エニグマ機械

1930年から使用されていた軍用モデル「エニグマI」

エニグマ暗号機は、 20世紀初頭から中頃にかけて、商業、外交、軍事通信の保護を目的として開発・使用された暗号装置です。第二次世界大戦中、ナチス・ドイツによってドイツ軍のあらゆる部門で広く運用されました。エニグマ暗号機は非常に安全であると考えられており、最高機密のメッセージの暗号化に使用されました。[ 1 ]

エニグマには、アルファベット26文字を暗号化する電気機械式ローター機構が搭載されています。通常の使用方法では、1人がエニグマのキーボードにテキストを入力し、もう1人がキーを押すたびにキーボード上部の26個のライトのうち点灯するライトを書き留めます。平文を入力すると、点灯した文字が暗号文となります。暗号文を入力すると、判読可能な平文に戻ります。ローター機構は、キーを押すたびにキーとライト間の電気的な接続を変化させます。つまり、ローターの動きによって、すべての文字が異なる暗号鍵で暗号化されるため、暗号文に鍵が残すパターンに基づく従来の暗号攻撃に対して高い耐性を持つことになります。

システムを双方向にするには、受信局は送信局がメッセージを復号するために用いる設定を正確に把握し、それを用いる必要がありました。これは一連の初期設定から成り、通常は事前に配布された秘密鍵リストに基づいて毎日変更されていました。毎日送信されるメッセージ数が多いため、十分な数のメッセージが傍受されるとシステムが攻撃される可能性がありました。これを複雑にするために、オペレーターはローターの別の（理想的には）ランダムな設定、例えば「GTZ」を選択し、その鍵を曜日設定を用いて暗号化して送信します。その後、ローターを選択した設定に変更し、メッセージの残りの部分を送信します。つまり、通常は2回入力して合計6文字となる曜日コードには、この3文字のみが設定されます。そのため、攻撃に十分な暗号文を集めることは不可能に思われました。

エニグマの解読は一見困難に思えるが、実際には暗号文にパターンを残す設計上の問題が数多く存在した。ポーランドは1932年12月という早い時期にこの暗号を解読し、戦争前と戦時中を通して解読に成功した。ポーランドがその成果を共有したことで、連合国はエニグマで暗号化されたメッセージを主要な情報源として利用することができた。[ 2 ]ナチスドイツは長年にわたりエニグマに改良を加え、解読を妨げたが、エニグマの解読は戦争中も続けられた。多くの評論家は、エニグマ、ローレンツ、その他の暗号の解読によって得られたウルトラ通信情報の流出が戦争期間を大幅に短縮し、ひいては戦争の帰趨を変えた可能性もあると述べている。[ 3 ]

歴史

エニグマ暗号機は、第一次世界大戦の終わりにドイツの技術者アーサー・シェルビウスによって発明されました。[ 4 ]シェルビウスが共同設立したドイツの会社シェルビウス＆リッターは、1918年に暗号機のアイデアの特許を取得し、1923年に完成品をエニグマというブランド名で販売し始めました。当初は商業市場を対象としていました。[ 5 ]初期モデルは1920年代初頭から商業的に使用され、第二次世界大戦前と戦中のナチスドイツなど、いくつかの国の軍隊や政府機関に採用されました。[ 6 ]

エニグマはいくつかのモデルが製造されたが[ 7 ] 、プラグボードを備えたドイツ軍のモデルが最も複雑だった。日本製とイタリア製のモデルも使用されていた。[ 8 ] 1926年にドイツ海軍で（若干の改良版が）採用され、その後すぐにドイツ陸軍と空軍でも採用されたため、エニグマの名は軍事界で広く知られるようになった。戦前のドイツ軍の計画は、指揮と調整に無線通信を利用する、後に電撃戦として知られる、機動力の高い部隊と戦術を重視していた。敵が無線信号を傍受する可能性が高いため、メッセージは安全な暗号化で保護する必要があった。コンパクトで持ち運びが簡単なエニグマ機は、そのニーズを満たしていた。

謎を解く

ポーランドのビドゴシュチュにある、1932年に初めてエニグマを解読し、1939年7月にフランスとイギリスにポーランドのエニグマ解読法を教えるのに貢献した数学者マリアン・レイェフスキの記念碑。

ハンス・ティロ・シュミットはフランスのスパイとして活動し、1932年9月と10月に毎日使われていた鍵を含むドイツの暗号資料を入手したドイツ人だった。その鍵にはプラグボードの設定も含まれていた。フランスはその資料をポーランドに渡した。1932年12月頃、ポーランド暗号局のポーランド人の数学者で暗号学者であったマリアン・レイェフスキは、順列理論[ 9 ]とドイツ軍のメッセージ暗号化手順の欠陥を利用して、プラグボード式エニグマ暗号機のメッセージ鍵を解読した[ 10 ] 。レイェフスキはフランスから提供された資料と9月と10月に行われたメッセージ通信を利用して、未知のローター配線を解明した。その結果、ポーランドの数学者は「エニグマダブル」と呼ばれる独自のエニグマ暗号機を作ることができた。レイェフスキは、同僚の数学者で暗号学者のイェジー・ロジツキとヘンリック・ジガルスキの援助を受けた。2人はポズナン大学からレイェフスキと共に採用された。ポズナン大学は、第一次世界大戦前にドイツが占領していたため、学生のドイツ語の知識を理由に選ばれた。ポーランド暗号局は、プラグボードを破って毎日の鍵のすべてのコンポーネントを見つける技術を開発し、これにより暗号局は1933年1月からドイツのエニグマメッセージを解読することができた。[ 11 ]

時が経つにつれ、ドイツの暗号手法は改良され、暗号局はエニグマの通信を解読し続けるための技術を開発し、機械装置を設計した。その一環として、ポーランド人はローターの癖を利用し、カタログを編纂し、10万項目のカタログ作成を支援するサイクロメーター（レイェフスキ発明）を製作し、ジガルスキシートを発明・製造し、ローターの設定を探すための電気機械式暗号機ボンバ（レイェフスキ発明）を製作した。1938年、ポーランドは6台のボンバ（ボンバの複数形）を保有していたが、同年ドイツ人がローターを2台追加したため、通信を解読するには10倍のボンバが必要になった。[ 12 ]

1939年7月26日と27日[ 13 ] 、ワルシャワのすぐ南にあるピリで、ポーランドはフランスとイギリスの軍事情報代表者にポーランドのエニグマ解読技術と装置（ジガルスキーシートと暗号爆弾を含む）についての説明を行い、各代表団にポーランドで復元されたエニグマを提供することを約束した（装置はすぐに配達された）。[ 14 ]

1939年9月、コリン・ガビンズとヴェラ・アトキンスを含む英国軍事ミッション4はポーランドに赴き、暗号解読者のマリアン・レイェフスキ、イェジー・ロジツキ、ヘンリック・ジガルスキを同国から避難させる予定だった。しかし、暗号解読者たちは既に上官によって当時ポーランドの同盟国であったルーマニアに避難させられていた。その途中で、ポーランド暗号局職員は安全上の理由から、彼らの記録と機材を故意に破壊していた。彼らはルーマニアからフランスへ渡り、そこで暗号解読作業を再開し、イギリスと協力してポーランドの機材と技術を用いてドイツのエニグマ暗号の解読作業を開始した。[ 15 ]

フランスでの暗号解読活動に参加した者の中には、スペイン内戦中にスペイン共和国軍の暗号局（Servicio de Información Militar）の元長官であるアントニオ・カマソンが率いる「Equipo D」（チームD）として知られる7人のスペイン人暗号解読者のチームがあった。1939年の共和国崩壊後、カマソンと彼の同僚はフランスに避難し、フランスの諜報員ギュスターヴ・ベルトランに採用された。彼らはパリ近郊のPCブルーノセンターに配属され、そこでポーランドの暗号解読者と共にエニグマで暗号化された通信を分析し、ポーランドの解読手法の採用に貢献した。

ノルウェー戦役（1940年4月8日～6月10日）中、ドイツ陸軍および空軍（ Luftwaffe ）所属のエニグマ暗号機3台が無傷のまま鹵獲された。1940年5月17日から、ブレッチリー・パークのイギリス情報センターで運用が開始された。[ 16 ]

1940年6月のドイツ軍によるフランス侵攻後、スペインチームはまずヴィシー政権支配地域のカディクスセンターに、その後アルジェリアに移転し、西側連合国との協力を継続した。彼らの任務には、手作業による暗号解読、ローター設定の復元、メッセージトラフィックの解析などが含まれていた。彼らの貢献は数十年にわたってほとんど知られていなかったが、近年の歴史研究やドキュメンタリーによって、連合国によるエニグマ解読の取り組みにおける彼らの役割が浮き彫りになった。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

