززة بثلم واحد، بينما للدوّارات الإضافية التابعة للقوات البحرية (VI، VII، VIII) حلقة مجهزة بثلمين. وعند نقطة معينة يتوازى ثلم الدوّار مع اللسين، مما يسمح بالتعاشق مع ترس السقاطة للدوّار المجاور والتحرك معه عند ضربة الزر التالية. عندما يكون اللسين غير متوازٍ مع السقاطة، فإنه ينزلق ببساطة فوق سطح الحلقة بدون أن يتعاشق مع السقاطة. وفي نظام الدوّار ذي الثلم الواحد، فإن الدوّار الثاني سيتقدم خطوة واحدة بعد 26 خطوة للدوّار الأول. وبشكل مشابه، يتقدم الدوار الثالث خطوة واحدة بعد 26 خطوة للدوّار الثاني. يتقدم الدوّار الثاني أيضًا في نفس الوقت الذي يتقدم فيه الدوّار الثالث، مما يعني أن الدوّار الثاني يمكن أن يخطو مرتين في ضربة الزر اللاحقة (خطوة مزدوجة)، موفرًا للوقت [5].
هذه الخطوة المزدوجة تسبب انحراف الدوّارات عن العدّاد. تحدث الخطوة المزدوجة كالآتي: يخطو الدوّار الأول خطوة واحدة، ويأخذ معه الدوّار الثاني ليخطو خطوة إضافية. فإذا تحرك الدوّار الثاني في هذه الخطوة ضمن موقع الثلم الخاص به، سقط اللسين الثالث. في الخطوة التالية، سيدفع هذا اللسين سقاطة الدوّار الثالث ليخطو خطوة واحدة، ولكنه يندفع متعاشقًا مع ثلم الدوّار الثاني، دافعًا الدوّار الثاني مرة ثانية.


ومع ثلاثة سقاطات ولسين واحد في الداوليب الأول والثاني، فإن للآلة 26 * 25 * 26 = 16,900 احتمال دورات (وليس 26 * 26 * 26 بسبب الخطوة المزدوجة للدوّار الثاني [5]). والرسائل كانت تاريخياً مقتصرة على حوالي ألفين من الكلمات، وبالتالي فإن احتمال تكرر الموضع في الرسالة الواحدة قليل جدًا.

​

​

دولاب الدخل


يربط دولاب الدخل
(بالألمانية: 
Eintrittswalze) 
لوحة المآخذ (إن وجدت) أو لوحة المفاتيح مع مجموعة الدوّارات. وبينما التوصيل الدقيق المستخدم لايشكل أهمية كبيرة في أمن المعلومات، فقد برهن إعاقة لمحلل الشيفرة البولندي ماريان رييفسكي أثناء استنتاجه لتوصيل الدوّارات. يتم وصل المفاتيح في الإنجما التجارية بترتيب وضعها على لوحة المفاتيح QA, WB, EC وهكذا. إلا أنها توصل بشكل متسلسل في الإنجما العسكرية AA, BB, CC وهكذا.​

​

العاكس

باستثناء النماذج الأولى من الآلة A وB ،فإن الدوّار الأخير يأتي قبل العاكس (بالألمانية: Umkehrwalze) والذي هو ميزة موثقة ببراءة اختراع خاصة بعائلة آلات الإنجما من بين العديد من أنواع آلات الدوّارات التي تم تصميمها في تلك الحقبة من الزمن. يربط العاكس مخارج آخر دوّار بشكل مزدوج بحيث يحول مسار الحركة عبر الدوّارات إلى طريق مختلف. يعمل العاكس على إعطاء الإنجما خاصية أن لايمكن أن يشفر أي حرف إلى نفسه.​

في الإنجما من الطراز C فإنه من الممكن إدراج العاكس بأحد شكلين مختلفين. أما في الطراز D فإنه من الممكن تعديل العاكس على 26 وضعية مختلفة، على الرغم من أنه لايتحرك أثناء التعمية.
​

في الجيش الألماني والقوى الجوية، تم تثبيت العاكس ولم يسمح له بالدوران، حيث كان هناك أربع نسخ، النسخة A وقد تم استبدالها بالنسخة B في الأول من نوفمبر عام 1937. النسخة الثالثة C تم استخدامها لفترة قصيرة في عام 1940 وتم حلها من قبل الكوخ 6. أما النسخة الرابعة D التي تم تشغيلها لأول مرة في الثاني من يناير 1944 فقد كان لها عاكس قابل لإعادة التوصيل مما سمح لمستخدم الإنجما بتغيير التوصيلات كجزء من إعدادات المفاتيح.
​

​

لوحة المآخذ


لوحة المآخذ (بالألمانية: Steckerbrett) التي تسمح بتوصيل متغير يقوم بتغييره مشغل الآلة. تم وضع هذه اللوحة قيد الاستعمال في الجيش الألماني في عام 1930 وتم اعتمادها بشكل فوري من قبل سلاح البحرية أيضًا. لوحة المآخذ تشارك بشكل كبير في قوة عملية التعمية التي تقوم بها الآلة، بشكل أكبر مما سيكون التأثير عليه لو تم إضافة دوّار جديد. بدون لوحة المآخذ سيكون من الممكن حل شيفرة آلة إنجما بطرق بسيطة مباشرة وربما بإجراء الحسابات يدويًا، بينما إضافة لوحة المآخذ نفى أي إمكانية لاستخدام الطرق البسيطة في فك تعمية الآلة، حيث أن محللي الشيفرة لقوات الحلفاء اضطروا لتصنيع آلات خاصة من أجل فكها.

لوحة المآخذ في آلة إنجما
​

​

​

يوضع كبل على لوحة المآخذ بحيث يربط الحروف على شكل أزواج. مثلاً، من الممكن ربط الحرفين E وQ بحيث يشكلان زوجًا، ويكون تأثير هذا هو عكس هذين الحرفين قبل وبعد المزج في الدوّارات الرئيسية. على سبيل المثال عندما يضغط مشغل الآلة الحرف E فإن الإشارة ستحول إلى حرف Q قبل دخولها للدوّارات، ومن الممكن صنع حتى 13 زوجًا في وقت واحد.​

يتدفق التيار من لوحة المفاتيح إلى لوحة المآخذ، ومن ثم يستمر ليدخل دوّار الدخل. لكل حرف على لوحة المآخذ قابسين. إن إدخال الكبل في قابس أحد الحروف سيفصل اتصاله من الأعلى مع لوحة المفاتيح ومن الأسفل مع دوّار الدخل، وعندما يوصل الكبل إلى حرف آخر على لوحة المآخذ فإنه سيتم إنشاء اتصال بين هذين الحرفين.​

اٍذا أردت ان تعرف المزيد عن آلة اٍنجما: