Enigma Makinesi Nedir? Nasıl Çalışır?

Enigma Makinesi Nedir? Nasıl Çalışır?

Enigma; gizem yada bulmaca anlamına gelen yunanca bir sözcüktür. Enigma makinesi ise 2. Dünya savaşı’nda nazi almanya’sı tarafından mesajları şifrelemek ve çözmek için kullanılan bir şifre makinesidir. Rotor makineleri ailesi ile ilişkili bir elektro-mekanik aygıttır ve oldukça farklı türü vardır.

Enigma makinesi taşınabilir dönen şifreleyici kısma sahip bir makinesidir. Talimatlara gore işletilen sistemle şifrenin kırılması minimum düzeye inmektedir. Ancak alman şifreciler, enigma şifrelerini kırmayı başarmışlardır.

1920 senelerın başında kullanılmaya başlanan enigma makinesi birfazlaca ülkede ordu ve devlet kurumları için özel üretildi. En ünlüsü 2. Dünya savaşı esnasında nazi almanyası tarafınca kullanılan wehrmacht enigma’dır. Ii. Dünya savaşı’nın kazanılmasında wehrmacht enigma makinesinin kod sisteminin çözülmesinin büyük yardımı olmuştur. Bazı tarihçiler bu kod sisteminin degizyazı edilmesi yardımıyla savaşın bir yıl daha önce sonlanmış olduğini ileri sürerler.

Peki enigma nasıl çalışıyor?

Temelde şifrelenecek metin içindeki her karakterin vigenere şifresinde olduğu benzer biçimde farklı bir yer değişiklik yapma şifresi ile şifrelenmesi prensibi ile çalışır.

Enigma makinesi fonksiyonel olarak temelde üç öğeden oluşmaktadır

1.    Rotor

2.    Yansıtıcı birimi

3.    Fiş Paneli

Rotor

Enigma Makinesi Üzerinde Karıştırıcı Görevi Gören Rotorlar

Her bir harfin şifrelenmesinde en düşük değerlikli yani en sağda bulunan rotor 26 harflik İngiliz alfabesi üzerinde çalıştığından 1/26 oranında dönüş gerçekleştirmektedir. Tıpkı dijital saatlerde ve kronometre’de olduğu gibi düşük değerlikli yani daha sağda bulunan rotor 1 tam tur gerçekleştirdiğinde bu sefer kendisinden daha yüksek değerlikli yani solundaki karıştırıcı 1/26 oranında dönüş gerçekleştirmektedir.

Enigma Makinesinin 27 Karakter Şifrelemesi Sonucunda Karıştırıcı Rotorlarda Meydana Gelen Değişim

Makinenin bu şekilde tasarlanması ile 263 farklı şifre alfabesinde şifreleme yapması yani 17576 şifreli metinde aynı harflerin tekrarlarının bulunmaması sağlanmıştır.

Değinilmesi gereken başka bir nokta rotorların çıkarılabilir ve değiştirilebilir şekilde tasarlanmış olmalarıdır. Yani Yukarıda yer alan 3 rotor birbirleriyle yer değiştirebilmekte ve dolayısıyla farklı çıktılar üretmektedir. Bu anahtar sayısını dolayısıyla kriptosistemi 3! yani 6 kat güçlendirmektedir.

Yansıtıcı ( Reflector )

Yansıtıcı, şifreleme işlemi süresi boyunca sabit kalmaktadır. Birbirinin simetriği olan şifreler üretmesi amacını güder. Örneğin Enigma makinesi üzerinde rotor’ların herhangibir xyz konumunda bulunduğu sırada a harfi şifrelendiği takdirde K karakterine dönüşüyorsa, rotorların aynı xyz konumunda bulunması durumunda k harfi şifrelenirse A çıktısını üreticektir. Bu noktada söylenebilirki Enigma Makinesi her karakterin şifrelenmesinde ayrı bir kamasutra şifresi oluşturmaktadır.

Enigma Makinesindeki Rotorların ve Yansıtıcının İç Yapısı

İllüstrasyondan da anlaşılacağı üzere A harfi G harfi olarak şifrelenmekte, ardından en düşük değerlikli en sağdaki rotor 1/26 ( illüstrasyon kolay anlaşılır olması amacı ile 8 harflik bir alfabe üzerinde çalışmış dolayısıyla 1/8 oranında hareket etmiştir. ) oranında dönmekte ve A harfi yeniden şifrelendiğinde C çıktısını vermektedir.

Fiş Paneli ( Plug Board )

Enigma Makinesi Üzerinde Yer Alan Fiş Paneli

En basit şekilde klavyeden girilen metni rotorlar vasıtasıyla şifrelemeye sokmadan önce en ilkel şifreleme yöntemlerinden olan Substitution Cipher’a sokma işlemidir.

İllüstrasyon üzerinden gidilecek olursa klavyeden girilecek metindeki A ve J harfleri birbirleriyle, S ve O harfleriyle birbiriyle daha rotoların karıştırma işlemleri gerçekleşmeden yer değiştiriceklerdir.

İlk üretilen Enigma makineleri üzerinde illüstrasyondaki gibi 6 çift kablo bulunmaktadır. Dolayısıyla 12 harf kendi aralarında substitution cipher’a girmekte ve geriye değişmeden rotorlara aktarılan 14 harf kalmaktadır.

26! / 14! x 6! x 64 = 100391791500

Fiş paneli makinenin anahtar fezaını 100391791500 kat arttırmaktadır ve enigma makinesi üzerindeki öteki elemanlarla karşılaştırıldığında ezici bir büyüklükle anahtar fezaını en fazla arttıran elemandır. Sadece, fiş paneli yalnız başına ilkel yer değişiklik yapma şifresinden farksız değildir. Dolayısıyla enigma makinesi ancak fiş panelinden oluşmuş olsaydı frekans analizi ile kırılabilen ilkel bir kriptolama algoritmasından öteye gidemezdi. Oysaki rotorlar anahtar fezaını ancak 263 kadar attırmasına rağmen blok şifreler oluşturmakta dolaysıcaklıkyla frekans analizini bu noktada etkisiz kılmaktadır.

Anahtar Uzayının Boyutu

• 3 rotor;
  Dolayısıyla 263 = 17576
• Rotorların Diziliş Sıraları
  3! = 6
• Fiş Paneli
  6 harf çiftinin rotorlardaki işleme girmeden önce birbirleriyle yerlerinin değişmesini sağlamaktadır. Yani 12 harf birbirleri ile yer değiştirme şifresine girmekte, geriye değişmeyen 14 harf kalmaktadır.
  
  17576 x 6 x 100391791500 = 10000000000000000

Dolayısıyla Enigma Makinesinin anahtar uzayı yaklaşık 1016 kadardır.

• Teknolojinin gelişimiyle birlikte, Enigma Makinesinin daha yeni üretim modellerinde 5 rotor ve 10 çift kablo vardır.