ブレッチリー・パークのハット6の責任者となったゴードン・ウェルチマンは、 「ハット6ウルトラは、ポーランド人からドイツ軍の商用エニグマ暗号機の詳細と、当時使用されていた操作手順を、ぎりぎりのところで学んでいなければ、決して実現しなかっただろう」と記している。ピリにおけるポーランドからの理論と技術の移転は、ウェルチマンが勤務していたブレッチリー・パークにおける、第二次世界大戦中のイギリスのエニグマ解読の取り組みの重要な基盤となった。[ 20 ]

戦時中、イギリスの暗号学者たちはエニグマで暗号化された膨大な数のメッセージを解読しました。この情報源から得られた情報は、イギリスによって「ウルトラ」というコードネームで呼ばれ、連合国の戦争遂行に大きな助けとなりました。[ a ]

エニグマには暗号の弱点があったが、実際にはドイツ側の手続き上の欠陥、オペレーターのミス、暗号化手順の体系的な変更の導入の失敗、そして連合軍が戦時中に鍵表とハードウェアを鹵獲したことが、連合軍の暗号解読者の成功を可能にした。[ 21 ] [ 22 ]

アプヴェーアはエニグマ暗号機の様々なバージョンを使用していました。1942年11月のトーチ作戦中に、プラグボードがなく、3つのローターが26文字ごとに1回転ではなく、11、15、19回転するように変更された機械が鹵獲されました。さらに、左側のプレートが4つ目のローターとして機能していました。[ 23 ]

アプヴェーア暗号は1941年12月8日にディリー・ノックスによって解読された。工作員たちはアプヴェーアに簡単な暗号でメッセージを送信し、それをエニグマ暗号機で送信した。この簡単な暗号は解読され、日常的に使用されていたエニグマ暗号の解読に役立った。この暗号解読によって、複十字暗号システムの運用が可能になった。[ 23 ] 1944年10月から、ドイツ軍アプヴェーアはシュリュッセルゲル41を少量使用した。[ 24 ]

デザイン

1943年の使用中のエニグマ

他のローター式暗号機と同様に、エニグマ暗号機は機械的サブシステムと電気的サブシステムの組み合わせです。機械的サブシステムは、キーボード、スピンドルに沿って隣接して配置されたローターと呼ばれる回転ディスクの集合、キーを押すたびに少なくとも1つのローターを回転させる様々なステッピング部品、そして文字ごとに1つずつ点灯するランプで構成されています。これらの設計上の特徴により、エニグマ暗号機は1915年の構想当初から「ローター式暗号機」と呼ばれていました。[ 25 ]

電気経路

エニグマの配線図。矢印と1から9の数字が描かれており、キーが押されてからランプが点灯するまでの電流の流れを示しています。AキーはDランプにエンコードされています。DはAを生成し、Aは決してAを生成しません。この特性はエニグマ独自の特許取得済み機能によるもので、状況によっては暗号解読者に悪用される可能性がありました。

電気経路とは、電流が流れる経路のことです。この現象を操作することで、エニグマ暗号機はメッセージを解読することができました。[ 25 ]機械部品は、変化する電気回路を形成することで機能します。キーが押されると、1つまたは複数のローターがスピンドル上で回転します。ローターの側面には一連の電気接点があり、回転後、他のローターの接点、またはスピンドルの両端にある固定配線と一列に並びます。ローターが正しく一列に並ぶと、キーボードの各キーは、一連の接点と内部配線を介して固有の電気経路に接続されます。通常は電池からの電流が、押されたキーを通って新しく構成された回路に流れ込み、再び出て、最終的に出力文字を示す1つの表示ランプが点灯します。例えば、ANX...で始まるメッセージを暗号化する場合、オペレーターは最初にAキーを押すと、Zランプが点灯し、Zが暗号文の最初の文字になります。オペレーターは次にNを押し、次に同じように Xを押します。

エニグマのローターのスクランブル動作は、2 つの連続する文字に対して表示され、右側のローターがそれらの文字の間で 1 つの位置に移動します。

電流は電池（1）から、押された状態の双方向キーボードスイッチ（2）を通ってコンセントボード（3）へと流れます。次に、電流は（この例では未使用のため閉じた状態で示されている）プラグ「A」（3）から入力ホイール（4）を経て、3つ（ドイツ国防軍エニグマ）または4つ（ドイツ海軍M4およびアプヴェーアの派生型）搭載のローター（5）の配線を通り、反射鏡（6）に入ります。反射鏡は全く異なる経路を通って電流をローター（5）と入力ホイール（4）に戻し、ケーブル（8）で接続されたプラグ「S」（7）からプラグ「D」へ進み、別の双方向スイッチ（9）で対応するランプを点灯させます。[ 26 ]

エニグマ スクランブラーを通る電気経路の繰り返しの変更は、エニグマのセキュリティを提供する多アルファベット換字式暗号を実装しています。右の図は、キーが押されるたびに電気経路がどのように変化するかを示しています。これにより、少なくとも右側のローターが回転します。電流はローター セットに流れ込み、反射器に入ってから出て、再びローターを通って流れ出ます。灰色の線は、各ローター内のその他の可能な経路です。これらは、各ローターの一方からもう一方へ配線されています。文字A は、キーが連続して押されるたびに暗号化方法が異なり、最初はG、次にCになります。これは、右側のローターがキーが押されるたびにステップ (1 位置回転) し、信号がまったく異なる経路で送信されるためです。最終的には、他のローターもキーが押されるとステップします。

ローター

エニグマのローターアセンブリ。エニグマIでは、3つの可動ローターが2つの固定ホイール（右側の入口ホイールと左側の反射ホイール）の間に挟まれています。

ローター（ホイールやドラムとも呼ばれ、ドイツ語ではWalzen）は、エニグマ暗号機の心臓部です。各ローターは直径約 10 cm (3.9 インチ) の円盤で、エボナイトまたはベークライト製です。片面には26 本の真鍮製のバネ仕掛けの電気接点ピンが円形に配置されており、もう一方の面には円板の形で対応する電気接点が 26 個あります。ピンと接点はアルファベットを表し、 通常は A から Z の 26 文字であり、これ以降の説明でもそのように想定します。ローターがスピンドルに並べて取り付けられている場合、一方のローターのピンが隣接するローターのプレート接点に接して電気接続が形成されます。ローター本体内では、26 本のワイヤが片側の各ピンをもう一方の接点に複雑なパターンで接続しています。ほとんどのローターはローマ数字で識別され、たとえばローター I の発行された各コピーは、他のすべてのローターと同じように配線されています。同じことは、M4海軍型で使用される特殊な薄型ベータ ローターとガンマ ローターにも当てはまります。

3つのエニグマローターと、使用時にローターが取り付けられるシャフト

ローター単体では、非常に単純な暗号化、つまり単純な換字式暗号しか実行できません。例えば、文字「E」に対応するピンは、反対側の面にある文字「T」に対応する接点に配線されているなどです。エニグマのセキュリティは、複数のローター（通常は3つまたは4つ）を直列に接続し、ローターを規則的にステップ移動させることで実現されています。これにより、多アルファベット換字式暗号が実現されています。

各ローターは、エニグマ暗号機に挿入された際に、26段階の初期位置のいずれかに設定できます。挿入後、ローターは、エニグマの内部カバーを閉じると突き出る溝付きのフィンガーホイールを使って、手で正しい位置に回すことができます。操作者がローターの位置を把握できるように、各ローターにはローターディスクの外側にアルファベットタイヤ（または文字リング）が取り付けられており、26個の文字（通常は英字）が刻まれています。カバーのスロットの窓からこれらの文字の1つが見え、ローターの回転位置を示します。初期のモデルでは、アルファベットリングはローターディスクに固定されていました。その後の改良により、アルファベットリングをローターディスクに対して調整できるようになりました。リングの位置は「リング設定」（ Ringstellung ）と呼ばれ、操作セッションの前に必要な初期設定の一部でした。現代の言葉で言えば、これは初期化ベクトルの一部です。

電気接点、ステップラチェット（左側）、ノッチ（Dの反対側の右側のローター）を示す 2 つのエニグマ ローター

各ローターには、ローターのステップを制御する1つ以上のノッチが付いています。軍用バージョンでは、ノッチはアルファベットリング上にあります。

陸軍と空軍のエニグマは複数のローターを備えており、当初は3つでした。1938年12月15日には5つに変更され、セッションごとに3つが選択されました。ローターにはそれぞれを区別するためにローマ数字（I、II、III、IV、V）が刻印され、アルファベットリングの異なる位置にそれぞれ1つの反転ノッチが設けられていました。このバリエーションはおそらくセキュリティ対策として意図されたものでしたが、最終的にはポーランドの時計法やイギリスのバンブリズム攻撃を許してしまいました。

