Enigma

Las máquinas de cifrado llegaron tarde a la Primera Guerra Mundial. Entre 1918 y 1919 cuatro inventores de distintos países y sin ninguna relación entre sí inventaron y patentaron cuatro modelos distintos de máquinas de cifrado, pero tuvieron la mala suerte de hacerlo en un momento en que los gobiernos y las fuerzas armadas no consideraron necesario gastar dinero en mejorar la seguridad de sus comunicaciones. Alexander Koch en Holanda, Arvid Damm en Suecia y Edward Hebern en Estados Unidos patentaron tres máquinas de cifrado basadas en rotores, pero no tuvieron ningún éxito comercial. El cuarto era un inventor alemán llamado Arthur Scherbius, que en 1918 inventó una máquina a la que llamó Enigma. Parecía que iba a tener la misma suerte que los demás, y de hecho pasaron varios años sin que nadie se interesase por ella, pero a mediados de los años 20, debido a unas imperdonables indiscreciones británicas (una de ellas del mismísimo Winston Churchill en uno de sus libros) el ejército alemán se enteró de que los aliados habían estado descifrando sus comunicaciones durante la guerra. Había que sustituir sus sistemas de cifrado, que hasta entonces habían considerado seguros, y fue cuando los militares alemanes se interesaron en el invento de Scherbius. En 1925 comenzó la fabricación en serie de la Enigma. Se llegaron a fabricar más de 30.000 hasta el final de la guerra, incluyendo versiones civiles (para comunicaciones comerciales) y otras para organizaciones estatales, como el Ministerio de Asuntos Exteriores (para comunicaciones diplomáticas) o los ferrocarriles. Pero sobre todo se utilizó en todas las ramas de las fuerzas armadas alemanas. Se convirtió en una de las bases de la blitzkrieg, que implicaba la necesidad de coordinación entre las distintas armas y al mismo tiempo la velocidad en las comunicaciones. Scherbius murió en un accidente con un coche de caballos en 1929, sin llegar a conocer totalmente el éxito que llegó a tener su invento, pero tampoco su fracaso final.

El funcionamiento de la Enigma era relativamente simple: constaba de un teclado donde se escribía el mensaje original (texto llano), en el que al pulsar cualquier tecla se enviaba un impulso eléctrico, una serie de modificadores que variaban el camino de ese impulso, y un panel con lámparas en el que se veía el texto cifrado. Los modificadores eran unos discos con 26 entradas y 26 salidas (una por cada letra del teclado). Cada entrada estaba unida a una salida de forma fija, pero sin ningún criterio predeterminado. Además, tras pulsar una letra, los modificadores rotaban una posición (un veintiseisavo de vuelta) con lo que la codificación cambiaba continuamente: la misma letra pulsada dos veces seguidas daría dos letras distintas en el texto cifrado. Entre el teclado y el primer modificador se añadió un clavijero, por el que se podían intercambiar las salidas de varias letras mediante cables (por ejemplo, la B por la A, y al pulsar la A al primer modificador le llegaría el impulso por la entrada de la B), y al final del tercer modificador un reflector, que lo que hacía era recibir una señal y sacarla por una salida distinta de nuevo a los modificadores, por lo que el proceso se repetía.

Los modificadores eran extraíbles e intercambiables. La versión más utilizada de la Enigma era de tres modificadores. El operador tenía cinco discos, y en la clave del día se le daban los tres que tenía que meter y en qué posición, además de las posiciones que tenía que intercambiar en el clavijero por medio de cables (se solía modificar hasta seis posiciones).

Un esquema de la Enigma:

Al pulsar la A, la señal eléctrica pasa por el clavijero, los modificadores, el reflector, otra vez los modificadores, y vuelve al clavijero por la letra S, que está intercambiada con la D. Resultado: se enciende la lámpara de la letra D.

