Maszyna Lorenza

Maszyna Lorenza

Maszyna Lorenza miała 12 rotorów z 501 igłami

Maszyna Lorenza (niem. Lorenz-Chiffre, Schlüsselzusatz; Lorenz SZ 40 i SZ 42) – niemiecka maszyna szyfrująca używana podczas II wojny światowej dla przekazu informacji przez dalekopisy. Brytyjscy analitycy, którzy zakodowane komunikaty dalekopisowe określali kodem Fish (ryba), szyfry maszyny Lorenza i ją samą nazywali Tunny (tuńczyk). O ile Enigma była używana przez jednostki polowe, o tyle Tunny służyła do komunikacji wysokiego szczebla, gdzie można było wykorzystać ciężką maszynę, dalekopis i oddzielne łącza.

Maszyna Lorenza przypominała Enigmę, ponieważ również korzystała z wirników, lecz działała na innej zasadzie. Miała wymiary 51 × 46 × 46 cm i stanowiła przystawkę do standardowego dalekopisu Lorenza. Z punktu widzenia kryptografii implementowała szyfr strumieniowy.

Działanie

Ówczesne dalekopisy nadawały każdą literę, ogólnie zaszyfrowaną kodem Baudot albo podobnym, jako pięć bitów na pięciu równoległych liniach. Maszyna Lorenza produkowała grupę pięciu bitów pseudolosowych i kombinowała ją za pomocą logicznego operatora XOR z bitami litery tekstu jawnego. Bity pseudolosowe były generowane przez 10 „kół kryptograficznych” (rotorów), z których pięć obracało się w sposób regularny – tak zwane koła χ (chi) a pięć pozostałych w sposób nieregularny – koła ψ (psi). Krok obrotu kół psi zależał od jeszcze dwóch dodatkowych rotorów, zwanych motorycznymi (napędowymi). Maszyna Lorenza w swej funkcji nieregularnego obracania pięciu rotorów (które albo razem się obracały albo razem pozostawały w spoczynku bez dodatkowych interakcji między liniami) stanowi w praktyce 5 równoległych generatorów pseudolosowych. Liczby igieł na każdym z rotorów były względnie pierwsze.

Kryptoanaliza

Przekazy Tunny były przechwytywane w Knockholt w hrabstwie Kent i przekazywane do Bletchley Park. Tam kryptoanalitycy odtworzyli działanie maszyny w styczniu 1942 roku, nigdy przy tym nie mając do dyspozycji jej rzeczywistego egzemplarza. Stało się to możliwe na skutek błędu operatora niemieckiego: 30 sierpnia 1941 roku przesłano komunikat zawierający 4000 znaków, jednak nie został on poprawnie odebrany. Poproszono więc (bez szyfrowania – co pozwoliło kryptoanalitykom zrozumieć sytuację) o powtórzenie komunikatu. Retransmisja odbyła się z tym samym kluczem (praktyka zakazana przez procedury), a na dodatek operator wprowadził do oryginalnego tekstu drobne zmiany, jak na przykład pewne skróty. Na podstawie porównania dwu komunikatów John Tiltman był w stanie zrekonstruować zarówno tekst jawny, jak i metodę szyfrowania. Na podstawie tych informacji, W. T. Tutte był w stanie odtworzyć zasadę działania urządzenia.

Do łamania szyfru Tunny Brytyjczycy zbudowali wiele maszyn. Pierwsza z nich, z rodziny nazywanej „Heath Robinsons”, używała taśm papierowych i prostych obwodów logicznych. Kolejną był Colossus, pierwszy cyfrowy komputer elektroniczny na świecie (który jednak, w odróżnieniu od późniejszego ENIACa, nie był komputerem uniwersalnym to jest nie był równoważny maszynie Turinga). Colossus był szybszy i bardziej niezawodny od maszyn „Heath Robinsons”, jego użycie pozwoliło Brytyjczykom na odkodowanie znacznej części transmisji obsługiwanych maszynami Lorenza.

W kwietniu 1943 roku, pracując niezależnie, szwedzcy kryptoanalitycy z FRA (Försvarets radioanstalt) również złamali szyfr produkowany przez Tunny.

Bibliografia

• Tony Sale: The Lorenz Cipher and how Bletchley Park broke it. [dostęp 2022-02-16]. (ang.).