无形战场上的智慧较量—恩尼格玛密码

马春光

在第二次世界大战中，密码学发生了一系列传奇式的故事，特别是围绕恩尼格玛密码设计和破译的战争，跌宕起伏，尽显人类智慧之美。德国人亚瑟·谢尔比乌斯发明了恩尼格玛，波兰人雷耶夫斯基初步破译了恩尼格玛，而英国人阿兰·图灵则终结了恩尼格玛。今天，我们就一起来了解下恩尼格玛的构造和原理。

认识恩尼格玛

恩尼格玛是世界上第一台电气机械装置的密码机，其形状如同一台打印机，它在20世纪30年代后期被用于第二次世界大战，现藏于意大利米兰国家科学技术博物馆。

恩尼格玛由键盘（Key-board）、灯盘（Lampboard）、转轮组（Rotors）、插线板（Plugboard）4个主要部分构成。键盘与普通打字机的键盘类似，但只有26个字母，没有标点符号；灯盘位于键盘之后，其上有26个字母，每个字母下面有一个小灯泡，用于显示加密或解密后的字母；转轮组位于灯盘后，在盖板之下，从外面只能看到3个转轮的部分齿状边缘和一个数字，其中齿状物用于手动转动轮子，而数字表示轮子的当前位置；插线板位于键盘下方，恩尼格玛的正面。

转轮组包括3个转轮和1个反射轮，它们都套在同一根轴上，反射轮在最左边。转轮是恩尼格玛的核心部件，转轮的圆周上刻有1到26的数字，转轮的正面有26个触点、背面有26个触针。一个轮子的触点可以和另一个轮子的触针套接在一起，形成转轮组。在转轮内部，触点和触针之间通过电线相互连接，从而形成了一种代换关系。转轮转动后，接线位置随之改变，代换关系也会跟着变化。每当键盘上键入一个字母，位于最右边的转轮就会转一格；右转轮每转完一圈26格，中间的转轮就会转一格；中间转轮每转完一圈26格，左边的转轮就转一格。反射轮则始终不动，它对加密强度没有影响，但是起到了可以使解密过程和加密过程完全一样的作用。

插线板上面有26个插口，代表26个字母。使用时可用一根电线把任意两个插口连接起来，比如说可以把A插口和J插口连接起来，这时就会把键盘上的A和J两个按键互换，即如果按A键就会得到J，按J就会得到A。

恩尼格玛加密、解密过程

当使用恩尼格玛进行加密时，其过程如下：

（1）设好3个转轮的初始值，并用6根电线连好插线板上的6对插口。

（2）在键盘上输入明文，每输入一个字母，该字母信号就会通过相应的电线传到插线板。

（3）在插线板上，如果该字母正好属于6对连接插口中的一对，就互换字母，否则就不互换。然后，该字母信号会传到右转轮上。

（4）右转轮通过内部电线的连接方式，对输入的字母作代换，然后传到中间转轮，同时转动一格。

（5）中间转轮再对字母作代换，然后传到左边转轮。这时如果右边转轮从26格转到1格，则转动一格，否则不转。

（6）左边的转轮再对字母作代换，然后传给反射轮。这时如果中间的转轮正好从26格转到1格，则其自己也转动一格，否则不转。

（7）反射轮通过反射电路将结果传给灯盘，灯盘上对应密文字母的小灯泡被点亮。

由于反射电路的巧妙设计，恩尼格玛的解密与加密是相同的。在设定好了与加密时一样的转轮初始值和插线板接线后，在键盘上打入密文，执行以上步骤后，在灯盘上就显示出了明文。

恩尼格玛加密的例子

一個插线板没有任何连线的恩尼格玛，是如何对明文消息“ABC”进行加密的呢？如图所示，当从键盘输入字母A时，通过右轮子，A被代换成了Y；再经过中轮子，Y被代换成了R；最后经过左轮子，R被代换成了E。也就是说，A经过三次代换后，最终被加密成了E。当A字母被加密后，右轮子会向上移动一格。当接下来再输入字母B时，B会被最终代换成T。同样，右轮子也会向上移动一格。当接下来再输入字母C时，C会被最终代换成G。这样，明文“ABC”就被加密成了密文“ETG”。