El clavijero:

Los modificadores o rotores:

El reflector:

Con estos datos, si hacemos cuentas podemos calcular la variable de la máquina Enigma:

Orientación de los modificadores (disposición inicial en la que se coloca cada uno). Como cada disco tiene 26 orientaciones diferentes: 26 x 26 x 26 = 17.576.

Posición de los modificadores: tres discos intercambiables entre sí dan lugar a 6 combinaciones posibles.

Modificaciones en el clavijero: se intercambiaban hasta seis letras de un total de 26. El número de combinaciones es de 100.391.791.500

Total: 17.576 x 6 x 100.391.791.500 = 10.000.000.000.000.000 claves posibles.

¿Por qué si el mayor número de variables lo da el clavijero se le añaden los modificadores? Porque los modificadores hacen algo muy importante: al rotar están cambiando continuamente la clave. Si sólo se contara con el clavijero se podría encontrar la clave con el análisis de frecuencia, es decir, estudiando en el texto cifrado el orden y el número de repeticiones de las letras.

Fuente de casi todo: Los códigos secretos, de Simon Singh.

Me olvidé de poner una foto de la Enigma entera, que no estaría mal:

Un simulador de Enigma:

http://enigmaco.de/enigma/enigma.swf

Se pueden variar los discos modificadores y las posiciones del clavijero, como en la auténtica, se escribe un mensaje y se puede ver cómo sale el mensaje cifrado. Para comprender el funcionamiento de la Enigma, el emulador es bastante gráfico. Si uno se olvida de los números es muy sencillo, son conexiones físicas que llevan una señal eléctrica de una entrada a una salida. En el emulador se ven esas conexiones, al escribir una letra queda marcado en rojo el camino de ida hasta el reflector (el disco no modificable que hay abajo a la derecha), y en verde el camino de vuelta. Son circuitos físicos, repito, con la única particularidad de que esos caminos por los que va la señal eléctrica están cambiando continuamente gracias a las partes móviles (los modificadores).

Continuaré otro día con la historia de cómo los aliados lograron descifrarla.

Alguien a quien se le den bien las matemáticas puede haberse dado cuenta de que el número de variables es mayor que el que calculé. Eso es porque en el cálculo no tuve en cuenta unos elementos que se añadieron a la Enigma para aumentar su seguridad, aunque uno de ellos lo había mencionado: utilizar cinco discos modificadores en vez de tres. Eso aumentaba el número de combinaciones posibles en la posición de los modificadores de 6 a 60. Otro fue aumentar el número de cables para intercambiar posiciones en el clavijero, aumentando de 6 a 10 los pares de letras que se podían intercambiar. Con estas dos nuevas medidas de seguridad, introducidas en 1939, el número de claves posibles aumentó a 159.000.000.000.000.000.000.

La forma de operar la Enigma era muy sencilla. La clave del día consistía en:

1- Las posiciones que había que intercambiar en el clavijero. Por ejemplo: A/B- C/X- E/F- L/V- M/O- P/R

2- Modificadores que había que utilizar y en qué orden. Si a los modificadores se les llamaba I,II,III,IV,V, un ejemplo sería: V- II- IV.

3- Orientación de los modificadores. Una serie de tres letras que indicaba la posición inicial de cada uno de ellos. Ejemplo: B- K- D.

Una vez que se colocaban el clavijero y los modificadores según la clave del día sólo había que volver a la posición inicial los discos cada vez que se iba a mandar o recibir un mensaje (B- K- D en el ejemplo).

A menudo los operadores aumentaban la seguridad utilizando la clave del día sólo para codificar tres letras, que indicaban una nueva orientación de los modificadores para el mensaje que iban a mandar a continuación, es decir, había una clave para cada mensaje. Con estas medidas parecía imposible que alguien pudiese descifrar los mensajes.

Para quien esté aburrido y quiera jugar con el emulador, podemos hacer una demostración práctica. He codificado un mensaje con la clave que puse como ejemplo. A ver si alguien me responde (con una respuesta tambien codificada, por supuesto, que es información confidencial).