海軍版のドイツ国防軍エニグマには、常に他の軍よりも多くのローターが支給されていた。最初は6個、次に7個、最終的に8個だった。追加ローターにはVI、VII、VIIIとマークが付けられ、それぞれ配線が異なり、2つのノッチがあったため、ローターの交換頻度が高かった。4ローターの海軍エニグマ（M4）機は、3ローター版と同じスペースに追加のローターを収容できた。これは、元の反射板をより薄いものに交換し、薄い4つ目のローターを追加することで実現した。4つ目のローターはベータまたはガンマの2種類で、段階的に変更することはできなかったが、26段階のいずれかに手動で設定できた。26段階のうちの1つの設定により、3ローター版と全く同じ動作をするようになった。

ステッピング

単純な（解読可能な）換字暗号を実装するだけにならないよう、キーを押すたびに1つまたは複数のローターが26分の1回転ずつステップし、その後電気接続が行われる仕組みを採用した。これにより暗号化に使用される換字アルファベットが変化し、ローターの位置が変わるたびに暗号上の換字が異なるため、より強力な多アルファベット換字暗号が実現された。ステップ機構はモデルごとにわずかに異なっていた。右側のローターはキー入力ごとに1ステップずつステップし、他のローターはそれよりも少ない頻度でステップする。

ひっくり返す

エニグマのステップ動作を、操作者から離れた側から見た図。キーが押されると、3つのラチェット爪（緑）がすべて同時に押し出される。操作者にとって右側のローター（1）では、ラチェット（赤）が常に噛み合っており、キーが押されるたびにステップする。ここでは、中央のローター（2）が噛み合っている。これは、1番目のローターのノッチが爪と揃っているためである。つまり、中央のローターは1番目のローターと共にステップする（反転する）。3番目のローター（3）は噛み合っていない。これは、2番目のローターのノッチが爪と揃っていないためである。つまり、ラチェットと噛み合わない。

左側以外のローターを前進させることは、英国ではターンオーバーと呼ばれていました。これは、ラチェットと爪の機構によって実現されていました。各ローターには 26 歯のラチェットが付いており、キーが押されるたびに、バネ仕掛けの爪のセットが同時に前進し、ラチェットとかみ合おうとします。右側のローターのアルファベット リングは通常、これを防ぎます。このリングがローターと一緒に回転すると、機械加工されたノッチが最終的に爪と位置合わせされ、ラチェットとかみ合って、左側のローターを前進させます。右側の爪は、右側にローターとリングがないため、キーが押されるたびにローターが 1 ステップ進みます。[ 27 ]右側の位置にあるシングル ノッチのローターの場合、中央のローターは右側のローターの 26 ステップごとに 1 ステップ進みます。ローター 2 と 3 についても同様です。

最初に導入された5つのローター（I～V）にはそれぞれ1つのノッチがあり、追加の海軍用ローターであるVI、VII、VIIIにはそれぞれ2つのノッチがありました。各ローターのノッチの位置は、相互接続部を含むコアに対して調整可能なレターリングによって決定されました。リング上の各点が次のホイールの動きを指示する位置は以下のとおりでした。[ 28 ]

ターンオーバーノッチの位置
ローター 離職ポジション BPニーモニック
私Rロイヤル
IIF旗
3W波
IVKキングス
Vあその上
VI、VII、VIIIAとN

この設計にはダブルステップと呼ばれる機能も含まれていた。これは各爪がローターのラチェットと隣接するローターの回転するノッチ付きリングの両方に揃った時に起こる。爪がノッチと揃ってラチェットと噛み合うと、前進する際にラチェットとノッチの両方を押し、両方のローターを前進させる。3ローターの機械では、ダブルステップはローター2にのみ影響する。前進時にローター3のラチェットが噛み合うと、次のキーストロークでローター2は再び動き、連続して2ステップとなる。ローター2は26ステップ後にローター1も前進させるが、ローター1はキーストロークごとにいずれにせよ前進するので、ダブルステップにはならない。[ 27 ]このダブルステップによって、ローターはオドメーターのような規則的な動きから外れていた。

3つのホイールがあり、第1ホイールと第2ホイールにはノッチが1つしかないため、この機械の周期は26×25×26 = 16,900でした（26×26×26ではないのは、ダブルステップだからです）。[ 27 ]歴史的に、メッセージは数百文字に制限されていたため、1回のセッション中にローターの位置の組み合わせを繰り返す機会はなく、暗号解読者は貴重な手がかりを得ることができませんでした。

海軍の第4ローター用のスペースを確保するため、反射鏡は大幅に薄くなりました。第4ローターは空いたスペースに収まりました。その他の変更は行われなかったため、切り替えは容易でした。爪が3つしかないため、第4ローターがステップすることはなく、26段階の位置に手動で設定できました。

終戦前に設計されたものの実用化されなかった装置に、不規則なステップ動作を実現するリュッケンフュラーヴァルツェ（隙間埋め車輪）がある。これは26段階すべてのノッチを現場で設定することができた。ノッチの数が26と互いに素で、各車輪のノッチの数が異なっていた場合、ステップ動作はより予測不可能になるだろう。ウムケルヴァルツェDと同様に、内部配線の再構成も可能であった。[ 29 ]

エントリーホイール

現在のエントリーホイール（ドイツ語ではEintrittswalze）、あるいはエントリーステーターは、プラグボードをローターアセンブリに接続します。プラグボードが存在しない場合は、エントリーホイールが代わりにキーボードとランプボードをローターアセンブリに接続します。使用される配線の正確さはセキュリティ上それほど重要ではありませんが、ローター配線の研究中にRejewskiの進歩の障害となりました。市販のエニグマは、QWERTZキーボードのシーケンス順にキーを接続します：Q → A、W → B、E → Cなど。軍用エニグマは、アルファベット順にキーを接続します：A → A、B → B、C → Cなど。Rejewskiが改造を解読するには、ひらめきのある推測が必要でした。

反射板

エニグママシンの内部機構。タイプBの反射鏡とロータースタックが見える。

モデルAとBを除いて、最後のローターは「リフレクター」（ドイツ語：Umkehrwalze、「反転ローター」の意）の前にありました。これは、当時のさまざまなローター式暗号機の中でエニグマ独自の特許取得済み機能[ 30 ]でした。リフレクターは最後のローターの出力を2つずつ接続し、電流を別の経路でローターに戻すものでした。リフレクターにより、エニグマは自己可逆性を確保しました。つまり、全く同じ構成の2つの機械があれば、暗号化モードと復号化モードを切り替えるための大きな機構を必要とせずに、一方にメッセージを暗号化し、もう一方に復号化できるのです。リフレクターにより設計はコンパクトになりましたが、エニグマは文字がそれ自身に暗号化されることはないという特性も持ちました。これは重大な暗号の欠陥であり、後に暗号解読者によって悪用されました。

モデル「C」では、反射板は2つの異なる位置に挿入できました。モデル「D」では、反射板は26通りの位置にセットできましたが、暗号化中は動きませんでした。アプヴェーア・エニグマでは、反射板は他の車輪と同様に暗号化中に動きました。

ドイツ陸軍と空軍のエニグマでは、反射器は固定されており回転しなかった。4つのバージョンがあった。最初のバージョンは「A」とマークされ[ 31 ] 、1937年11月1日にウムケルヴァルツェBに置き換えられた。3番目のバージョンであるウムケルヴァルツェCは1940年におそらくは間違いから短期間使用され、Hut 6によって解読された[ 32 ]。4番目のバージョンは1944年1月2日に初めて観測され、ウムケルヴァルツェDと呼ばれる再配線可能な反射器を備えていた。イギリス人からはアンクル・ディックというあだ名が付けられ、エニグマのオペレーターは鍵設定の一部として接続を変更できた。

プラグボード

プラグボード（Steckerbrett）は機械の前面、キーの下に配置されていました。第二次世界大戦中に使用されていた当時は、10個の接続部がありました。この写真では、2組の文字（A↔JとS↔O）だけが入れ替わっています。

プラグボード（ドイツ語ではSteckerbrett）は、オペレーターが再構成できる可変配線を可能にした。これは1928年にドイツ陸軍に導入され、[ 33 ] 、すぐにドイツ海軍に採用された。プラグボードは150兆通りの設定が可能であったため（下記参照）、追加のローターよりも暗号強度が高かった。[ 34 ]プラグボードのないエニグマ（アンステッカード・エニグマとして知られる）は、手作業で比較的簡単に解読できた。これらの技術はプラグボードによって概ね破られたため、連合国の暗号解読者はエニグマを解読するための特別な機械を開発することになった。

プラグボードに敷かれたケーブルは、文字をペアで接続していました。例えば、EとQは、スタックペア（訳注 ： ...

