烧脑，一种不能被破译的二战德国密码机：恩尼格码密码机

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来源：液压圈

昨天3次接到咱们直观学机械的读者“小小羊”先生的信息，建议来一篇：恩尼格码密码机。恩尼格玛密码机是德国人在第二次世界大战时使用的密码机：

恩尼格玛密码机有多牛？密码机内有三至四个机械转子，用于改变加密文字的电路信号。一共能产生多少种可能呢？

10,000,000,000,000,000种！

一亿亿种可能性，用“暴力破解法”来破解几乎是不可能的。

Enigma，源自于希腊文，代表谜，不可解的事物。恩尼格玛是一系列相似的转子机械的统称，它包括了一系列不同的型号。1918年德国发明一种能够自动编码的机器。这种通过电气编码机械，被取名“恩尼格玛”（Enigma，意为哑谜）。

“恩尼格玛”是荷兰人H.A.科奇设计的密码机的代号，最后通过柏林工程师亚瑟·谢尔比乌斯博士进一步改良，成为了真正的恩尼格玛密码机。

恩尼格玛密码机包括一个用于输入明文的键盘、电子显示灯和一系列转子（也就是扰频器），每个转子都有26个档位，档位和字母表上的字母相对应。早期的密码机有3个转子，后来被扩展成一组5个德国海军甚至用到了8个。

下面这台恩尼格码密码机应该属于德国海军，因为它是用来了4个编码转子，而陆军的恩尼格码密码机一般只有3个转子。

恩尼格玛密码机原理简单来讲就是：通过使用者在键盘上敲打文件，转子会随机生成密文，三个轮子的旋转让每个字母加密方式都不一样。最后在经过字符交换，会有上亿亿多种变化。

加密原理图↓↓

下面这个视频来简单讲解一下各个部件之间的关系：

转子

看得出来转子是恩尼格码机的核心部分。每台 “恩尼格玛” 密码机共配有5个不同的转子，操作人员每次要从中选出3个转子安装在机器内部，具体使用哪个转子，以及每个转子的安装位置是由加密者规定的。每个转子上又都标有26个数字或字母，它们的起始位置也是可调的。

一个转子分为两半，转子右侧均匀排布着26个金属管脚，以代表26个英文字母（空格和特殊符号用字母组合表示）。转子的左侧同样等距排布着26个金属触点，也代表着26个英文字母。

密码机根据转子所处的档位决定移位情况，当一个字母被传递到第一个转子时，产生的移位结果就会传给第二个转子，同时产生新的移位。而这一结果又会传给第三个转子，并产生第三个移位。此时产生的信号会到达一面反射镜。这面反射镜实际是一组把字母连成对的13根线，它把结果字母与相连的另一个字母做交换。最后，结果再次返回到3个转子，从而生成与给定输入相对应的最终编码结果。

密文可以从识别灯盘上得到，灯盘上有26 盏灯，每个字母背后都有一盏，每当灯亮起时，就说明这个密文字母与刚刚输入的明文相对应。

至此，转子的配置方案算一下：

从5个转子中挑选3个，所有可能的选择共有：5×4×3=60 种（每选出一个转子，剩下的转子选择就会少一种，共选择三次）。之后，三个转子的所有可能的起始位置的个数是：26×26×26=17576 个（每个转子上都有26个起始位置可供选择，共3个转子）。如此，所有可能的设置共有 60×17576=1054560种。

插接板

插接板为设备额外提高了一个安全等级：按不同方式在字母间插连接线，可以成对地交换字母。这种连接线超过10根，插接板的设置也是每天变化的。

接线板允许操作人员通过连接两个字母来设置更多不同的线路。接线板上每条线都会连接一对字母，使电流在进入转子之前改变方向。比如图中连接的 A 和 J 点，当操作人员连接这两点并按下 A 键时，电流就会先到达 J 插口（相当于按下J 键）再流经转子。接线板上有 26 个字母，所以最多可以同时接 13 条线。（而在实际使用中，有些恩尼格玛机只用 10 条连接线）细心的读者可能会注意到为何每个字母都会有两个插孔。那是因为上插孔连接键盘，下插孔连接转子。当插头插入时，该按键（A）和转子将会断开。并通过插头的另一端与J按键连接后接入转子。总的来说其运行原理如下：

接线板上总共可以插10条接线，一条线连接一对字母，所有的线共可以连接10对，也就是20个字母，最后剩下6个字母不连接。另外，全部10对字母的连接顺序无关紧要，而且由于是两两配对，所以 A 与 B 相连，跟 B 与 A 相连是一样的。因此，接线板的配置方案共有：

这样的话，再算上由转子导致的1054560种可能，军用版 “恩尼格玛” 密码机一共有150738274937250×1054560=158962555217826360000种配置方案。

也就是说，译码者至多需要尝试158962555217826360000 种不同的配置，才能通过蛮力破译出密码。此刻，我的大脑已经烧掉了，如果继续增加转子，脑子已经不转了。

一台罕见的8转子恩尼格码机↓↓

德国海军的密码是最难破译的。德国海军的转子不是5个，就是8个。在标准的恩尼格码机中，反射器通常安装在一个特定的方位，但是在德国海军里，反射器可以安装在26个方向中的任意一个。

别看恩尼格码机这台机器可以产生这么复杂的结果，但是使用起来却简单得要死！即使小学文化水平的德国大兵也轻松应对。按照本子上的说明把机器调好，按照明暗敲键就行了。

第一次，“明的"变“暗的"。

第二次再加密的时候，“暗的"就变成“明的"，密码复原了。

在德军内部，加密解密过程如此简单。

所以说，我们在机械设计时也是一样的思路，机器原理可以是复杂的，但是使用必须是简单的，当然，机械越复杂，维修越难搞。

通过上面这叙述，如果让大家能把这台恩尼格码机搞明白，应该比较难，下面这个视频是演示整个的使用过程，大家看完应该会懂了，对了，带上脑子哦：

哇，看到这里的还有几个人，赶紧举举手，再复杂的机器，人间依然有聪明的脑袋来对付它。

在1940年，英国军情六处在布莱切利买下了一个隐蔽的庄园，被后世称为：布莱切利园，在这里有将近1万人为破解恩尼格码机而忘我工作着。历经一路大神的研究开发，加上图灵的天才设想。研制出了“炸弹机”，英国依靠BOMBE破解了德军最高指挥中心的代号为“谜(Enigma)”的通讯密码系统，赢得了主动，取得了二战的胜利。

参考文献：

[1]中科院物理所：生死讯息：密码背后的数学

[2]原理：硝烟中的艺术品——恩尼格码

[3]知乎Attached Overly专栏：“恩尼格玛” 密码机是怎样加密的？

（https://zhuanlan.zhihu.com/p/20336621）

[4]阿尔法小分队：二战间谍战—英格玛密码机上

[5]书圈：IT简史 | 恩尼格玛密码机 Enigma