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El primer paso para lograr descifrar la Enigma era conseguir los planos de la máquina, o una máquina completa. Desde 1926, cuando los alemanes empezaron a usarla, los criptoanalistas extranjeros sólo habían podido conseguir algunas unidades de su versión comercial, que no les servían de mucho contra la Enigma militar.

El servicio secreto francés fue el primero que lo consiguió, gracias a la traición de un empleado del Chiffrierstelle, la oficina alemana encargada de las comunicaciones cifradas, llamado Hans-Thilo Schmidt. De familia aristocrática, Schmidt había combatido en la Primera Guerra Mundial, pero no consiguió permanecer en el ejército después de la reducción impuesta por el tratado de Versalles. Creó una industria de fabricación de jabón, que acabó quebrando y le dejó completamente arruinado. Se vio obligado a pedir ayuda a su hermano Rudolph, que sí había conseguido continuar con éxito su carrera militar, y que ocupaba el cargo de jefe de personal del Cuerpo de Señales (encargado por tanto de la seguridad en las comunicaciones del ejército). Rudolph le consiguió un trabajo en el Chiffrierstelle, en Berlín. Hans-Thilo, empobrecido, humillado, celoso de su hermano y resentido contra su país, decidió vender la información secreta a la que tenía acceso. El 8 de noviembre de 1931, en el Grand Hotel de Verviers, en Bélgica, Hans-Thilo se encontró con un agente francés que se hacía llamar “Rex”. A cambio de 10.000 marcos le permitió fotografiar dos documentos sobre la manera de operar con la Enigma, que, aunque no eran en sí mismos descripciones de las máquinas, permitían deducir el cableado interno de los modificadores.

Los alemanes ya esperaban que tarde o temprano las potencias extranjeras lograsen hacerse con los planos de la Enigma, pero contaban con que aun teniendo las máquinas la seguridad de las comunicaciones seguiría siendo total, porque sería prácticamente imposible deducir las claves sólo con ellas. Y lo cierto es que los franceses no supieron por dónde empezar. Ni siquiera se molestaron en construir una réplica de la Enigma con la información que habían obtenido de Schmidt, porque daban por hecho que no les iba a servir de nada, y que encontrar las claves iba a ser imposible.

Pero los polacos, que tenían un acuerdo de cooperación militar con Francia, se mostraron mucho más interesados. Pidieron la información que tenían los franceses sobre la Enigma, y comenzaron a estudiar la manera de enfrentarse a ella. El organismo polaco dedicado al criptoanálisis era el Biuro Szyfrów, la oficina de cifras, dirigido por el comandante Güido Langer. Lo primero que hicieron fue reclutar matemáticos. Uno de los que pasó el proceso de selección era un joven matemático de la Universidad de Poznan llamado Marian Rejewski, que fue el que dio con la forma de enfrentarse al problema. Lo primero que hicieron (un trabajo que les llevó más de un año) fue un catálogo de cada una de las 105.456 posiciones posibles de los modificadores (el resultado de multiplicar las 17.576 orientaciones por las 6 combinaciones diferentes). Luego, en los mensajes interceptados, comparaban las letras que ocupaban la misma posición (por ejemplo, la primera de cada mensaje) y buscaban en su catálogo las posibles conexiones que había entre esas dos letras. Si lo repetían con la segunda letra, y luego la tercera... al final podían encontrar las conexiones coincidentes para todas ellas: la posición de los modificadores. Conociendo ésta, las posiciones intercambiadas en el clavijero no daban muchos problemas. Para probar cada una de las posibles posiciones, Rejewski inventó una máquina, basada en la propia Enigma, que lo iba haciendo automáticamente. Había seis funcionando en paralelo, cada una para probar con una de las combinaciones posibles de modificadores. A estas máquinas se las conocía como “bombas”, al parecer por el tic-tac que hacían cuando estaban probando posiciones.