電流はキーボードからプラグボードを通り、エントリーローター、またはアイントリットスワルツェへと流れました。プラグボード上の各文字には2つのジャックがありました。プラグを差し込むと、その文字の上側のジャック（キーボード側）と下側のジャック（エントリーローター側）の接続が切断されました。クロスワイヤーケーブルのもう一方の端にあるプラグを別の文字のジャックに差し込むことで、2つの文字の接続が切り替わりました。

アクセサリー

シュライブマックスはエニグマに取り付けることができる印刷ユニットであり、ライトパネルに表示された文字を苦労して書き留める必要がなくなりました。

その他の機能により、様々なエニグマ暗号機はより安全で便利になりました。[ 35 ]

シュライブマックス

一部のM4エニグマには、 26文字を細い紙リボンに印刷できる小型プリンター「シュライブマックス」が搭載されていました。これにより、ランプを読み取って文字を転写する別のオペレーターが不要になりました。シュライブマックスはエニグマ機の上部に設置され、ランプパネルに接続されていました。プリンターを取り付けるには、ランプカバーと電球を取り外す必要がありました。これにより利便性と運用上のセキュリティの両方が向上しました。プリンターを遠隔設置できるため、機械を操作する通信員は、解読された平文を見る必要がなくなりました。

Fernlesegerät

もう一つの付属品は、リモートランプパネル（Fernlesegerät）でした。この追加パネルを搭載した機械では、エニグマの木製ケースが幅広になり、追加パネルを収納することができました。ランプパネル版は後から接続することもできましたが、Schreibmaxと同様に、ランプパネルと電球を取り外す必要がありました。[ 26 ]リモートパネルにより、オペレーターの目に触れることなく、解読された平文を人間が読むことが可能になりました。

ウア

エニグマ・ウアのアタッチメント

1944年、ドイツ空軍は「Uhr （時計）」と呼ばれるプラグボードスイッチを導入しました。これは40ポジションのスイッチが内蔵された小さな箱で、標準プラグに取って代わりました。操作員は、日々のキーシートに記載されている通りにプラグを接続した後、スイッチを40ポジションのいずれかに回しました。これにより、それぞれ異なるプラグ配線の組み合わせが生成されました。これらのプラグ接続のほとんどは、デフォルトのプラグとは異なり、ペアで接続されていませんでした。[ 26 ]あるスイッチポジションでは、Uhrは文字を入れ替えるのではなく、13本のステッカー配線をプラグでエミュレートするだけのものでした。

数学的分析

各文字に対するエニグマ変換は、数学的には順列の積として指定できる。[ 9 ]ドイツ陸軍/空軍の3ローター式エニグマを仮定し、Pをプラグボード変換、Uを反射鏡（）の変換、L、M、Rをそれぞれ左、中央、右ローターの変換とすると、暗号Eは次のように表される 。あなた＝あなた−1{\displaystyle U=U^{-1}}

E＝PRMLあなたL−1M−1R−1P−1。{\displaystyle E=PRMLUL^{-1}M^{-1}R^{-1}P^{-1}.}

キーを押すたびにローターが回転し、変換が変化します。例えば、右側のローターRをn位置回転させると、変換は次のようになります。

ρnRρ−n、{\displaystyle \rho^{n}R\rho^{-n},}

ここで、ρは A から B、B から C などへの巡回置換写像である。同様に、中央および左側の回転子は、MおよびLのj回転およびk回転として表すことができる。したがって、暗号化変換は次のように記述できる。

E＝P（ρnRρ−n）（ρjMρ−j）（ρけLρ−け）あなた（ρけL−1ρ−け）（ρjM−1ρ−j）（ρnR−1ρ−n）P−1。{\displaystyle E=P\left(\rho ^{n}R\rho ^{-n}\right)\left(\rho ^{j}M\rho ^{-j}\right)\left(\rho ^{k}L\rho ^{-k}\right)U\left(\rho ^{k}L^{-1}\rho ^{-k}\right)\left(\rho ^{j}M^{-1}\rho ^{-j}\right)\left(\rho ^{n}R^{-1}\rho ^{-n}\right)P^{-1}.}

軍用エニグマは、5個1組のローターから3個を選び、それぞれのローターの設定は26段階、プラグボードには10組の文字が接続されており、158,962,555,217,826,360,000通りの設定（約159京、約67ビット）が可能となっている。[ 34 ]

  • 5個のローターセットから3個のローターを選択 = 5 x 4 x 3 = 60
  • ローターあたり26位置 = 26 x 26 x 26 = 17,576
  • プラグボード = 26! / ( 6! x 10! x 2^10) = 150,738,274,937,250
  • 上記の各値を掛け合わせると158,962,555,217,826,360,000

手術

基本操作

エニグマ暗号機を使った暗号化と解読

ドイツのエニグマ工作員は、暗号化すべき平文メッセージを受け取ります。機械をセットアップした後、工作員はエニグマのキーボードでメッセージを入力します。文字が押されるたびにランプが1つ点灯し、機械内部の電気経路によって決定される擬似乱数置換に従って異なる文字を示します。ランプで示された文字は、通常は2人目の工作員によって暗号文の文字として記録されます。キーを押す動作によって1つまたは複数のローターも移動し、次のキー押下では異なる電気経路が使用されるため、同じ平文の文字を再度入力しても異なる置換が発生します。キーが押されるたびに少なくとも右側のローターが回転し、頻度は低いものの他の2つのローターも回転するため、メッセージ内のすべての文字に対して異なる置換アルファベットが使用されます。このプロセスはメッセージが完成するまで続けられます。2人目の工作員によって記録された暗号文は、通常はモールス信号で無線で別のエニグマ機械の工作員に送信されます。このオペレーターは暗号文を入力し、解読機のすべての設定が暗号化機の設定と一致する限り、キーが押されるたびに逆の置換が行われ、平文のメッセージが現れることになります。

詳細

ドイツのケングルッペンヘフト（キーコードをグループ化したUボートのコードブック）
ドイツ空軍のエニグマの月間キーリスト649番。再構成可能なリフレクターの設定（8日に1回だけ変更される）を含む

エニグマの使用時には、日々の鍵設定のリストと補助文書が必要だった。ドイツ軍の慣例上、通信は別々のネットワークに分割され、それぞれが異なる設定を使用していた。これらの通信ネットワークはブレッチリー・パークで鍵と呼ばれ、レッド、ズアフィンチ、シャークなどのコード名が割り当てられた。ネットワークで活動する各部隊には、一定期間有効なエニグマの同一の設定リストが与えられた。ドイツ海軍のエニグマの手順は、他の軍よりも精巧で厳重であり、補助コードブックが使用されていた。海軍のコードブックは、危険にさらされたり艦艇が沈没したりした場合に容易に破壊できるよう、ピンク色の紙に赤色の水溶性インクで印刷されていた。

エニグマ マシンの設定 (現代の用語では暗号キー、ドイツ語ではSchlüssel ) は、オペレーターが調整できるマシンの各側面を指定します。

  • ホイール順序 ( Walzenlage ) – ローターの選択と取り付け順序。
  • リング設定 ( Ringstellung ) – ローター配線に対する各アルファベット リングの位置。
  • プラグ接続 ( Steckerverbindungen ) – プラグボード内で互いに接続された文字のペア。
  • 非常に新しいバージョンでは、再構成可能なリフレクタの配線。
  • ローターの開始位置 ( Grundstellung ) – オペレーターによって選択され、メッセージごとに異なる必要があります。

メッセージを正しく暗号化・復号するには、送信者と受信者の両方がエニグマを同じ設定にする必要がありました。ローターの選択と順序、リングの位置、プラグボードの接続、そしてローターの開始位置が一致している必要があります。開始位置を除き、これらの設定は事前に決定され、鍵リストとして配布され、毎日変更されていました。例えば、ドイツ空軍のエニグマ鍵リスト649（画像参照）における毎月18日の設定は次の通りでした。

