اینگما؛ پیچیده ترین معمای جنگ جهانی دوم

«اینگما» یکی از شناخته‌شده‌ترین دستگاه‌های رمزنگاری جنگ جهانی دوم بود که پیام‌های محرمانهٔ آلمان را رمزگذاری می‌کرد. اما پشت این دستگاه چه سیستمی قرار داشت و چگونه رمز آن شکسته شد؟

⌖ماشین اینگما چه بود؟ اینگما یک دستگاه رمزنگاری بود که پیام‌های معمولی را به مجموعه‌ای از حروف نامفهوم تبدیل می‌کرد. ارتش آلمان در جنگ جهانی دوم از نسخه‌های مختلف این دستگاه برای فرستادن پیام‌های محرمانه استفاده می‌کرد. اینگما در ظاهر شبیه یک ماشین‌تحریر بود، اما درونش سیستمی پیچیده از سیم‌ها و چرخ‌های متحرک وجود داشت که هر حرف را به حرفی دیگر تبدیل می‌کرد. اما چیزی که این دستگاه را متفاوت می‌کرد، این بود که رمز آن ثابت نبود؛ دستگاه بعد از هر حرف، تنظیمات خود را تغییر می‌داد.

⌖چطور یک حرف را رمز می‌کرد؟ بیایید خیلی ساده تصور کنیم می‌خواهیم حرف A را تایپ کنیم. وقتی کلید A را فشار می‌دادیم، اینگما آن را مستقیماً به یک حرف دیگر تبدیل نمی‌کرد. ابتدا جریان الکتریکی از چند قطعهٔ مختلف عبور می‌کرد و در هر مرحله، مسیرش تغییر می‌کرد: کیبورد → روتورها → بازتاب‌دهنده → بازگشت از روتورها → چراغ فرض کنید مسیرهای داخل دستگاه طوری تنظیم شده‌اند که در نهایت به چراغ G برسند. پس با فشار دادن A، چراغ G روشن می‌شود. اما حالا بخش مهم ماجرا شروع می‌شود: بعد از تایپ هر حرف، یکی از روتورها می‌چرخید. یعنی مسیر داخلی دستگاه عوض می‌شد. بنابراین اگر دوباره A را فشار می‌دادیم، دیگر لزوماً G ظاهر نمی‌شد و ممکن بود این بار مثلاً حرف T روشن شود. به همین دلیل، حتی یک حرف یکسان هم می‌توانست در طول یک پیام به حروف متفاوتی تبدیل شود.

⌖روتورها عضو مهم این دستگاه می‌توانیم روتورها را مثل چند چرخ در نظر بگیریم که هر کدام سیم‌کشی مخصوص خودشان را دارند. جریان برق هنگام عبور از هر روتور، از یک مسیر جدید خارج می‌شد. سپس وارد روتور بعدی می‌شد و دوباره مسیرش تغییر می‌کرد. اما چون این چرخ‌ها بعد از تایپ کردن حرکت می‌کردند، مسیر جریان برای حرف بعدی دیگر دقیقاً مثل قبل نبود. در نتیجه دستگاه دائماً رمز خود را تغییر می‌داد. در کنار روتورها، تنظیمات دیگری هم وجود داشت؛ مثل ترتیب قرار گرفتن روتورها و اتصال سیم‌های پلاگ‌بورد. تمام این موارد با هم تعیین می‌کردند که هر حرف به چه حرفی تبدیل شود.

⌖ چرا شکست دادن اینگما تقریباً غیرممکن به نظر می‌رسید؟ برای خواندن یک پیام، فقط داشتن یک دستگاه اینگما کافی نبود. باید دستگاه گیرنده دقیقاً با همان تنظیمات دستگاه فرستنده تنظیم می‌شد. مشکل اینجا بود که دستگاه تعداد بسیار زیادی تنظیمات ممکن داشت. ترتیب روتورها، موقعیت آن‌ها و اتصال‌های پلاگ‌بورد همگی قابل تغییر بودند. ترکیب این تنظیمات در نسخه‌های رایج نظامی، تعداد حالت‌های ممکن را به حدود: {۱۵۹ کوینتیلیون حالت} می‌رساند. این یعنی اگر کسی می‌خواست همهٔ حالت‌ها را یکی‌یکی امتحان کند، عملاً با تعداد عظیمی از احتمال‌ها روبه‌رو می‌شد. و تازه یک مشکل دیگر هم وجود داشت: تنظیمات دستگاه به‌طور مرتب تغییر می‌کردند.

