Первая "Энигма"

"Энигма", которую Шербиус создал и продемонстрировал в 1923 году на Международном Конгрессе Почтового Союза в Вене, состояла из следующих частей:

(1) 26-буквенной клавиатуры для ввода открытых сообщений;

(2) 26 лампочек, которые при включении подсвечивали нужные буквы шифрованного текста;

(3) источника питания (3,5-вольтовой батареи или ее эквивалента);

(4) трех съемных контактных колес, которые вращались на общей оси;

(5) неподвижного контактного отражателя;

(6) неподвижного контактного колеса ввода.

Клавиатура была похожа на клавиатуру, которая используется на английских пишущих машинках, за исключением некоторых незначительных деталей, а именно: (1) буквы Y и Z поменялись местами, так что Z помещалась в верхнем ряду, а Y- в нижнем; (2) буква P стояла в нижнем ряду, а не в верхнем. Использовались только заглавные буквы; цифры отсутствовали, не было и букв с умляутом, таких как U. Буквы на лампочках располагались в том же порядке.

Источник питания использовался только для подачи напряжения на электрические контакты колес, отражателя, а также для подсветки ламп. Для приведения колес в движение ток не использовался, колеса вращались механически.

Внутри каждого съемного колеса было 26 проводов, которые в "случайном порядке" соединяли 26 контактов на одной стороне колеса с 26 контактами на другой стороне колеса. Контактные точки на одной стороне колеса (на левой стороне, если смотреть спереди) были выполнены заподлицо с поверхностью колеса, а контакты на другой (правой) стороне выступали над поверхностью колеса на маленьких пружинках. Это было сделано для обеспечения хорошего контакта между соседними колесами. Подобным же образом обеспечивался хороший контакт между крайним правым колесом и колесом ввода, а также между крайним левым колесом и отражателем. По окружности каждого колеса шла алфавитная "шина"; на левой стороне каждого съемного колеса было укреплено металлическое кольцо ("кольцо с выемкой"). V-образная выемка на нем располагалась напротив одной из букв на шине. На правой стороне этих колес было смонтировано зубчатое кольцо с 26 зубцами ("установочное кольцо"), которое давало шифровальщику возможность установить колесо в любое нужное положение.

(Словосочетание "случайный порядок", употребленное по отношению к внутренней распайке контактов колеса, нуждается в уточнении, но объяснение этого термина требует специального математического аппарата, который приведен в [M14]). На фото 9.1 и 9.2 показаны обе стороны реального колеса шифрмашины "Энигма"^*) .

Отражатель был закреплен неподвижно и имел 26 контактов только на одной стороне. Внутри отражателя 13 проводов соединяли попарно 26 контактов; таким образом, ток, подаваемый на одну из контактных точек отражателя, выходил в другой контактной точке. Внутренняя распайка отражателя также была "случайной". В отличие от трех контактных колес, отражатель был постоянным, неподвижным элементом машины. За период с 1930 по 1945 годы его заменяли только однажды, в 1937 году.

Колесо ввода обеспечивало связь между крайним правым колесом и клавиатурой, а также между крайним правым колесом и лампочками. Удивительно, но колесо ввода было соединено с буквами клавиатуры в обычном алфавитном порядке, а не в порядке их расположения на клавиатуре. Это не давало никаких криптографических преимуществ и, должно быть, сильно усложняло его внутреннюю распайку.

Упрощенная схематическая диаграмма шифрмашины "Энигма" показана на рис. 9.1.^*)

Машина помещалась в деревянном ящике. При закрытой крышке машины наружу выступали только установочные кольца трех подвижных колес; но в маленькое "окошечко" над каждым колесом можно было видеть букву на его алфавитной шине. Это было сделано для того, чтобы шифровальщик мог с помощью установочного кольца повернуть каждое колесо в нужное начальное положение. При открытой крышке машины шифровальщик мог видеть все колеса внутри и, нажав на рычаг, расположенный рядом с отражателем, извлечь все три подвижных колеса из машины, снять их с общей оси и изменить порядок их расположения. Поскольку в первой "Энигме", в отличие от более поздних моделей, было только три колеса, взаимных расположений колес было только шесть. Машина была переносной, но довольно тяжелой, весом около 12 килограммов (почти 30 фунтов).

На фото 9.3 и 9.4 показана шифрмашина "Энигма" с закрытой и открытой верхней крышкой.^**)

Три съемных контактных колеса на диаграмме (рис. 9.1) обозначаются R1, R2 и R3. Неподвижный отражатель обозначается U (по-немецки он назывался Umkehrwalze). На этой упрощенной диаграмме колесо ввода, источник питания, клавиатура и лампочки не показаны. При нажатии на одну из букв на клавиатуре замыкается контакт, и ток от батареи проходит через колеса R1, R2 и R3. Проходя через отражатель, ток "возвращается обратно", и после повторного прохождения через колеса R3, R2 и R1 зажигает лампу, которая подсвечивает букву шифрованного текста.

Путь, который проходит ток, налагает на шифр два серьезных ограничения:

1. никакая буква при шифровании не может перейти в себя;

2. пары букв открытого - шифрованного текстов симметричны ("взаимно-обратны"), то есть если буква A при шифровании переходит в K, то при той же установке колес буква K при шифровании перейдет в A.