  • ホイール順序: IV、II、V
  • リング設定：15、23、26
  • プラグボード接続: EJ OY IV AQ KW FX MT PS LU BD
  • 再構成可能なリフレクタ配線：IU AS DV GL FT OX EZ CH MR KN BQ PW
  • 指標グループ: lsa zbw vcj rxn

エニグマは、たとえローターの配線が敵に知られたとしても安全であるように設計されていたが、実際には配線構成の保護に相当な労力が費やされた。配線が秘密の場合、考えられる構成の総数は約3 × 10 114（約380ビット）である。既知の配線やその他の動作上の制約により、これは約10の23乗（76ビット）[ 36 ]可能性の多さから、エニグマのユーザーはその安全性に自信を持っていた。当時は、敵がブルートフォース攻撃を試みることさえ不可能だった。

インジケータ

鍵の大部分は一定期間（通常は1日間）一定に保たれた。メッセージごとに異なる初期のローター位置が使用された。これは現代の暗号における初期化ベクトルに似た概念である。これは、同一またはほぼ同一の設定（暗号解読では深さ と呼ばれる）で多くのメッセージを暗号化すると、フリードマンの一致指数などの統計的手順を使用した攻撃が可能になるためである。[ 37 ]ローターの開始位置は暗号文の直前（通常は暗号化後）に伝送された。使用された正確な方法は、インジケータ手順と呼ばれた。このインジケータ手順における設計上の弱点とオペレーターのずさんさが、エニグマの解読を可能にした2つの主な弱点であった。

内蓋を下ろすと、エニグマは使用可能になった。ローターのフィンガーホイールが蓋から突き出ており、オペレーターはローターの位置を調整できた。そして、その現在の位置（ここではRDKP）は、一連の窓を通してオペレーターに見えるようになされていた。

エニグマの最も初期のインディケータ手順の 1 つに暗号上の欠陥があり、ポーランドの暗号解読者がプラグボード エニグマを最初に解読することができました。この手順では、ネット上のすべてのオペレータが共有する秘密の設定に従ってオペレータがマシンを設定する必要がありました。設定にはローターの初期位置 ( Grundstellung )、たとえばAOH が含まれていました。オペレータはローターを回し、AOH がローターの窓から見えるようになりました。その時点で、オペレータは送信するメッセージの開始位置を自分で任意に選びました。オペレータがEIN を選択すると、それがその暗号化セッションのメッセージ設定になりました。オペレータはマシンにEIN を2 回入力し、暗号化されたインディケータ (たとえばXHTLOA)が生成されました。これが送信されると、オペレータはローターを自分のメッセージ設定 (この例ではEIN)に合わせてから、メッセージの平文を入力しました。

受信側では、オペレーターが機械を初期設定（AOH）に設定し、メッセージの最初の6文字（XHTLOA）を入力しました。この例では、ランプにEINEINが表示されているため、オペレーターは送信者がこのメッセージを暗号化する際に使用したメッセージ設定を知ることができます。受信側オペレーターはローターをEINに設定し、暗号文の残りの部分を入力すると、解読されたメッセージが得られます。

このインディケータ方式には2つの弱点がありました。第一に、グローバル初期位置（Grundstellung）の使用により、すべてのメッセージ鍵で同じ多アルファベット置換が使用されました。後のインディケータ手順では、オペレーターがインディケータを暗号化するための初期位置を選択し、その初期位置を平文で送信しました。第二の問題は、インディケータの重複で、これは深刻なセキュリティ上の欠陥でした。メッセージ設定は2回暗号化されたため、1文字目と4文字目、2文字目と5文字目、3文字目と6文字目の間に関係が生じていました。これらのセキュリティ上の欠陥により、ポーランド暗号局は1932年という早い時期に戦前のエニグマシステムを解読することができました。初期のインディケータ手順は、その後、ドイツの暗号解読者によって「欠陥のあるインディケータ技術」と評されました。[ 38 ]

第二次世界大戦中、コードブックはローター、そのリング設定、およびプラグボードを設定するために毎日のみ使用されていました。各メッセージについて、オペレーターはランダムな開始位置（たとえばWZA ）とランダムなメッセージキー（おそらくSXT ）を選択した。オペレーターはローターをWZA開始位置に移動し、メッセージキーSXTをエンコードした。結果がUHLだったと仮定する。オペレーターはメッセージキーSXT を開始位置として設定し、メッセージを暗号化した。次に、開始位置WZA、エンコードされたメッセージキーUHL 、および暗号文を送信した。受信者は最初のトライグラムWZAに従って開始位置を設定し、2番目のトライグラムUHLをデコードしてSXTメッセージ設定を取得した。次に、オペレーターはこのSXTメッセージ設定を開始位置として使用してメッセージを復号化した。このようにして、各地上設定は異なり、新しい手順により、二重にエンコードされたメッセージ設定によるセキュリティ上の欠陥が回避された。[ 39 ]

この手順は陸軍とドイツ空軍のみが使用していた。ドイツ海軍がエニグマを用いてメッセージを送信する手順は、はるかに複雑で精巧なものだった。暗号化される前は、メッセージはKurzsignalheft暗号集を用いて暗号化されていた。Kurzsignalheftには、文章を4文字のグループに変換するための表が含まれていた。膨大な選択肢があり、例えば、給油や補給船との合流といった兵站関連事項、位置とグリッドリスト、港湾名、国、兵器、気象条件、敵の位置と艦艇、日時表などが含まれていた。別の暗号集には、鍵識別とメッセージ鍵であるKenngruppenとSpruchschlüsselが含まれていた。[ 40 ]

追加の詳細

陸軍のエニグマ暗号機は26文字のアルファベットのみを使用していました。句読点は稀な文字の組み合わせに置き換えられました。スペースは省略されるか、Xに置き換えられました。Xは通常、終止符として使われました。

他の軍隊では、句読点の表記が異なっていました。ドイツ国防軍では、コンマをZZに、疑問符をFRAGEまたはFRAQに置き換えました。

ドイツ海軍は、コンマをYに、疑問符をUDに置き換えました。「Acht」（8）または「Richtung」（方向）を表すCHの組み合わせはQ（AQT、RIQTUNG）に置き換えられました。2つ、3つ、4つのゼロはCENTA、MILLE、MYRIAに置き換えられました。

ドイツ国防軍とドイツ空軍は、メッセージを 5 文字ずつのグループで送信し、文字数を数えました。

ドイツ海軍は4 文字のグループを使用し、それらのグループを数えました。

頻繁に使用される名前や単語は可能な限り多様化されました。例えば、Minensuchboot（掃海艇）のような単語は、MINENSUCHBOOT、MINBOOT、MMMBOOTと表記される可能性があります。暗号解読を困難にするため、メッセージは250文字に制限されました。それより長いメッセージは複数の部分に分割され、それぞれ異なるメッセージ鍵が使用されました。[ 41 ] [ 42 ]

暗号化プロセスの例

エニグマ暗号機による文字の置換は、アルファベットの対応する位置にある文字を置き換える文字が各位置を占める文字列として表現できます。例えば、AをL、BをU、CをS、…、ZをJに暗号化する機械構成は、次のように簡潔に表現できます。 

LUSHQOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ

そして、その構成による特定の文字の暗号化は、暗号化された文字を次のように強調表示することで表現できる。 

D > LUS(H)QOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ

エニグマ暗号機がメッセージを暗号化する動作は、このような構成の連続であり、各構成は暗号化される1つの文字に関連付けられているため、このような表現のシーケンスは、メッセージを暗号化する際の機械の動作を表すために使用できます。例えば、有名な「デーニッツ・メッセージ」[ 43 ]の本文の最初の文を暗号化するプロセスは、 