⌖ یک ماشین بسیار پیچیده... اما اینگما واقعاً «نشکست‌ناپذیر» نبود؛ فقط برای شکستن آن نمی‌شد مثل یک قفل معمولی عمل کرد. برای پیدا کردن رمز، متفقین مجبور بودند از ترکیبی از ریاضیات، الگوهای تکراری در پیام‌ها، اطلاعات به‌دست‌آمده از دشمن، ماشین‌های مخصوص و البته اشتباهات انسانی استفاده کنند. در واقع، شکست اینگما داستان یک نفر نیست که ناگهان رمز را حدس بزند. داستان گروه بزرگی از رمزنگاران است که با پیدا کردن نقاط ضعف مختلف، قدم‌به‌قدم کاری کردند که ماشینی با میلیاردها میلیارد حالت ممکن، در نهایت قابل شکستن شود. اما دقیقاً چه چیزی باعث شد این ماشینِ به‌ظاهر شکست‌ناپذیر شکست بخورد؟

⌖اولین ترک‌ها از کجا شروع شد؟ داستان شکستن اینگما در واقع قبل از جنگ جهانی دوم شروع شده بود. اولین گروهی که توانستند به روش کار اینگما نزدیک شوند، رمزنگاران لهستانی بودند. یکی از مهم‌ترین آن‌ها، {ماریان ریِفسکی}، با کمک ریاضیات و اطلاعاتی که از یک منبع آلمانی به دست آمده بود، توانست ساختار رمزگذاری اینگما را بررسی کند. لهستانی‌ها حتی دستگاه‌هایی ساختند که به آن‌ها کمک می‌کرد تنظیمات احتمالی اینگما را پیدا کنند. اما آلمان مدام دستگاه را تغییر می‌داد و کار را سخت‌تر می‌کرد. درست قبل از حملهٔ آلمان به لهستان، آن‌ها اطلاعات و روش‌هایشان را با فرانسه و بریتانیا به اشتراک گذاشتند. و این‌طور، کارِ شکستن اینگما از لهستان به {بلچلی پارک} در بریتانیا رسید.

⌖ لازم نبود همهٔ حالت‌ها را امتحان کنند بزرگ‌ترین مشکل این بود که اینگما حدود ۱۵۹ کوینتیلیون حالت ممکن داشت. پس آزمایش کردن همهٔ آن‌ها غیرممکن بود. راه‌حل این بود که به‌جای بررسی تمام حالت‌ها، ابتدا سرنخ پیدا کنند. اپراتورهای آلمانی در پیام‌هایشان گاهی از عبارت‌های تکراری استفاده می‌کردند؛ مثلاً گزارش‌های روزانه، پیش‌بینی آب‌وهوا یا جمله‌های رسمی. رمزنگاران حدس می‌زدند که یک بخش از پیام اصلی احتمالاً چه چیزی بوده است. سپس بررسی می‌کردند که اگر این حدس درست باشد، چه تنظیماتی از دستگاه می‌توانسته آن متن را به پیام رمزگذاری‌شده تبدیل کند. این حدسِ احتمالی را {Crib} می‌نامیدند.

⌖ ضعف عجیب اینگما خودِ دستگاه یک ویژگی داشت که بعداً تبدیل به یک سرنخ مهم شد: هیچ حرفی نمی‌توانست به خودش تبدیل شود. مثلاً اگر در پیام اصلی حرف A وجود داشت، اینگما هیچ‌وقت A را به A تبدیل نمی‌کرد. پس اگر رمزنگاران حدس می‌زدند که یک بخش از پیام مثلاً کلمه‌ای خاص بوده، می‌توانستند آن را زیر بخش‌های مختلف پیام رمزگذاری‌شده قرار دهند. اگر در یک موقعیت، یک حرف با خودش روبه‌رو می‌شد، آن حدس فوراً رد می‌شد. مثلاً اگر حدس می‌زدند یک حرف A باید به A تبدیل شده باشد، می‌فهمیدند که آن تنظیم نمی‌تواند درست باشد. به همین سادگی، تعداد زیادی از حالت‌های ممکن حذف می‌شدند.

⌖ یک ماشین علیه یک ماشین اما هنوز هم بررسی حالت‌های باقی‌مانده کار بسیار زیادی بود. برای همین، در بلچلی پارک دستگاه‌هایی به نام {Bombe} ساخته شد. این ماشین از کارهایی که قبلاً لهستانی‌ها شروع کرده بودند الهام گرفته بود و بعدها به شکل مؤثرتری توسعه پیدا کرد. Bombe قرار نبود پیام را خودش بخواند. کارش این بود که با استفاده از سرنخ‌های پیدا شده، تعداد زیادی تنظیم اشتباه را سریع حذف کند. وقتی تعداد گزینه‌ها کم می‌شد، رمزنگاران می‌توانستند تنظیم درست را پیدا کنند و پیام را با یک دستگاه اینگمای واقعی بخوانند. ⌖ سرانجام چه چیزی اینگما را شکست داد؟ هیچ «کلید جادویی» یا یک لحظهٔ نابغه‌وار وجود نداشت. شکست اینگما نتیجهٔ کنار هم قرار گرفتن چند چیز بود: • کار رمزنگاران لهستانی • اطلاعاتی که قبل از جنگ به دست آمده بود • سرنخ‌های تکراری در پیام‌های آلمانی • یک ضعف در خود دستگاه • و ماشین Bombe برای حذف سریع تنظیمات اشتباه اما یکی از مهم‌ترین عوامل، خودِ انسان‌ها بودند. آلمان یک ماشین بسیار پیچیده ساخته بود... ولی در نهایت، انسان‌هایی که از آن استفاده می‌کردند همیشه به اندازهٔ ماشین دقیق نبودند. و همین اشتباه‌های کوچک، گاهی بزرگ‌ترین سرنخ‌ها را به دشمن می‌دادند.