Cuando a comienzos de 1939 los alemanes aumentaron el número de modificadores de 3 a 5, el número de combinaciones posibles de éstos pasó de 6 a 60. Fabricar 60 “bombas” para que funcionasen en paralelo buscando las claves estaba fuera de las posibilidades técnicas y económicas de los polacos. La Enigma volvía a ser invulnerable, pero lo conseguido por los polacos hasta entonces podía ser aprovechado por otros con más medios para continuar su trabajo. El 24 de julio de 1939, en plena crisis prebélica, Langer recibió en el Biuro Szyfrów a sus homólogos francés y británico y les mostró las “bombas” de Rejewski. Desde Varsovia se enviaron a Londres y París por valija diplomática los planos para construirlas.

Los ingleses fueron los que tomaron el testigo de los polacos. Aquí empieza la historia de Blechtley Park, que contaré otro día.

Dos de los protagonistas de esta historia. Hans-Thilo Schmidt, el hombre que vendió los secretos de la Enigma:

Marian Rejewski:

Durante la guerra Rejewski estuvo trabajando para los servicios secretos franceses junto con otros criptoanalistas polacos. Después de la derrota francesa se quedó en la zona de Vichy, hasta que debido a la ocupación alemana en noviembre de 1942 huyó a Gran Bretaña a través de España. No se sabe por qué motivo, los británicos no le permitieron trabajar en Bletchley Park, el centro donde, en buena parte gracias a su trabajo anterior, se descifraban las comunicaciones alemanas.

Un documento de Rejewski de su paso por España:

Después de casi dos años creo que ya va siendo hora de que siga con la historia. La guerra había comenzado al fin, y los ingleses no partían de cero, ya que podían continuar los trabajos de los criptoanalistas polacos en su lucha contra la cifra Enigma.

La agencia de cifrado inglesa era conocida como la Sala 40, por la oficina del Ministerio de Marina donde se alojaba inicialmente. Cuando estalló la guerra se pensó con razón que la sala 40 se había quedado pequeña para el volumen y la complejidad del trabajo que esperaba a los criptoanalistas británicos. La Sala 40 desapareció y fue sustituida por la CG&CS, Government Code and Cypher School (Escuela Gubernamental de Códigos y Cifras). La sede escogida fue Bletchley park, una mansión victoriana en Buckinghamshire.

Bletchley Park

En un principio trabajaban en la CG&CS unas doscientas personas, pero llegaron a ser setecientas al final de la guerra. Alrededor de la mansión principal se construyeron una serie de cobertizos de madera para albergar distintos grupos de trabajo. La evolución de las técnicas criptográficas y la aparición de las máquinas de cifrado también se notó en el personal: si entre los expertos de la Sala 40 eran mayoría los lingüistas, los nuevos criptoanalistas de Bletchley Park fueron reclutados en las universidades entre matemáticos y científicos.

Durante el otoño de 1939 los trabajadores de Bletchley Park se familializaron con la cifra Enigma y las técnicas de descifrado polacas. Tenían muchos más medios, y pronto lograron resultados. Cada día se empezaba de cero, cuando los alemanes cambiaban la clave, sin que valiese para nada el trabajo del día anterior. Con el tiempo, los criptoanalistas británicos comenzaron a encontrar atajos que les facilitaban su labor. Por ejemplo, se dieron cuenta de que los alemanes nunca repetían la posición de un modificador dos días seguidos. Por ejemplo, con una disposición de modificadores 2-1-5, al día siguiente no podía seguirle 2-3-1, y continuar el primer modificador en el 2. Igualmente, en el clavijero estaba prohibido intercambiar dos letras consecutivas (la B con la C, por ejemplo). Estas medidas, que parecían aumentar la seguridad evitando repeticiones y disposiciones obvias, en realidad facilitaban el trabajo de los descifradores, al permitirles descartar gran número de disposiciones posibles.

También empezaron a reconocer claves que ciertos operadores de Enigma utilizaban más habitualmente. Podían ser letras consecutivas en el teclado, como QWE, o grupos de letras sin significado conocido pero que al operador “le gustaban” especialmente. En momentos de tensión, el operador no se rompía la cabeza eligiendo una clave y tecleaba la primera que se le pasase por la cabeza.