RBBF PMHP HGCZ XTDY GAHG UFXG EWKB LKGJ

次のように表すことができます 

0001 F > KGWNT(R)BLQPAHYDVJIFXEZOCSMU CDTK 25 15 16 26 0002 O > UORYTQSLWXZHNM(B)VFCGEAPIJDK CDTL 25 15 16 01 0003 L > HLNRSKJAMGF(B)ICUQPDEYOZXWTV CDTM 25 15 16 02 0004 G > KPTXIG(F)MESAUHYQBOVJCLRZDNW CDUN 25 15 17 03 0005 E > XDYB(P)WOSMUZRIQGENLHVJTFACK CDUO 25 15 17 04 0006 N > DLIAJUOVCEXBN(M)GQPWZYFHRKTS CDUP 25 15 17 05 0007 D > LUS(H)QOXDMZNAIKFREPCYBWVGTJ CDUQ 25 15 17 06 0008 E > JKGO(P)TCIHABRNMDEYLZFXWVUQS CDUR 25 15 17 07 0009 S > GCBUZRASYXVMLPQNOF(H)WDKTJIE CDUS 25 15 17 08 0010 I > XPJUOWIY(G)CVRTQEBNLZMDKFAHS CDUT 25 15 17 09 0011 S > DISAUYOMBPNTHKGJRQ(C)LEZXWFV CDUU 25 15 17 10 0012 T > FJLVQAKXNBGCPIRMEOY(Z)WDUHST CDUV 25 15 17 11 0013 S > KTJUQONPZCAMLGFHEW(X)BDYRSVI CDUW 25 15 17 12 0014 O > ZQXUVGFNWRLKPH(T)MBJYODEICSA CDUX 25 15 17 13 0015 F > XJWFR(D)ZSQBLKTVPOIEHMYNCAUG CDUY 25 15 17 14 0016 O > FSKTJARXPECNUL(Y)IZGBDMWVHOQ CDUZ 25 15 17 15 0017 R > CEAKBMRYUVDNFLTXW(G)ZOIJQPHS CDVA 25 15 18 16 0018 T > TLJRVQHGUCXBZYSWFDO(A)IEPKNM CDVB 25 15 18 17 0019 B > Y(H)LPGTEBKWICSVUDRQMFONJZAX CDVC 25 15 18 18 0020 E > KRUL(G)JEWNFADVIPOYBXZCMHSQT CDVD 25 15 18 19 0021 K > RCBPQMVZXY(U)OFSLDEANWKGTIJH CDVE 25 15 18 20 0022 A > (F)CBJQAWTVDYNXLUSEZPHOIGMKR CDVF 25 15 18 21 0023 N > VFTQSBPORUZWY(X)HGDIECJALNMK CDVG 25 15 18 22 0024 N > JSRHFENDUAZYQ(G)XTMCBPIWVOLK CDVH 25 15 18 23 0025 T > RCBUTXVZJINQPKWMLAY(E)DGOFSH CDVI 25 15 18 24 0026 Z > URFXNCMYLVPIGESKTBOQAJZDH(W) CDVJ 25 15 18 25 0027 U > JIOZFEWMBAUSHPCNRQLV(K)TGYXD CDVK 25 15 18 26 0028 G > ZGVRKO(B)XLNEIWJFUSDQYPCMHTA CDVL 25 15 18 01 0029 E > RMJV(L)YQZKCIEBONU​​GAWXPDSTFH CDVM 25 15 18 02 0030 B > G(K)QRFEANZPBMLHVJCDUXSOYTWI CDWN 25 15 19 03 0031 E > YMZT(G)VEKQOHPBSJLIUNDRFXWAC CDWO 25 15 19 04 0032 N > PDSBTIUQFNOVW(J)KAHZCEGLMYXR CDWP 25 15 19 05

ここで、各マッピングに続く文字は、その段階でウィンドウに表示される文字 (オペレーターに見える唯一の状態変化) であり、数字は各ローターの基礎となる物理的な位置を示しています。

マシンの特定の構成における文字マッピングは、マシンの各コンポーネントを通過する際に適用される一連のマッピングの結果です。つまり、あるコンポーネントのマッピングを適用した結果得られる文字の暗号化は、後続のコンポーネントのマッピングへの入力として機能します。例えば、上記の暗号化における4番目のステップは、同じマッピング表現と暗号化された文字の強調表示を用いて、これらの各段階を示すように拡張できます。 

G > ABCDEF(G)HIJKLMNOPQRSTUVWXYZ   P EFMQAB(G)UINKXCJORDPZTHWVLYS AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW   1 OFRJVM(A)ZHQNBXPYKCULGSWEDI N 03 VIII   2 (N)UKCHVSMDGTZQFYEWPIALOXRJB U 17 VI   3 XJMIYVCARQOWH(L)NDSUFKGBEPZT D 15 V   4 QUNGALXEPKZ(Y)RDSOFTVCMBIHWJ C 25 β   R RDOBJNTKVEHMLFCWZAXGYIPS(U)Q c   4 EVTNHQDXWZJFUCPIAMOR(B)SYGLK β   3 H(V)GPWSUMDBTNCOKXJIQZRFLAEY V   2 TZDIPNJESYCUHAVRMXGKB(F)QWOL VI   1 GLQYW(B)TIZDPSFKANJCUXREVMOH VIII   PE(F)MQABGUINKXCJORDPZTHWVLYS AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW F < KPTXIG(F)MESAUHYQBOVJCLRZDNW

ここで、暗号化は、キーボード (効果なし) を表す最初の「マッピング」から簡単に始まり、次にプラグボードが AE.BF.CM.DQ.HU.JN.LX.PR.SZ.VW として構成され、「G」に影響しないマッピング、次に 03 の位置にある VIII ローターが G を A にマッピングし、次に 17 の位置にある VI ローターが A を N にマッピングし、... 最後に再びプラグボードが B を F にマッピングして、最終ステップで示される全体的なマッピング (G から F) を生成します。

このモデルには 4 つのローター (ライン 1 から 4) があり、リフレクター (ライン R) も文字を並べ替えます (文字化けさせます)。

モデル

エニグマ・ファミリーには複数の設計がありました。最も初期のものは1920年代初頭に開発された商用モデルでした。1920年代半ばからドイツ軍がエニグマの使用を開始し、セキュリティ関連の様々な変更が行われました。様々な国がエニグマの設計を採用、あるいは自国の暗号機に応用しました。

米国国立暗号博物館に展示されている7台のエニグマ暗号機とその関連機器の一部。左から右へ、1) 民生用エニグマ、2) エニグマT、3) エニグマG、4) 未確認、5)ドイツ空軍エニグマ、6)ドイツ陸軍エニグマ、7)ドイツ海軍エニグマ M4。

推定4万台のエニグマ暗号機が製造された。[ 44 ] [ 45 ]第二次世界大戦後、連合国は捕獲したエニグマ暗号機を発展途上国に売却した。これらの暗号機は依然として安全であると広く考えられていた。[ 46 ]

商業の謎

Scherbius Enigma 特許、米国特許 1,657,411、1928年に付与

1918年2月23日、[ 47 ]アーサー・シェルビウスはローターを用いた暗号機の特許を申請した。[ 48 ]シェルビウスとE・リヒャルト・リッターはシェルビウス＆リッター社を設立した。彼らはドイツ海軍と外務省に設計案を提示したが、どちらの機関も関心を示さなかった。シェルビウス＆リッターはその後、特許権をGewerkschaft Securitas社に譲渡し、Gewerkschaft Securitas社は1923年7月9日にChiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft（暗号機株式会社）を設立した。シェルビウスとリッターは同社の取締役を務めた。

エニグマ・ハンデルスマシン（1923年）

チフリエマシーネンAG社は、1924年の国際郵便連合会議で展示されたローター式暗号機「エニグマ・ハンデルスマシーン」の宣伝を開始しました。この機械はタイプライターを内蔵しており、重厚でかさばるものでした。寸法は65×45×38cm、重量は約50kg（110ポンド）でした。

シュライベンデ・エニグマ（1924年）

これもタイプライター付きのモデルでした。プリンターに関連する多くの問題があり、構造は1926年まで安定しませんでした。エニグマの初期バージョンはどちらも反射鏡がなく、暗号化と解読を切り替える必要がありました。

グリューランペンマシン、エニグマ A (1924)

シェルビウスの同僚であるウィリー・コーンによって提案された反射板[ 30 ]は、グローランプバージョンで導入されました。

この機械は軍用エニグマとしても知られていました。2つのローターと手動で回転する反射鏡を備えていました。タイプライター機能は省略され、出力にはグローランプが使用されました。操作方法は後期型とは若干異なり、次のキー入力の前に、右ローターを1段階進めるためのボタンを押す必要がありました。

エニグマB（1924）

エニグマで使用された典型的なグローランプ（平らな上部を持つ）

エニグマ・モデルBは1924年後半に導入され、同様の構造であった。[ 49 ]エニグマという名称を冠しながらも、モデルAとモデルBは後継機とは全く異なるものであった。サイズや形状だけでなく、暗号技術においても、反射板が欠落していた。このエニグマ暗号機は、紙ではなくランプパネルに出力を行うことから、グローランプ・エニグマまたはグリューランプ・マシンと呼ばれていた。この出力方法は、はるかに信頼性が高く、費用対効果も高かった。そのため、この暗号機は前身機の8分の1の価格で購入できた。[ 25 ]

エニグマC（1926）

モデルCはいわゆる「グローランプエニグマ」の3番目のモデル（AとBに続く）であり、やはりタイプライターは搭載されていませんでした。[ 25 ]

