使用ENIGMA模拟器进行数据加密和解密

吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽【实验名称】使用ENIGMA模拟器进行数据加密和解密【实验目的】1、掌握ENIGMA的加密原理2、熟练使用ENIGMASimulatorv6.4.3【实验原理】1、ENIGMA加密原理介绍ENIGMA是二战期间德军使用的机械加密装置。ENIGMA看起来是一个装满了复杂而精致的元件的盒子。不过要是把它打开来，就可以看到它可以被分解成相当简单的几部分。下面的图是它的最基本部分的示意图，我们可以看见它的三个部分：键盘、转子和显示器。在上面ENIGMA的照片上，可看见水平面板的下面部分就是键盘，一共有26个键，键盘排列接近现在使用的计算机键盘。为了使消息尽量地短和更难以破译，空格和标点符号都被省略。实物照片中，键盘上方就是显示器，它由标示了同样字母的26个小灯组成，当键盘上的某个键被按下时，和此字母被加密后的密文相对应的小灯就在显示器上亮起来。在显示器的上方是三个转子，它们的主要部分隐藏在面板之下。键盘、转子和显示器由电线相连，转子本身也集成了26条线路，把键盘的信号对应到显示器不同的小灯上去。如果按下a键，那么灯B就会亮，这意味着a被加密成了B。连接板允许使用者用一根连线把某个字母和另一个字母连接起来，这样这个字母的信号在进入转子之前就会转变为另一个字母的信号。在上面ENIGMA的实物图里，我们看见这个连接板处于键盘的下方。当然连接板上的连线状况也是收发信息的双方需要预先约定的。德军的各支部队使用一些不同的通讯网络，每个网络中的恩尼格玛机都有不同的设置。为了使一条信息能够正确地被加密及解密，发送信息与接收信息的恩尼格玛机的设置必须相同，转子必须一模一样，而且它们的排列顺序，起始位置吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽和接线板的连线也必须相同。所有这些设置都需要在使用之前确定下来，并且会被记录在密码本中。2、ENIGMASimulatorv6.4.3软件简介图1是启动该软件所弹出的窗口，图2是“setplugs”区，图3是掀开盖子的内部结构。图1图2吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽图3【实验内容与步骤】表1是德国空军电报员使用的密码本。德军部队的电报员会带着一个小本本，上面记述着每天用的密码，据说在战败的时候，德军的电报员会与这个密码本同生共死。以31日为例，当时使用的是Wehrmacht/Luftwaffe–UKW=B这套英尼格玛机，德军作战密码本里面信息从左至右分别为天数，从左至右的内部齿轮的型号，三个齿轮的起始对应数字（或者是字母）和字母插头插口情况。表1：电报员使用的密码本部分信息（一）加密案例步骤1：设置英尼格玛机型号。单击图3中的“型号转换”按钮，按照密码本要求设置成Wehrmacht/Luftwaffe–UKW=B型号。吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽步骤2：调整内部齿轮的型号。单击图4中的第三组齿轮后，齿轮就被拆卸下来，显示在显示器区，如图5所示。图4图5用鼠标单击该齿轮，在点击一下该齿轮在备用齿轮区的对应位置，将这个不用的齿轮放好，如图6所示。吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽图6在齿轮备用区点击今天所需要用到的“V”号齿轮，该齿轮就显示在显示器区，如图7所示。图7再次点击内部齿轮安装区的第3个空位置，“V”号齿轮就安装成功了。步骤3：调整三个齿轮的起始对应数字。“062214”所对应的字母分别是吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽“FVN”，设置好后如图8。图8步骤4：插线插口设置。按照31号密码册上的信息显示，设置“POMLIUKJNHYTGBVFREDC”连线，方法是先点击“P”字母，再点击“O”字母，则“P”和“O”字母进行了替换，其他字母的设置操作如上所述。设置后如图9所示。图9步骤5：加密。这里我们要加密的信息为“Iloveyou”。按照上面所说的方法按当日密钥调整好ENIGMA，然后随机地选择三个字母，这里选择PGH。把PGH在键盘上连打两遍，加密为DZWDNE（注意到两次PGH被加密为不同的形式，第一次DZW，第二次DNE，这正是ENIGMA的特点，它是一种复式替换密码）。然后他把DZWDNE记在电文的最前面。接下来重新调整三个转子的初始方向到吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽PGH，然后再正式对明文加密，如图10所示。图10步骤6：发送加密的报文。“Iloveyou”加密后的密文为“CJZSBMAM”，无线电发报员发送如下信息：U6ZDEC1510=44=DZWDNE=CJZSBMAM，其中，“U6ZDEC1510=44=”是指代的是收件人，DZWDNE为随机秘钥，“CJZSBMAM”为真正要传输的密文信息。（二）解密案例对方收到电报“U6ZDEC1510=44=DZWDNE=CJZSBMAM”后，按照密码本中第31日的指示进行初始化设置，操作步骤如上面解密过程中的步骤1至步骤4，可以浏览秘钥设置情况如图11所示。图11吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽初始化设置好后，在键盘输入区输入“DZWDNE”，得到明文“PGHPGH”，所以提取出随机秘钥为“PGH”，将外部密码轮调节至“PGH”之后，再输入“CJZSBMAM”，还原出明文“ILOVEYOU”，如图12所示。图12（三）实战练习现在的时间是1941年7月7日，正值德国闪电战“巴巴罗萨计划”前夕。苏军指挥官要了解德军动向好进行下一步防御，他的手下军官突然截到了一条德国陆军（党卫军SS-Totenkopf师团）的信息，现在你来要进行破解。1.当天英尼格玛初始配置情况如下Machinemodel：Wehrmacht/Luftwaffe–UKW=BRotors:ⅡⅣⅤRingsetting:BULPlugConnection:AVBSCGDLFUHZINKMOWRX2.信的正文Befordertam:07.07.19411925UhrDurch:FunkspruchNr.:20Von/An:f8v/bz2吉林财经大学管信学院计算机科学与技术专业《密码学》实验指导书编写人：宋佳丽AbsendendeStelle:SS-TDivKdrAn:LVIA.K.fuerm7g1840-2tl1t179-VOMQXL–FNJAUAUJPBBV3.提示信息VOMQXL是随机秘钥“FNJAU”是收件人，不必破译4.请将破译结果写在下面Iseeyou（答案）【实验报告要求】记录关键实验步骤，按照实验报告书写要求完成实验报告