Este tipo de atajos eran conocidos como “cillis”. No se sabe de dónde viene la palabra, pero es posible que su origen estuviese en una clave de mensaje que se repetía con especial frecuencia, CIL (¿las iniciales de la novia de un operador de Enigma?).

Otras herramientas que facilitaban el trabajo de los descifradores británicos eran los llamados “puntales”. Un puntal es un fragmento de texto cifrado al que se le puede suponer con cierta seguridad su correspondencia con un texto llano. Por ejemplo, un encabezamiento de mensaje. Si todos los días a la misma hora la Luftwaffe enviaba el parte meteorológico en un mensaje cifrado y con el mismo encabezamiento, los analistas ingleses podían disponer de un fragmento de mensaje al que le podían dar con bastante seguridad un significado, y que les podía servir para encontrar la clave.

Criptoanalistas trabajando en una de las dependencias de Bletchley Park

Las técnicas de descifrado no podían permanecer inalteradas durante mucho tiempo. Durante la guerra los alemanes fueron aumentando la seguridad de la Enigma, aumentando su complejidad técnica y variando su forma de uso. Los criptoanalistas británicos tenían que responder a esos cambios variando ellos también su forma de trabajar. Una dependencia importante en Bletchley Park era lo que llamaban el “centro de reflexión”, una sala donde los expertos se planteaban los nuevos problemas y buscaban las posibles soluciones.

Uno de esos expertos destacó por encima de los demás. pero eso lo contaré en el próximo capítulo.

Disculpa Nonsei por el olvido en que ha caido tu hilo, pero solo la advertencia de Moisin me ha avisado de que existía

Realmente me ha gustado por lo apasionante del secretismo en que está envuelta la historia de esta encriptadora.

Unos simuladores (que creo que están en camino ) serían la guinda del pastel.

Saludos.

Buen artículo, desde que supe de la existencia de esta maquinilla quería saber cómo fue el desarrollo, y demás...

Saludos!!!

Yo también me había olvidado de él, tanto que está sin terminar.

Unos simuladores (que creo que están en camino ) serían la guinda del pastel.

Yo había puesto un enlace al simulador que nos ha dado Lothar en otro post, pero se ve que la dirección cambió y el enlace ya no funcionaba. Gracias a él lo puedo corregir:

Un simulador de Enigma: http://enigmaco.de/enigma/enigma.swf Se pueden variar los discos modificadores y las posiciones del clavijero, como en la auténtica, se escribe un mensaje y se puede ver cómo sale el mensaje cifrado.

Adicionalmente hay que mencionar que la kriegmarine contaba con enigmas con 7 rotores y Hitler tenia una enigma personal con 10 rotores, eso hizo pensar que seria imposible descifrar los mensajes, pero creo que estaba equivocados.

Saludos

Hola a todos, aquí os dejo una maquina enigma virtual que nosotros a veces usamos en misiones o para mandar mensajes en nuestro foro:

http://flotillasubmarina.forumfree.it/?f=8418438

Al menos es curioso. Espero que os sirva.

Este es un post que nos puso un escocés que dice que es la descarga de otrá máquina enigma mas perfecta. La verdad, yo nunca he sido capaz de entenderla.

http://flotillasubmarina.forumfree.it/?t=45961140

Yo también me había olvidado de él, tanto que está sin terminar. Yo había puesto un enlace al simulador que nos ha dado Lothar en otro post, pero se ve que la dirección cambió y el enlace ya no funcionaba. Gracias a él lo puedo corregir:

Ya no me acordaba donde habia puesto el enlace....

PD: FS_Antonio, no me sale nada al pinchar en los enlaces que has puesto...¿hay que estar registrado para poder verlos?....

excelente post no lo habia revisado pero gracias a las maquinas enigma los alemanes pudieron mantener cifradas sus comunicaciones

Drvonz...eso era lo que ellos creían... #29

un saludo!!