エニグマD（1927）

エニグマCはすぐにエニグマD （1927年）に取って代わられました。このバージョンは広く使用され、スウェーデン、オランダ、イギリス、日本、イタリア、スペイン、アメリカ、ポーランドに出荷されました。1927年、英国政府暗号学校のヒュー・フォスは、適切なクリブがあれば市販のエニグマ暗号機を解読できることを示しました。[ 50 ]エニグマDは間もなく、ドイツのコンピューターで使用される標準的なキーボードレイアウトの先駆けとなりました。この「QWERTZ」レイアウトは、多くの言語で使用されているアメリカのQWERTYキーボード形式に非常に似ています。

「ネイビーサイファーD」

他の国々もエニグマ暗号機を使用していました。イタリア海軍は商用エニグマを「海軍暗号D」として採用しました。スペインも内戦中に商用エニグマ暗号機を使用しました。イギリスの暗号解読者は、プラグボードのないこれらの暗号機の解読に成功しました。[ 51 ]エニグマ暗号機は外交機関でも使用されました。

エニグマH（1929）

希少な8ローター印刷のエニグマモデルH（1929年）

大型の8ローター式暗号機「エニグマH」も存在し、ドイツ国防軍（NIG）では「エニグマII」と呼ばれていた。1933年、ポーランド暗号局はこれが軍の高官級通信に使用されていることを発見したが、信頼性が低く、頻繁に妨害を受けたため、すぐに撤去された。[ 52 ]

エニグマK

スイスは軍事および外交用にモデルKまたはスイスKと呼ばれるエニグマ暗号を使用していました。これは商用のエニグマDと非常に類似していました。この暗号機の暗号はポーランド、フランス、イギリス、そしてアメリカ合衆国によって解読され、アメリカ合衆国はINDIGOというコードネームを付けました。一方、日本はTirpitzというコードネームのエニグマTモデルを使用していました。

軍事上の謎

ドイツ国防軍の各部隊は、様々なバージョンのエニグマを使用し、頻繁に更新し、時には他の部隊の暗号を改変したものに置き換えることもあった。エニグマは高度な戦略メッセージを運ぶことはほとんどなく、緊急性が低い場合はクーリエ暗号で、緊急の場合はゲハイムシュライバーなどの他の暗号システムで運ばれた。

ファンクシュルッセル C

ドイツ海軍はエニグマ暗号を採用した最初の軍種でした。このバージョンは「Funkschlüssel C」（無線暗号C）と名付けられ、1925年までに生産が開始され、1926年に運用が開始されました。[ 53 ]

キーボードとランプボードには、AZ、Ä、Ö、Üの29文字があり、QWERTZUI配列ではなくアルファベット順に並んでいました。[ 54 ]ローターには28の接点があり、文字Xは暗号化されずにローターをバイパスするように配線されていました。[ 22 ]ローターは5つのセットから3つ選択され[ 55 ]、反射器はα、β、γ、δで示される4つの異なる位置のいずれかに挿入できました。[ 56 ]この機械は1933年7月にわずかに改訂されました。[ 57 ]

エニグマG（1928–1930）

1928年7月15日までに[ 58 ]ドイツ軍（国防軍）は独自のエニグマ暗号機であるエニグマGを導入した。

アプヴェーアはエニグマGを使用していました。このエニグマの派生型は、ローターに複数のノッチを備えた四輪式の非ステッカー式解読機でした。このモデルには、キーが押されるたびにカウントアップするカウンターが搭載されていたため、「カウンターマシン」または「ツェールヴェルク・エニグマ」とも呼ばれています。

国防軍エニグマ I (1930–1938)

エニグマ暗号機Gは1930年6月までにエニグマIに改良された。[ 59 ]エニグマIは国防軍エニグマ、あるいは「サービス」エニグマとしても知られ、第二次世界大戦前と戦中、ドイツ軍やその他の政府機関（鉄道など[ 60 ]）で広く使用された。

フランス侵攻中、ハインツ・グデーリアンはエニグマ暗号機を手にしていた。一人の兵士がテキストを入力し、もう一人が結果を書き留めている様子に注目。

エニグマ I (1930 年のドイツ軍バージョン) と市販のエニグマ モデルの主な違いは、文字のペアを交換するためのプラグボードが追加され、暗号の強度が大幅に向上したことです。

その他の違いとしては、固定反射鏡の使用と、ステップノッチがローター本体から可動式の文字リングに移設されたことが挙げられる。機械の寸法は28cm×34cm×15cm（11.0インチ×13.4インチ×5.9インチ）、重量は約12kg（26ポンド）であった。[ 61 ]

1935年8月、空軍は通信用にドイツ国防軍エニグマを導入した。[ 59 ]

M3（1934年）

1930年までに、ドイツ国防軍は海軍に自軍の機械の採用を提案し、（プラグボードによる）セキュリティの向上と軍同士の通信の容易化の利点を挙げていた。[ 62 ]ドイツ海軍は最終的にこれに同意し、1934年[ 63 ]に陸軍エニグマの海軍版である「ファンクシュリュッセル」またはM3を就役させた。当時陸軍は3つのローターしか使用していなかったが、海軍は5種類の中から3つを選択できるようにした。[ 64 ]

ロシア戦線で使用されているエニグマ

2つの追加ローター（1938年）

1938年12月、陸軍は5つのローターの中から3つのローターを選択できるように、2つの追加ローターを支給した。[ 59 ] 1938年に海軍はさらに2つのローターを追加し、1939年にはさらにもう1つ追加して、8つのローターの中から3つのローターを選択できるようにした。[ 64 ]

M4（1942年）

1942年2月1日、海軍はUボート通信用に4ローターのエニグマを導入し、M4と呼ばれました（このネットワークはトリトン、連合国にはサメと呼ばれていました）。追加のローターは、反射鏡を薄い反射鏡と薄い第4ローターに分割することで、同じスペースに設置されました。

  • アプヴェーアが使用したエニグマ G には 4 つのローターがあり、プラグボードはなく、ローターには複数のノッチがありました。
    アプヴェーアが使用したエニグマ G には 4 つのローターがあり、プラグボードはなく、ローターには複数のノッチがありました。
  • スイス軍が使用したドイツ製のエニグマKには、3つのローターと反射板がありましたが、プラグボードはありませんでした。ローターの配線は現地でやり直され、ランプパネルが追加されていました。
    スイス軍が使用したドイツ製のエニグマKには、3つのローターと反射板がありましたが、プラグボードはありませんでした。ローターの配線は現地でやり直され、ランプパネルが追加されていました。
  • エニグマモデルT（ティルピッツ）は、日本軍向けに製造された商用エニグマKの改造品である。
    エニグマモデルT（ティルピッツ）は、日本軍向けに製造された商用エニグマKの改造品である。
  • 英国帝国戦争博物館にあるエニグマ暗号
    英国帝国戦争博物館にあるエニグマ暗号
  • ロシアで使用されているエニグマ
    ロシアで使用されているエニグマ
  • 第7装甲師団の無線車に搭載されたエニグマ、1941年8月
    第7装甲師団の無線車に搭載されたエニグマ、1941年8月
ミムズ技術美術館に展示されている3つのローターを備えたエニグマ機械とその2つの追加ローター

生き残った機械

現存する3ローター式エニグマが、米国テネシー州ユニオンシティのディスカバリーパーク・オブ・アメリカに展示されている。

エニグマ解読の試みは1973年まで公表されていませんでした。それ以来、エニグマへの関心は高まっています。エニグマは世界中の博物館で公開展示されており、個人コレクターやコンピュータの歴史愛好家の手に渡っているものもあります。[ 65 ]

ミュンヘンのドイツ博物館には、3ローター式と4ローター式のドイツ軍用型に加え、民間型もいくつか展示されています。ベルリンのドイツスパイ博物館にも、軍用型2台が展示されています。[ 66 ]エニグマ暗号機は、ブレッチリー・パークの国立暗号センター、政府通信本部、ロンドンの科学博物館、テネシー州のディスカバリー・パーク・オブ・アメリカ、ワルシャワのポーランド陸軍博物館、ストックホルムのスウェーデン陸軍博物館( Armémuseum )、スペインのア・コルーニャ軍事博物館、ノルウェーのナルビクにあるノルドラン赤十字戦争記念博物館、[ 67 ]フィンランドのハメーンリンナにある砲兵・技術者・信号博物館、[ 68 ]デンマークのリュンビーにあるデンマーク工科大学、デンマークのスカンデルボーにあるスカンデルボー・ブンケルネ、オーストラリアのキャンベラにあるオーストラリア戦争記念館とオーストラリア信号局の玄関にも展示されている。ロンドンのヨゼフ・ピウスツキ研究所は、1940年にフランスで組み立てられた珍しいポーランドのエニグマ二重暗号を展示しました。 [ 69 ] [ 70 ] 2020年に文化国家遺産省の支援により、ポーランド歴史博物館の所蔵となりました。[ 71 ]

米国国立暗号博物館に展示されている、4ローターのドイツ海軍（1942年2月1日から1945年）のエニグマ暗号機。

アメリカ合衆国では、カリフォルニア州マウンテンビューのコンピュータ歴史博物館や、メリーランド州フォートミードの国家安全保障局の国立暗号博物館でエニグマ暗号機を見ることができ、来館者はメッセージの暗号化と解読を体験することができる。第二次世界大戦中に拿捕されたU-505潜水艦の後に取得された2台のエニグマ暗号機がイリノイ州シカゴの科学産業博物館でこの潜水艦と一緒に展示されている。3ローターのエニグマ暗号機はテネシー州ユニオンシティのディスカバリー・パーク・オブ・アメリカに展示されている。4ローターの装置はペンタゴンのANZUS回廊2階、Aリング、回廊8と9の間に展示されている。この暗号機はオーストラリアから貸し出されている。コロラドスプリングスのアメリカ空軍士官学校では、コンピュータサイエンス学部に暗号機が展示されている。ニューオーリンズの国立第二次世界大戦博物館にも暗号機が展示されている。ボストン近郊にある第二次世界大戦国際博物館には、7台のエニグマ暗号機が展示されており、その中にはUボートの4ローター型モデル、プリンター付きエニグマ暗号機の現存する3台のうちの1台、現存する10台未満の10ローター暗号機のうちの1台、退却するドイツ軍部隊によって爆破された機体、そして訪問者が操作してメッセージの暗号化と解読ができる3ローター型エニグマ暗号機2台がある。ジョージア州ロズウェルのミムズ技術美術館には、2つの追加ローターを備えた3ローター型モデルがある。この機械は完全に修復されており、CMoAには1936年3月7日にドイツ軍が購入した際のオリジナルの書類がある。国立コンピューティング博物館にも、イギリスのブレッチリーに現存するエニグマ暗号機が収蔵されている。 [ 72 ]カーネギーメロン大学図書館にも、特別コレクションとして2台のエニグマ暗号機が収蔵されている。[ 73 ] これらのモデルは、3ローターのA5005と4ローターのM16681である。[ 74 ]

ポーランド、グダニスクの第二次世界大戦博物館に展示されている4ローターのドイツ海軍エニグマ暗号機

カナダでは、スイス陸軍が支給したエニグマKがアルバータ州カルガリーに所蔵されています。これは、カルガリー軍事博物館内のアルバータ海軍博物館に常設展示されています。また、オンタリオ州キングストンにあるカナダ軍基地（CFB）キングストンの軍事通信電子博物館には、4ローター式エニグマ機が展示されています。

時折、エニグマ暗号機はオークションに出品され、近年の価格は4万ドル[ 75 ] [ 76 ]から2017年には54万7500ドル[ 77 ]の範囲であった。レプリカは様々な形で入手可能であり、海軍M4モデルの正確な復元コピー、電子機器で実装されたエニグマ（エニグマ-E）、様々なシミュレーター、紙とはさみの類似品などがある。

2000年4月1日、ブレッチリー・パーク博物館からG312と名付けられた希少なアプヴェーア・エニグマ暗号機が盗難された。9月、「マスター」を名乗る男が2万5000ポンドの身代金を要求し、支払われなければ暗号機を破壊すると脅迫する手紙を送付した。2000年10月初旬、ブレッチリー・パークの職員は身代金を支払うと発表したが、脅迫者からの連絡はなく期限が過ぎた。その後まもなく、暗号機は3つのローターが失われた状態で、 BBCのジャーナリスト、ジェレミー・パックスマンに匿名で送付された。

ポーランド、ポズナンのエニグマ暗号センターに展示されているエニグママシン - モデル K 470

2000年11月、デニス・イェーツという名の骨董品商が、サンデー・タイムズ紙に紛失した部品の返還を依頼するために電話をかけた後、逮捕された。事件後、エニグマ暗号機はブレッチリー・パークに返還された。2001年10月、イェーツは懲役10ヶ月の判決を受け、3ヶ月間服役した。[ 78 ]

2008年10月、スペインの日刊紙エル・パイスは、マドリードの陸軍本部の屋根裏部屋で偶然エニグマ暗号機28台が発見されたと報じた。これらの4ローター式商用暗号機は、フランコ率いる国民党がスペイン内戦に勝利するのに役立った。1937年、イギリスの暗号学者アルフレッド・ディルウィン・ノックスがフランコのエニグマ暗号機で生成された暗号を解読したものの、共和派にはそのことが知らされず、共和派は暗号を解読できなかったためである。国民党政府は1950年代まで50台のエニグマを使い続けた。一部のエニグマ暗号機はスペインの軍事博物館に展示されており、[ 79 ] [ 80 ]、ラ・コルーニャの国立科学技術博物館（MUNCYT）とスペイン陸軍博物館にそれぞれ1台ずつ展示されている。2台はイギリスの政府通信本部（GCHQ）に寄贈されている。[ 81 ]

ブルガリア軍はキリル文字キーボードを備えたエニグマ暗号機を使用しており、その1台がソフィアの国立軍事史博物館に展示されている。[ 82 ]

2020年12月3日、世界自然保護基金（WWF）の依頼で活動するドイツのダイバーが、フレンスブルク湾（バルト海の一部）で破壊されたエニグマ暗号機を発見した。これは沈没したUボートのものと考えられている。[ 83 ]このエニグマ暗号機はシュレースヴィヒ＝ホルシュタイン州立考古学博物館によって修復され、同博物館の所有物となる予定である。[ 84 ]

M4エニグマは、 1945年にイストリア海岸沖で沈没したドイツの掃海艇R15から1980年代に引き揚げられた。この機械は2023年4月13日にスロベニアのピフカ軍事史公園に展示された。[ 85 ]

2025年11月、オークションハウス「クリスティーズ」のパリ支店は、カール・デーニッツが使用したエニグマM4を身元不明の買い手に48万2600ユーロで売却した。[ 86 ]

デリバティブ

エニグマは暗号機設計の分野に大きな影響を与え、他のローター式暗号機にも影響を与えました。イギリスがエニグマの動作原理を発見すると、Typexローター暗号を開発しましたが、ドイツ人はこれを解読不可能と考えました。[ 87 ] Typexはもともとエニグマの特許から派生したものであり、[ 88 ] Typexには、実際のエニグマ機では省略されていた特許の説明にある機能も含まれています。イギリスは特許の使用料を一切支払っていません。[ 88 ] アメリカ合衆国では、暗号学者ウィリアム・フリードマンが1936年からM-325暗号機を設計し、[ 89 ]論理的には類似しています。[ 90 ]

SIGABA、NEMA 、Typexなどのマシンは、内部の暗号化機能がエニグマ変換と数学的に同一ではないため、エニグマ派生マシンとは見なされません。

2002年、オランダを拠点とするタチアナ・ファン・ヴァルク氏によって、「クリプトグラフ」と呼ばれるユニークなローターマシンが開発されました。この装置は40ポイントのローターを使用しており、文字、数字、一部の句読点を入力できます。各ローターは509個の部品で構成されています。[ 92 ]

  • アメリカの暗号学者によって「GREEN」と名付けられた日本のエニグマクローン
    アメリカの暗号学者によって「GREEN」と名付けられた日本のエニグマクローン
  • Tatjana van Vark の Enigma からインスピレーションを得たローター マシン
    Tatjana van Vark の Enigma からインスピレーションを得たローター マシン
  • ブレッチリー・パークの土産物店で販売されているエニグマ機械の電子実装
    ブレッチリー・パークの土産物店で販売されているエニグマ機械の電子実装

シミュレータ

参照

説明ノート

  1. ^ドイツの暗号通信の多くはエニグマ暗号機で暗号化されており、「ウルトラ」という用語はしばしば「エニグマ解読」とほぼ同義に使用されている。ウルトラには、ドイツ軍最高司令部が使用していたドイツのローレンツSZ40および42暗号機の解読、ハーゲリン暗号やその他のイタリアの暗号・コード、そしてパープル暗号やJN-25などの日本の暗号・コードの解読も含まれていた。

参考文献

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一般的な参考文献と引用文献

さらに読む

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